13. 등전위선 (Equipotential line) 실험

등전위선 (Equipotential line) 실험

등전위선과 전기력선

◎ 실험 목적
 - 전극 주변의 등전위선을 그려보고, 등전위선과 전기력선 사이의 관계를 이해한다.

◎ 전위차 (Potential difference, Voltage)
 - 전기 퍼텐셜 차이(electric potential difference), 전압(voltage), 전기 압력(electric pressure) 등
   전기장(electric field) 안에서 단위 전하에 대한 전기적 위치에너지를 전위(electric potential)라고 하며
   전위차란 두 지점 사이의 전위의 차이를 의미 (기준점에 대한 상대적인 차이)
   기준점에서 다른 점으로 단위 양 전하를 옮기는 데 필요한 일.

◎ 전기장 (Electric field)
 - 전하에 의한 힘이 모든 공간에 대해 작용

 

   

◎ 전기력선 (Electric field)
 1. 양전하(또는 무한대)에서 시작. 음전하(또는 무한대)에서 끝
 2. 선의 수는 전하의 크기에 비례
 3. 전기력선은 교차하지 않는다.
 4. 모든 지점에서 선의 밀도(선에 수직 한 단위면적을 지나는 선의 수)는 그 지점에서의 전기장의 크기에 비례한다.

◎ 등전위선 (Equipotential line)
  - 전기장 내에서 전위가 같은 점을 연결한 선 (지도의 등고선과 비슷)
  ※ 등전위선 특징
   1. 등위선은 전기장에 수직이다.
   2. 서로 겹치거나 교차하지 않는다.
   3. 등전위선의 간격이 좁을수록 전기장의 세기는 강하고, 간격이 넓을수록 전기장의 세기는 약하다.
   4. 등전위선 위의 모든 지점은 전위가 같으므로, 등전위선을 따라 전하를 이동시킬 때 전기장이 하는 일은 0이다.

전기력선은 직접 관측이 어렵다. 같은 전위차를 가지는 등전위선을 그려서 전기력선의 모양을 유추하는 것이다.

두 개의 막대 전극

 - 전기력선은 전극에 수직 방향으로 나오기 때문에 등전위선의 모양은 전극의 모양에 영향을 받는다.

◎ 실험 장비 
  - 바닥이 투명한 수조, 전극, 직류전원장치, 멀티미터, 모눈종이

등전위선 실험

◎ 실험 방법
  1. 실험 전 바닥에 모눈종이를 깔고 위에 수조를 올려 둔다.
  2. 수조에 약 0.5cm 정도의 물을 채운다.
  3. 수조를 평평하게 평형을 맞춘다
  4. 전극을 넣고 직류전원 장치와 연결한다.
  5. 직류전원 장치에 10V의 전위차를 걸어준다.
  6. 멀티미터를 가지고 같은 전위차를 가지는 위치를 표기한다.