#6. 등전위선 측정 실험

1. 관찰 및 결과
A. 두 개의 디스크 전극
디스크 전극의 지름 D=5cm
<표1> 두 전극을 잇는 선 상에서 양의 전극의 중심으로부터 떨어진 거리에 따라 변하는 전위 표
전위 (V)	두 전극의 중심을 잇는 선 상에서 좌표	두 전극의 중심을 잇는 선 상에서 양(+)극의 중심으로 부터 떨어진 거리 r(m)
1	(-21,0)	0.1715(m)
2	(-18,0)	0.1610(m)
3	(-13,0)	0.1435(m)
4	(-8,0)	0.1260(m)
5	(0,0)	0.098(m)
6	(5,0)	0.081(m)
7	(10,0)	0.063(m)
8	(15,0)	0.046(m)
9	(20,0)	0.028(m)
*유효숫자는 소숫점4째자리까지 처리하였다.

 

B. 두 개의 막대 전극
막대 전극의 두께 W=1.5cm
<표2> 두 전극의 중심을 잇는 선상에서, 양의 전극의 중심으로부터 떨어진 거리에 따라 변하는 전위 표
전위 (V)	두 전극의 중심을 잇는 선 상에서 좌표	두 전극의 중심을 잇는 선 상에서 양(+)극의 중심으로 부터 떨어진 거리 r(m)
1	(-28,0)	0.196(m)
2	(-20,0)	0.168(m)
3	(-15,0)	0.151(m)
4	(-7,0)	0.123(m)
5	(0,0)	0.098(m)
6	(6,0)	0.077(m)
7	(13,0)	0.053(m)
8	(18,0)	0.035(m)
9	(24,0)	0.014(m)
*유효숫자는 소숫점4째자리까지 처리하였다.

등전위선과 전기력선 그림 첨부
실험에서 사용한 전극들 주변의 등전위선 그림에 전기력선을 함께 그려서 첨부한다.
A. 두 개의 디스크 전극		B.두 개의 막대 전극

 

A.두 개의 디스크 전극
양(+)의 전극의 중심이 원점일 때,
최소전압 등전위 선: 중심의 좌표 (4,0); 반지름 0.196m
B.두 개의 막대 전극
막대 전극의 축 상의 가운데 부분에서 전기장의 세기와 방향:
전기장의 세기:-43.716 , 전기장의 방향: (+)전극에서 (-)전극 방향

 

거리에 따른 전위의 그래프 첨부
<표 1>과 <표 2>를 그래프로 표현하고 추세선을 구하여 첨부한다.

[질문 1] 막대 전극들의 사이에서 등전위선이 전극에 나란한 지역이 있는가? 만약 그렇다면, 그것은 이론적으로 예상할 수 있는것인가?

등전위선은 전기력선과 수직으로 교차하기 때문에 등전위선이 전극에 나란하게 그려진다. 그러므로 이론적으로 예측할 수 있다.

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[질문 2] 막대 전극들의 사이에 도체가 있으면 등전위선과 전기력선은 어떻게 바뀌는가? 그 이유를 설명해보라

도체는 전자가 자유롭게 움직여 전류가 잘 통한다. 이러한 도체를 막대 전극들의 사이에 놓으면 전기장에 의해 도체가 분극되어 전기력선은 (-)로 대전된 도체로 들어가 (+)로 대전된 곳으로 나온다. 등전위선은 전기력선과 수직으로 교차하기 때문에 새 등전위선은 도체의 모양으로 만들어 질 것이다.

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[질문 3] 막대 전극들의 사이에 절연체가 있으면 등전위선과 전기력선은 어떻게 바뀌는가? 그 이유를 설명해 보라

절연체는 전기를 전달하지 않는 물질이다. 전기 전도도가 아주 작기 때문에 절연체는 전기장의 진행에 아무런 영향을 미치지 않는다. 따라서 전기장은 절연체와 관계없이 그대로 진행한다. 그러므로 전기력도 변하지 않고 등전위선도 변함없이 처음 실험 결과와 같은 등전위선이 그려질 것이다.

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[생각해보기]

1. 실험에 사용한 전극은 두 가지 모양이다. 전극의 모양에 따라서 등전위선이 변하는가? 변한다면 그 이유는 무엇일까?

전극에 의한 전기장의 선에 의해 등전위선이 결정되기 때문에 전극의 모양에 따라 등전위선은 다른 모양을 띤다.

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2. 수조에 (+) 전극만 설치하였을 때도 등전위선을 관찰할 수 있는가? 그렇지 않다면 그 이유는 무엇인가?

등전위선은 양 전극의 전위차로 인하여 생기는 것이다.양 전극에 모두 극을 놓게 되면 전위차가 생기지 못해 등전위선을 측정할 수 없다.

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[결론]

디스크 전극2개와 막대 전극2개를 활용하여 전극 주변의 등전위선과 자기력선을 그려봄으로써 등전위선과 전기력선 사이의 수직의 관계를 이해할 수 있었고 두 전극의 중심을 잇는 선상에서 양극의 중심으로부터 떨어진 거리는 전위가 커짐에 따라 거리가 작아진다는 사실을 알 수 있었다.