도체구의 정전기유도

대전되진 않은 2개의 금속 공 (X 와 Y)이 유리막대 위에 있다. 양전하를 띤 세 번째 공(Z)을 처음 두 공의 근처에 가지고 왔다. 그런 후 전선을 X와 Y 사이에 연결하고 다시 제거시켰다. 그리고 Z 도 제거시켰다. 이때 나타난 현상은?

 

(a) 공 X와 Y 모두 대전되지 않은 상태 그대로다.

(b) 공 X와 Y 모두 양전하를 띠게 된다.

(c) 공 X 와 Y 모두 음전하를 띠게 된다.

(d) 공 X는 (+), 공 Y는 (-) 이다.

(e) 공 X 는 (-), 공 Y는 (+)이다.

 

 

 

 

정답 : d

 

 

이 문제를 푸는 요령은 좀 색다른 방향으로 생각해 보는 것이다.

 

X 와 Y가 대전되어 있지 않다고 해서 전하를 갖고 있지 않다는 뜻이 아니다. 두 공은 각각 같은 양의 양전하와 음전하가 섞여 있어 전체 효과는 전하가 전혀 없는 것처럼 나타난 것이다. 양전하를 띤 Z가 X와 Y 주위에 등장하면 비록 Z 직접적으로 X나 Y와 접촉하지 않더라도 X와 Y는 Z의 영향을 받는다. X와 Y속의 음전하는 Z로부터 멀어진다. 따라서 X의 한쪽은 양이 되고 반대쪽은 음이 된다. Y 역시 마찬가지다. 이와 같은 분리를 정전기적 분극이라 한다. 전선을 X의 음극쪽과 Y의 양극쪽에 연결하면 X의 음전하는 Z에 더욱 가까워지고 Y의 양전하는 Z 로부터 더욱 멀어진다. 

 

따라서 X의 음전하가 Y 쪽으로 이동하고 Y의 양전하는 X로 이동한다. 그래서 X는 순 양전하를 띠게되고 Y 는 순 음전하를 띠게 된다. 이 과정을 정전기 유도에 의한 충전이라 한다. 이때 어떠한 전하도 새로 생성되지 않았다는 것을 유의하고 공 X는 양전하를 띠게 되고 공 Y는 같은 양의 음전하를 띠게 되어 순 효과는 없다. 단지 전하가 분리되었을 뿐이다.