쿨롱의 법칙-가상실험

 

 

| 쿨롱의 법칙 |

 

1785년 쿨롱(Coulomb, Charles Augustinde; 1736~1806)은 그림과 같은 비틀림 저울을 이용하여 전기력의 크기를 측정하였다. 비틀림 저울에서 두 금속구 사이의 전기력에 의하여 수정실이 비틀리므로 수정실이 비틀린 정도를 측정하여 전기력의 크기를 알 수 있었다.

 

쿨롱은 두 대전체 사이의 거리를 변화시키면서 전기력을 측정한 결과, 전기력의 크기가 거리의 제곱에 반비례하고, 두 대전체의 전하량의 곱에 비례하는 것을 발견하였다.

 

실험 결과를 정리하면 그림과 같이 거리 r만큼 떨어져 있는 전하 q1과 q2 사이에 작용하는 전기력의 크기 F는 다음과 같다.

 

이것을 쿨롱 법칙이라고 한다. 여기서 전하량의 단위로는 C(쿨롬)을 사용하며, 진공 중에서 비례 상수 k는 다음과 같다.

 

 

 

 

| 전기장 |

질량이 있는 물체 주위에 중력장이 형성되어 다른 질량에 중력이 작용하듯이, 전하 주위에는 전기장이 형성되어 다른 전하에 전기력이 작용한다.
전기력이 작용하는 공간의 어느 한 지점에 단위 양전하(+1 C)를 놓았을 때, 이 전하가 받는 힘의 크기와 방향을 그 지점에서의 전기장의 세기와 방향으로 정의한다. 따라서 전기장은 크기와 방향을 갖는 벡터량이다.

 

전기장 속에 전하 +q를 놓았을 때 이 전하가 받는 전기력의 크기가 F라면, 이곳에서 전기장의 세기 E는 다음과 같다.

 

그림과 같이 전하 +Q로부터 거리 r만큼 떨어진 곳에 놓인 전하 +q에 작용하는 전기력 F는

이다.

 

그러므로 전하 +q가 놓인 지점에서의 전하 +Q에 의한 전기장의 세기 E는 다음과 같다.