점전하의 전기장

 

대전체에 다른 대전체를 가까이 가져가면 전기력이 작용한다. 쿨롱은 두 전하 사이에 작용하는 전기력이 전하량의 곱에 비례하고, 두 전하 사이의 거리제곱에 반비례한다는 것을 알아내었다. 이것을 쿨롱 법칙이라고 한다.

 

전하량 q1, q2(C)인 대전체가 거리 r(m)만큼 떨어져 있을 때 작용하는 전기력의 크기 F(N) 는 다음과 같다. 

 

 

전하 주위에서 털이 정렬되는 것은 전하에 의해 주위 공간의 성질이 바뀌었기 때문이다. 이렇게 전하에 의해 변한 공간의 성질을 전기장이라고 한다. 전하Q에 의해 성질이 바뀐 공간에 다른 전하 q를 놓으면 전하 q가 공간과 상호 작용하여 전기력 F를 주고받게 된다. 이러한 전기장의 특성 때문에 전기장의 세기와 방향은 전하에 작용하는 힘을 이용하여 측정한다. 전기장이 형성된 공간에 놓여 있는 전하 q가 받는 전기력이 F이면, 전기장의 세기 E는 다음과 같다.

 

 

 

 

 

그림 II-3 (가)의 두 전하와 (나)의 평행한 금속판에서 털의 배열은 서로 다른 전기장의 모습을 보여 준다. 털의 배열은 전하로부터 가까운 지점에서는 간격이 좁고, 멀리 떨어진 지점에서는 간격이 넓다. 이것은 전하로부터 가까운 지점에서는 전기장의 세기가 크고, 멀리 떨어진 지점에서는 전기장의 세기가 작기 때문이다. 이와 같이 전기장은 전하의 분포와 전하로부터의 거리에 따라 달라진다.

 

 

영국의 패러데이는 전기장을 시각화하기 위해 전기력선을 제안하였다. 전기장 속에 (+)전하를 놓으면 (+)전하는 전기장으로부터 힘을 받아 이동하게 되는데, 이때 (+)전하가 받은 힘의 방향을 연속적으로 이은 선을 전기력선이라고 한다.

 

그림 II-4의 (가)와 같이 양전하 +Q가 만드는 전기장 속에 +q를 놓으면 +q는 +Q로부터 척력을 받아 밀려난다. 따라서 전기력선은 +Q로부터 멀어지는 방향으로 뻗어나간다.

 

그림 II-4의 (나)와 같이 음전하-Q가 만드는 전기장 속에+q를 놓으면+q는 -Q로부터 인력을 받아 끌려온다. 따라서 전기력선은-Q 쪽으로 모여든다.
+q가+Q로부터 멀어질수록 두 전하 사이의 전기력은 작아지고 전기장의 세기는 감소한다. 이때 전기력선은 전하로부터 멀어질수록 간격이 넓어져서 전기장의 세기가 감소하는 것을 나타낸다.

전기력선은 (+)전하에서 나와 (-)전하로 들어가며 서로 교차하거나 분리되지 않는다. 전기력선 위의 한 점에서 그은 접선 방향은 그 점에서의 전기장 방향이다. 전기력선 사이의 간격이 좁아서 밀도가 큰 곳은 전기장의 세기가 세다. 따라서 전기장에 수직한 단위 면적을 지나는 전기력선의 수는 전기장의 세기에 비례한다.

 

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