[전공수준으로 실력 높이기] 1. 전하와 전기장

1. 쿨롱(Coulomb)의 법칙

• 전기를 띈 두 물체에 작용하는 전기력을 표현하는 실험 법칙 : 전기력의 크기는 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.

 

 

2. 전하 (Electric Charge)

• 전자기학은 전기를 띤 입자, 즉 전하간의 힘에 의해서 발생하는 여러 현상을 다루는 학문이다. 기본적으로 음이온도 양전하와 음전하의 역할을 한다. 

전하량 보전 법칙 : 격리된 시스템 내부의 총 전하량은 변하지 않는다.

• 전하의 양자화, 단위
  • 전하량은 기본 전하량(양성자, 전자)의 정수배만 존재. 그 단위는 [C] (coulomb)

 

3. 전기장 (Electric Field)

• 전기장(전계) : 전기력을 발생시키는 공간 (※태스트 전하를 두어도 전기력이 가해지지 않는 공간) 
  • 전하Q의 주위에 태스트 전하 Qt를 두면 쿨롱의 법칙에 의해 Qt의 전기력 Ft가 가해진다. 전하가 없는 공간에서 테스트전하는 힘을 받지 않는다. 즉, 전기력을 생성하기 위해서는 두갱 이상의 전하가 있어야 한다. 한가지 더 생각해 볼 것은 공간적으로 분리된 전하끼리 어떻게 서로 전기력을 주고 받는가 이다. 만류 인력에 대한 아인슈타인의 설명을 잠시 빌리자면, 진량이 주변의 평평한 공간을 변형시켜서 질량을 가진 두 물체가 서로 미끌어 지듯이 당겨지는 것이라고 설명했다. 즉, 전하의 어떤 기운이 주변 공간의 전기적 특성을 바꾸어서 전기력이 발생한다.

 

• 전계강도(Electric Field Instensity)
  • 어떤 위치에서 전기장의 세기는 그점에 테스트 전하를 두었을대 받는 전기력에 비례한다. 그러나 이때 측정된 값에는 테스트 전하의 전하량 Qt에도 비례하므로, 전기력을 Qt로 나누어 Qt의 크기에 관게 없는 전기장의 세기만을 구한다

 

• 정전기장(Electrostatic Field)
  • 정전기량 = 움직이지 않는 전하에 의해서 형성되는 전기장 → 전계강도가 시간에 따라 변하지 않음
  • 시변장 = 전계강도가 시간에 따라 변화함 → 전자기파