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| 소개글 |
평행판 축전기의 전기용량 |
| 요약 |
1. 실험제목 : 평행판 축전기의 전기용량
2. 실험목적 : 대전된 두 평행판 사이의 거리와 전압 차, 유전체에 따라 충전되는 전하량을 측정하여 축전기의 전기용량 개념을 이해한다.
3. 이론
[1] 쿨롱의 법칙 (Coulomb's law)
쿨롱의 법칙은 만유인력과 같이 거리제곱에 반비례하는 힘이지만, 전하의 극성에 따라 인력 혹은 척력이 작용된다. 쿨롱의 법칙에 의한 두 전하 q1, q2 사이에 작용하는 전기력(F)은 다음과 같이 표시된다.
여기서 힘 F의 단위는 뉴튼(N), 거리 r은 미터(m), 전하 q1, q2는 쿨롱(C)이다. ε0는 진공에서 유전율을 의미하며, π는 원주율을 의미한다. 원자에서 핵과 전자사이에서 힘은 만유인력보다 전기력이 훨씬 크므로 만유인력은 무시하고 쿨롱의 법칙을 사용하여 계산한다.
전하 q가 있을 때 거리 r에서 전기장(E)은 단위전하 즉 +1C의 전하가 놓였을 때 그 전하가 받는 전기력의 크기로 정한다. 전기장의 방향은 고전위인 양극에서 저전위인 음극으로 향한다. 전기장의 단위는 N/C이다.
[2] 축전기 (capacitor/condenser)
주로 전자회로에서 전하를 모으는 장치이다. 진공 축전기, 공기 축전기, 금속화종이 축전기 등이 있다. 보통 2장의 금속판을 전극으로 하고 그 사이에 절연체(유전체)를 넣은 구조로 만든다.
[3] 전기용량 (electric capacity)
축전기에서 걸어준 전위(전압)당 충전되는 전하량으로서 1V의 전압을 걸었을 때 축전기 역할을 하는 회로에 모이는 전하량이다. 단위는 패럿(F)이다. 이상적인 평행판 축전기의 경우, 전기용량은 전극의 면적과 유전체의 유전상수에 비례하고 전극 사이의 거리에 반비례한다.
[평행판 축전기 그림]
도체판에 전하가 균일하게 분포되어 있는 경우 전기장은 가우스 법칙에 의하여 다음과 같다.
여기서 전기장은 균일하며 두 도체판 사이의 간격을 d라고 하면 전위차는 다음과 같다.
그러므로 진공에서 평행판 축전기의 전기용량 C는 원래의 정 |
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