[전자기학] 전위와 전위차

전위라는 것은  전기적 위치에너지를 뜻합니다.  중력장에서의 위치에너지가  질량*중력가속도*높이 였다고 하면  여기서도 비슷하게 생각하시면 됩니다.  전하량*전기장*거리입니다.  즉, 적분을 이용하여 표현하면 다음과 같습니다.

전기력은 전하량(시험전하)*전기장이니까요.  그렇다면 우리는 지금 전위와 전기력와 전기장에 대한 상관관계를 대략적이나마 알게 되었습니다.

전위 (전기적 포텐셜 에너지)	전기력	전기장
전기력 F에서 거리에 대해 적분한 것	F	전기력 F에서 시험전하를 제거한 것

어렵지 않죠?  근데 이 전위에 대한 중요한 개념이 하나 등장하는데  그게 바로 '등전위면' 입니다. 잠깐 앞에서 설명드렸을거에요.  이 등전위면의 특징이 뭐냐하면 다음과 같습니다.

 

1. 등전위면이란 같은 전위끼리 선으로 이은 것을 의미하며, 등고선과 비슷한 개념이라 보면 된다.

2. 등전위면의 간격들이 조밀하다는 것은 강한 전기장이 흐르고 있음을 의미한다.

3. 등전위면에 수직한 방향이 전기장의 방향이다.

4. 같은 전위면에서의 전하 이동은 W=0이다. 즉, 일이 0이라는 뜻이다.

5. A라는 전위면에서 B라는 전위면으로 '내려 갔다' 라고 가정하면  W은 0이 아니게 되고, 전위값은 감소하지만 그에 따라 운동에너지는 증가한다. 즉, 전기력은 보존력이므로 에너지 보존 법칙이 성립한다는 것을 알 수 있다. 

 

위 5가지 성질은 꼭 알아두시길 바랍니다. 

 

전위차란? 

- 전위차는 우리가 익히 잘 알고있는 V (볼트) 전압을 의미합니다. 전위와 전위차의 상관관계는 다음과 같습니다.  전위값에서 전하량을 나누면 그게 전위차가 됩니다. 

 

'구각 정리란?'

구각 정리는 연세대 편입물리 기출에 나왔던 문제입니다. 사실 이는 만유인력 파트에서 자세히 다룰것이지만 전자기학에서도 소개가 되기 때문에 간략히 알려드리고 추후에  역학 게시판에 자세히 기술하겠습니다. 

 

대전된 도체 구 내부에  하나의 전하가 투입되었다고 가정하겠습니다. 이 전하가 만약 도체 구 내부의 중심이 아닌 곳에 위치했다고 하면 이 전하를 중심으로 '케플러 3법칙'이 형성될 것입니다.  

케플러 3법칙 <출처 - 사이언스올>

보시면 보기에는 다른 면적값을 가질 것 같지만 실상은 똑같습니다. 그리고 도체 내부에서 저 두 면적의 '합력'은 0입니다. 따라서 구각정리에 의해 대전된 도체 내부의 전기장은 0이다! 라는 결론을 내리게 됩니다. 이는 굉장히 중요한 법칙으로 꼭 알아두시길 바라겠습니다.