쿨롱의 법칙
쿨롱의 법칙은 전기적으로 충전된 입자 사이에 작용하는 전기력을 설명하는 물리학의 법칙입니다. 전기력 F의 크기는 한 전하량 q1과 다른 전하량 q2를 곱한 값에 직접 비례하며, 입자 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 쿨롱의 법칙은 제록스 기계, 레이저 프린터, 정전기 공기 정화부터 분말 코팅에 이르기까지 현대 생활에 많은 응용을 가지고 있습니다.
쿨롱의 법칙에 대하여
쿨롱의 법칙은 전기적으로 충전된 입자 사이에 작용하는 전기력을 설명하는 물리학의 법칙입니다. 이 법칙은 전기에 관련된 중요한 개념 중 하나로 기억되어야 합니다. 쿨롱의 법칙은 원자와 핵의 세계(예: 원자 구름 속의 전자)뿐만 아니라 일상 생활(예: 정전기)에서도 작용합니다. 입자에 작용하는 정전기력의 방정식은 1785년에 실시한 실험으로 이를 발견한 샤를-오귀스탱 드 쿨롱의 이름을 따서 쿨롱의 법칙이라고 합니다. 쿨롱은 전기력이 거리의 제곱에 반비례하여 변화한다는 것을 발견했습니다. 실제로, 그가 전기력의 거리 변화를 표현하기 위해 사용한 방정식은 자기력에 대해 발견한 것과 매우 유사했습니다.
쿨롱의 법칙 방정식
쿨롱의 법칙은 충전된 입자(예: 두 프로톤) 또는 두 충전된 물체 사이의 힘을 계산하는 데 사용될 수 있습니다. 전기력 F의 크기는 한 전하량 q1과 다른 전하량 q2를 곱한 값에 직접 비례하며, 입자 사이의 거리 r의 제곱에 반비례합니다. 쿨롱의 법칙은 다음과 같이 표현됩니다. 이는 두 점 전하 사이의 정전기력 F의 크기를 나타내는 스칼라 형태의 쿨롱의 법칙으로, 벡터의 방향은 나타내지 않습니다. 여기서, K 또는 ke는 쿨롱 상수(ke ≈ 8.988×109 N·m2·C-2), q1과 q2는 전하의 부호가 있는 크기이며, 스칼라 r은 전하 사이의 거리입니다.
쿨롱 법칙의 벡터 형태
쿨롱의 법칙은 또한 그 벡터 형태로 표현될 수 있습니다. 입자 1에 작용하는 힘을 두 입자를 관통하는 방사축을 따라 방향을 가리키는 단위 벡터를 사용하여 작성해 보겠습니다. 다른 단위 벡터와 마찬가지로, 이 벡터는 정확히 1의 크기를 가지고 단위가 없습니다. 이러한 결정을 통해, 우리는 전기적 힘을 다음과 같이 작성합니다: 여기서 r은 입자 사이의 거리이고 k는 쿨롱 상수라고 하는 양의 상수입니다.
문제 해결: 쿨롱의 법칙
두 점 전하(q1 = 20nC 및 q2 = -70nC)가 거리 r = 1cm로 분리되어 있습니다. q1이 q2에 미치는 전기력의 크기와 방향, 그리고 q2가 q1에 미치는 전기력을 찾으십시오. 쿨롱의 법칙을 사용하여 두 전하가 서로에게 미치는 전기력을 요구하는 이 문제를 해결합니다. 전하의 부호는 힘의 방향을 결정합니다. 전하가 반대 부호를 가지므로 힘은 매력적입니다; 즉, q2에 작용하는 힘은 두 전하를 연결하는 선을 따라 q1을 향합니다.
자주 묻는 질문
– 쿨롱의 법칙의 주요 응용 분야는 무엇입니까? 쿨롱의 법칙은 제록스 기계, 레이저 프린터, 정전기 공기 정화부터 분말 코팅에 이르기까지 현대 생활에 많은 응용을 가지고 있습니다.
– 쿨롱의 법칙의 주요 목적은 무엇입니까? 쿨롱의 법칙은 충전된 입자(예: 두 프로톤) 또는 두 충전된 물체 사이의 힘을 계산하는 데 사용될 수 있습니다. 전기력 F의 크기는 한 전하량 q1과 다른 전하량 q2를 곱한 값에 직접 비례하며, 입자 사이의 거리 r의 제곱에 반비례합니다.
– 프로톤과 전자는 왜 서로 끌립니까? 원자 내의 전자는 전자기력에 의해 핵 내의 프로톤에 끌립니다. 이 힘은 전자를 더 작은 핵을 둘러싼 전기정전위 우물 안에 묶습니다. 이는 전자가 탈출하기 위해 외부 에너지원이 필요함을 의미합니다.
– 전기 충전의 단위는 무엇입니까? 쿨롱(기호: C)은 전기 충전의 국제 단위 체계(SI) 단위입니다. 쿨롱은 1초 동안 1암페어의 전류에 의해 운반되는 전기의 양으로 정의되었습니다: 1 C = 1 A × 1 s
