전기력이 미치는 공간 (전기장과 전기력선)

Electric field and field lines

전하는 닿지도 않은 다른 전하를 어떻게 밀고 당길까요?

무슨 일이 일어났나

전기장(electric field)은 전하 둘레 공간에 생긴 «힘의 밭» 으로, 그 자리에 +1 C 을 놓았을 때 받는 힘의 크기와 방향을 나타냅니다(단위 V/m = N/C).

전기력선은 + 전하에서 나와 − 전하로 들어가는 선으로 그리며, 선의 방향이 그 자리 전기장의 방향이고 선이 촘촘할수록 전기장이 셉니다.

시뮬레이터에서 +1 µC · −1 µC 사이 한가운데는 1.80×10⁶ V/m, 위로 0.1 m 는 6.36×10⁵ V/m, 0.2 m 는 1.61×10⁵ V/m 로 멀어질수록 약해집니다.

번개 길잡이가 땅에 다가오면 그 끝과 높은 물체 꼭대기 사이의 전기적인 힘이 커지는데(미국 기상청), 뾰족하고 높은 곳에 전기력선이 몰리기 때문입니다.

패러데이의 «힘의 선» 생각을 맥스웰이 1855 년 「On Faraday's Lines of Force」 에서 액체의 흐름에 빗대어 정리했습니다.

💡 생활 속 예시

  • 건조한 날 문지른 풍선을 팔에 가까이 대면 닿기도 전에 솜털이 곤두서는데, 풍선 둘레의 전기장이 이미 거기까지 미치기 때문입니다.
  • 천둥이 칠 때 넓은 운동장 한가운데 혼자 서 있으면 위험한 것은, 높고 홀로 선 곳에 전기장이 몰려 번개가 떨어지기 쉽기 때문입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 번개는 같은 곳에 두 번 치지 않는다.

    미국 기상청은 번개가 같은 곳에 되풀이해 치는 일이 흔하고, 특히 높고 뾰족하며 홀로 선 물체가 그렇다고 적습니다. 출처

누가 왜 찾았나

패러데이는 전기력 · 자기력을 공간에 퍼진 «힘의 선» 으로 그려 생각했고, 1845 년에는 유리를 지나는 빛의 편광이 자기력선에 따라 바뀌는 것을 보았습니다. 맥스웰은 이 생각을 숫자로 다루려고 1855 년 「On Faraday's Lines of Force」 에서 액체 흐름에 빗대어 정리했고, 1861 년 「On Physical Lines of Force」 에서 힘의 선을 더 깊이 다뤘습니다.

확인된 값

맥스웰이 「On Faraday's Lines of Force」 에서 패러데이의 «힘의 선» 을 액체 흐름에 빗대어 정리한 해
1855 출처
맥스웰 「On Physical Lines of Force」 를 낸 해
1861 출처
패러데이가 유리를 지나는 빛의 편광이 «자기력선» 에 따라 바뀌는 것을 본 해 (힘의 선 생각)
1845 출처
진공의 유전율 ε₀ (CODATA) — 점전하 둘레 전기장 세기 E = q/(4πε₀r²) 에 들어가는 상수
8.8541878188e-12 F/m 출처
번개 길잡이(stepped leader) 끝과 땅 위 높은 물체 꼭대기 사이의 전기적인 힘이 커진다
electrical forces increase 출처
번개는 같은 곳, 특히 높고 뾰족하며 홀로 선 물체에 되풀이해 친다 (미국 기상청 «번개 오해»)
strikes the same place repeatedly 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 전기와 자기 [12물리02-01]
  • 한국 2022 · 전자기와 양자 · 전자기적 상호작용 [12전자01-01]
  • 잉글랜드 · KS3 Physics: Static electricity
  • 일본 · 高等学校 物理 (3) 電気と磁気

출처

이어서 보기

같은 단원 · 정전기와 전기장

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