[전기전자 기초 다지기#1] 전기력과 전기장

 

 

 

전기전자분야 이론의 근간이되는 전기력에 대해 알아보자.

 

전기력은 전기적인 성질을 가진 물체들 사이에 작용하는 힘이다.

그렇다면 우리에게 가장 친숙한 힘의 한 종류로 무게(정확히는 질량)에 의한 중력이 있다.

지구가 우리를 잡아당기고 있기에 우리는 하늘로 날아가버리지 않는다. 또 사실 우리도 지구를 당기고 있다. 하지만 우리의 무게가 지구에 비해 턱없이 작은 관계로 지구를 움직이지 못할 뿐.

질량이 가진 물체들 사이에 작용하는 힘을 만유인력이라고 하며, 중력은 만유인력의 대표적이고 친숙한 사례다.

 

그렇다면 전기력이 만들어지기 위한 전기적인 성질은 무엇을 의미할까?

전기적인 성질은 전하량의 크기로 나타낼 수 있다. 즉, 전하량을 가진 물체들 사이에 발생하는 힘이 전기력이다.

다음 그림과 같이 전하량을 가진 물체가 있다면 두 물체 사이에선 전기력이 발생한다.

$F=\frac{Q_1{Q}_2}{4\pi \epsilon r^2}$

$Q_1=Q_1$의 전하량

$Q_2=Q_2$의 전하량

$\epsilon =$ 유전율, 매질에 따른 전기력의 영향 정도

우리가 물속에서 달리기 할 때, 달리기 어려운 것과 같이 전기력도 공간의 종류에 따라 힘이 달라진다.

$r=$ 두 물체 사이의 거리

 

만유인력과의 가장 큰 차이 점은 질량은 항상 양수이지만 전하량은 음과 양의 두 가지의 부호로 나타낼 수 있다는 점이다. 전하량의 부호가 다름은 전기력의 방향이 달라질 수 있다는 것을 의미한다. 양의 전하량을 갖는 물체를 양전하, 음의 전하량을 갖는 물체를 음전하라고 했을 때, 같은 부호의 전하(양전하와 양전하, 음전하와 음전하) 사이에는 척력이, 서로 다른 부호의 전하(양전하와 음전하, 음전하와 양전하) 사이에는 서로를 당기는 인력이 발생한다.

 

어떤 전하량을 갖는 물체가 놓여있는 공간에서 물체에 의한 전기력의 영향력은 어떻게 표현할 수 있을까?

다음과 같이 -1C의 전하가 놓여있는 공간에서 전하에 의한 전기력의 분포를 나타낼 수 있다.

-1C의 전하 주변에는 전기력이 작용하는 공간이 만들어지고 이 영역을 전기장(Electric FIeld)이라고 한다.

전기장을 선과 방향으로 나타내며 양전하일 경우엔 화살표가 바깥을 향한다.

전하량이 클수록 전기력 선의 개수가 늘어나 더 강한 전기력이 존재하는 공간임을 나타낸다. 

전기장은 전하에 의한 전기력이 영향을 미치는 영역과 정도를 나타내며, 공간에 존재하는 단위 전하(+1C)가 받는 힘을 의미하며 전기장의 세기는 다음은 식으로 정의된다.

 

$E=\frac{Q}{4\pi \epsilon r^2}$

$Q=Q$의 전하량

$\epsilon =$ 유전율

$r=$ 두 물체 사이의 거리

 

 

정리하면, 전기력은 전하량을 갖는 두 물체 사이에 작용하는 힘이고, 전기장은 단위 전하당 받는 전기력의 세기와 영역을 의미한다.

 

 

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