등전위면과 전기장의 세기 - 전기기능사 이론 공부

 

■ 전위와 전위의 크기

 

전위(電位, electric potential)는 안정된 전기장에서 단위 전하가 가지는 전기적 위치 에너지로 단위는 볼트(V)입니다. 특정 지점에서의 전압을 말합니다. 두위치 사이의 전위의 차이를 전위차(potential difference)라고 합니다. 볼트를 주로 사용하지만 전기에너지 J, 전하량 C에서 J/C로 표현할 수도 있습니다.

 

 

■ 전위의 기울기

 

전위의 기울기(G)는 전기장의 세기(E)를 나타내며 전위차 V, 거리 m 일때 G = V/m으로 나타낼 수 있습니다. 전류는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고 전자는 반대입니다.  

 

 

■ 등전위면

 

전기장 중에서 전위가 같은 점들을 모두 연결했을때 나타나는 면으로 다음과 같은 특성을 같습니다.

• 전기력선과 직각으로 교차한다
• 등전위면의 밀도가 높은 곳은 전기장의 세기도 크다
• 전하는 등전위면과 직각으로 이동한다(전기력선은 전하의 이동 방향을 가리키므로)
• 다른 전위의 등전위면은 서로 교차하지 않는다.
• 전위의 기울기가 0인 점으로 구성된 평면이다.

 

■ 기출문제

 

※ 이제 기출문제를 통해서 복습해 보겠습니다. "정답보기☞"우측을 클릭하면 답을 확인할 수 있습니다.

 

1. 평행판 전극에 일정 전압을 가하면서 극판의 간격을 2배로 하면 내부 전기장의 세기는 어떻게 되는가?(정답보기☞나)
   가. 4배로 커진다. 나. 1/2배로 작아진다.
   다. 2배로 커진다. 라. 1/4배로 작아진다.
※ 전기장의 세기는 E = V/m

2. 일정 전압을 가하고 있는 평행판 전극에 극판 간격을 1/3로 줄이면 전장의 세기는 몇 배로 되는가?(정답보기☞다)
    가. 1/3 배 나. 1/√3 배
    다. 3배 라. 9배

※ 1번 참조

3. 그림과 같이 공기 중에 놓인 2×10-8[C]의 전하에서 2[m] 떨어진 점 P와 1[m] 떨어진 점 Q와의 전위차는?(정답보기☞나)

   가. 80[V] 나. 90[V]
   다. 100[V] 라. 110[V]

※ 각 지점의 전위 V=9 X 10^9 X Q(전하량)/R(거리)로 구합니다. P, Q를 구하고 그 차이를 구합니다.

4. 100[V]의 전위차로 가속된 전자의 운동 에너지는 몇 [J]인가?(정답보기☞라)
    가. 1.6×10^-20[J] 나. 1.6×10^-19[J]
    다. 1.6×10^-18[J] 라. 1.6×10^-17[J]

※ 1V일때의 에너지는 1.6×10^-19[J]

5. 전기장 중에 단위 전하를 놓았을 때 그것이 작용하는 힘은 어느 값과 같은가?(정답보기☞가)
   가. 전장의 세기 나. 전하
   다. 전위 라. 전위차

6. 10[㎝] 떨어진 2장의 금속 평행판 사이의 전위차가 500[V]일때 이 평행판 안에서 전위의 기울기는?(정답보기☞라)
   가. 5[V/m] 나. 50[V/m]
   다. 500[V/m] 라. 5000[V/m]

※ 1번 참조. Cm를 m로 변환해서 구합니다.

7. 전장 중에 단위정전하를 놓을 때 여기에 작용하는 힘과 같은 것은?(정답보기☞나)
    가. 전하 나. 전장의 세기
    다. 전위 라. 전속

8. 전장의 세기에 대한 단위로 맞는 것은?(정답보기☞다)
   가. m/V 나. V/m2
   다. V/m 라. m2/V