[일반물리학] Serway 대학물리학1+2 46강에서 전류의 움직임과 전기력에 대한 질문 (Physics, electricity, electric force, current, electric power, work)

질문 요약

46강에서 교수님께서 전기력이 하는 일은 0인데, 어떻게 전류에 대해서는 전기력이 일을 할 수 있는지 설명해주세요. 제 생각이 맞나요?

답변 요약

도선 내부와 지면 관찰자의 좌표계가 다르기 때문에 도선의 운동은 원운동으로 관측되지만 지면에서는 성분의 합 방향으로 운동하게 됩니다.

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일반물리학 - Serway 대학물리학1+2 46강에서 전류의 움직임과 전기력에 대한 이해

안녕하세요, 물리 공부에 대한 국내외 여러 학습자들의 질문과 토론을 위한 이 공간에 오신 것을 환영합니다. 오늘은 Serway 대학물리학1+2의 46강에서 다루었던 전류의 움직임과 전기력에 관한 질문에 대해 답변하려 합니다.

"전기력이 하는 일은 0인데, 어떻게 전류에 대해서는 전기력이 일을 할 수 있는지"라는 질문에 대한 답변을 시작하기 앞서, 전기력과 일에 대한 개념을 다시 한번 짚고 넘어가겠습니다. 전기력은 전하 간에 작용하는 힘으로, 이 힘은 전하의 크기와 거리에 비례하게 됩니다. 그리고 일은 힘이 물체를 움직일 때 소비되는 에너지로 정의됩니다.

그렇다면 질문의 핵심인 "전류에 대해서는 전기력이 어떻게 일을 할 수 있는가"에 대한 답변은 다음과 같습니다. 전류는 전하의 이동, 즉, 전자의 흐름을 의미합니다. 이 전자들이 도선을 통해 움직일 때 전기력에 의해 가속되고, 이 때 소비되는 에너지가 바로 전기력이 하는 일이라고 할 수 있습니다.

여기서 중요한 점은 도선 내부와 지면 관찰자의 좌표계가 다르다는 것입니다. 도선 내부에서는 전자들이 전기력에 의해 원운동을 하지만, 지면 관찰자 입장에서는 이 원운동이 합성되어 전류의 흐름 방향으로 보이게 됩니다. 따라서 교수님께서 말씀하신 "전기력이 하는 일은 0"이라는 말은 도선 내부에서 전자들이 원운동을 하며 소비되는 에너지가 없다는 의미로 해석할 수 있습니다.

즉, 전기력이 전류에 대해 일을 하는 것은 도선 외부에서 관찰할 때 전류의 흐름 방향으로 전자들이 움직이는 것을 보아 판단할 수 있습니다. 이는 전기력이 전자들을 가속시키며 에너지를 소비하고 있음을 의미하며, 이것이 바로 전기력이 전류에 대해 하는 일입니다.

이렇게 볼 때, 질문자님의 생각은 전혀 틀리지 않았습니다. 다만 좌표계의 차이에 따른 관찰자의 시점 차이를 고려한다면 더욱 정확한 이해를 할 수 있으리라 생각합니다.

이상으로 오늘의 주제에 대한 답변을 마치겠습니다. 물리학은 복잡해 보이지만, 한 단계씩 차근차근 이해한다면 분명 재미있는 학문이 될 것입니다. 앞으로도 궁금한 점이 있으시다면 언제든지 이 공간을 이용해 주세요. 감사합니다.

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