[일반물리학] 도체를 넣었을 때 전기장의 값이 0인 이유 (conductor, induced electric field, total electric field, static state, interior of the conductor, charge, free electrons, movement, surface of the conductor, equipotential, potential, potential difference, external electric field, discharge, link)

질문 요약

serway 대학물리학2 강의 내용에서 도체 안에 유도된 전기장 값이 0이 아닌데, 왜 전체 전기장의 값은 0인가요?

답변 요약

대학물리학에서 다루는 도체는 정적인 상태의 도체입니다. 도체 내부는 전하가 존재하지 않으며, 자유전자가 존재하여 전하의 이동이 자유롭습니다. 도체의 표면은 등전위를 가지며, 도체의 표면에 수직한 방향으로 전기장이 형성됩니다. 따라서 도체 표면의 전위는 동일하고, 도체 내부의 전위차는 0입니다. 이러한 상황은 외부에 전기장이 작용할 때에도 방전되기 전까지 유지됩니다.

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도체를 넣었을 때 전기장의 값이 0인 이유

대학물리학에서 다루는 주제 중 하나인 '도체와 전기장'에 대해 알아보겠습니다. 이 주제는 매우 중요하며, 여러분이 물리학을 공부하는 동안 계속해서 접하게 될 것입니다. 여기서는 도체를 두 극판 사이에 넣었을 때 전기장의 값이 왜 0이 되는지에 대한 설명을 해볼 것입니다.

먼저 이해하기 위해 기본적인 개념을 조금 알아보겠습니다. 대학물리학에서 다루는 도체는 정적인 상태의 도체입니다. 이 말은 도체 내부에 전하가 존재하지 않으며, 자유전자가 존재하여 전하의 이동이 자유롭다는 뜻입니다. 이러한 성질 때문에 도체의 표면은 등전위를 가지며, 도체의 표면에 수직한 방향으로 전기장이 형성됩니다.

따라서 도체 표면의 전위는 동일하고, 도체 내부의 전위차는 0입니다. 외부에 전기장이 작용할 때에도 이 상태는 방전되기 전까지 유지됩니다.

이제 위의 개념을 가지고 원래의 문제에 접근해 보겠습니다. '두 극판 사이에 도체를 넣었을 때 전체 전기장의 값이 왜 0이 되는가?' 이 문제의 답은 앞서 설명한 도체의 특성에서 찾을 수 있습니다.

도체의 표면은 등전위를 가지며, 도체의 표면에 수직한 방향으로 전기장이 형성됩니다. 따라서 도체의 내부에서는 전기장이 형성되지 않습니다. 또한 도체의 표면에서 또 다른 극판으로 향하는 전기장도 도체의 표면에서 방출되므로, 이 전기장 역시 사라집니다.

결과적으로 도체를 두 극판 사이에 넣었을 때 전체 전기장의 값이 0이 된다는 것은, 도체의 내부와 도체의 표면에서 발생하는 전기장이 모두 중화되기 때문입니다.

이렇게 복잡한 개념을 이해하는 것은 쉽지 않을 수 있습니다. 하지만 이러한 개념을 통해 우리 주변의 전자기학적 현상을 이해하고, 이를 활용한 기술을 개발하는 것이 가능해집니다. 지금도 우리 주위에는 수많은 전자기학적 기술이 사용되고 있습니다.

이 글을 읽은 여러분도 이러한 기본적인 개념을 이해하고, 물리학의 세계를 더욱 깊게 탐구하는 데 도움이 되었기를 바랍니다.

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