2단원중 가장 쉬운 곳이고 암기다.
물리I을 했다면 사실상 날로먹는곳이다.
- 정전기 유도 -
전자가 흐르지 않고 있는걸 정전기라 한다.
전자가 흐르면 그걸 전류라고 하는거다.
근데 정전기 유도라는건 무슨말일까?
말 그대로 정전기를 만드는거다.
전자가 이동한건 아니라서
물체는 전기적 중성이 맞는데
물체 안에서 한쪽은 양전하, 한쪽은 음전하로 대전된다는것이다.
예를들어
전기적으로 중성인 도체가 있다고 해보자.
편의상 전자만 표시했다.
이제 이 물체 왼쪽에
(+)전하로 대전된 물체를
가까이 가져갈것이다.
그러면 전자들이 전기력을 받아서
왼쪽으로 몰리게 될것이고
결국 저 도체의 왼쪽은 (-)전하,
오른쪽은 (+)전하로 대전될것이다.
하지만 물체간 전자가 흐른건 아니기때문에
이건 정전기고
이런걸 정전기 유도라고 한다.
그리고 이렇게
정전기 유도에 의해
도체의 (+)전하와 (-)전하가 서로 분리된 상태를
'분극'이라고 한다.
대전체를 치우면 분극은 사라진다.
즉 원래 상태로 돌아간다.
여기서 핵심은
대전체가 도체에 가까이 가기만 했지
닿지는 않았다는것이다.
대전체를 접촉시키는 순간 전자가 이동하게된다.
- 접촉시켰을 경우 -
다른 말로 접지시킨다고 하는데
물리I 에서 했던걸 떠올려보자.
전하량 +2Q인 대전체 A와
전기적으로 중성인 도체 B가 있다.
도체 B의 전하량은
전기적으로 중성이라했으니 당연히 0이다.
그럼 A와 B를 접촉시키면
'전하량 보존 법칙'에 의해
A는 +1Q, B는 +1Q가 된다.
즉 접촉시켰을경우
전하량 보존 법칙에 따라
전자가 이동하게 된다는것이다.
(+) 대전체를 접지시키면
도체가 최종적으로 (+)전하를 가져야하기 때문에
전자가 도체에서 대전체로 넘어가게 되고,
(-) 대전체를 접지시키면
도체가 최종적으로 (-)전하를 가져야하기 때문에
전자가 대전체에서 도체로 넘어오게된다.
만약 (+) 대전체를 가까이 가져간다음
도체에 손가락을 갖다댔다?
내 몸이 중성인 도체라고 생각하자.
도체 안에서 분극이 일어나는데
그러면 내 몸은 (+)로 분극되어야하고
도체는 (-)로 분극되어야한다.
즉 내 몸에 있는 전자들이
손가락을 타고 도체로 이동하면서
내 몸은 (+), 도체는 (-)로 대전될것이다.
이는 '검전기 실험' 문제에서 자주 나오는 주제인데
검전기가 뭔지 굳이 설명하지 않아도 이것만 이해하면
다 풀 수 있기때문에
이 글에선 설명하지 않을것이다.
- 절연체 -
부도체, 또는 유전체라고도 한다.
예로는 나무, 유리, 종이, 고무 등이 있다.
전자들이 대부분 원자에 구속되어 있어서
자유 전자가 거의 없다.
그냥 자유전자가 없다고 생각해도 된다.
이런 상태라고 보면 된다.
- 절연체에서의 정전기 유도 -
저 절연체에다가 대전체를 가까이 가져가면
전자는 원자에 속박되어있기 때문에
전자가 도체 안을 자유롭게 돌아다니지는 못하고
대신 분자 자체가 극성을 띠게 된다.
분자에 있는 전자들이 전기력을 받아
분자의 왼쪽 부분으로 몰리고
분자들의 왼쪽은 (-)전하, 오른쪽은 (+) 전하로 대전되는것이다.
따라서 이것도 결국
도체 전체로 보면
왼쪽은 (-)전하, 오른쪽은 (+)전하로 대전된다.
즉 여기서도 분극이 일어났다는 것이다.
절연체에서의 정전기 유도로 인한 분극을
'유전 분극' 이라고 한다.
정전기 유도와 결론은 똑같지만
여기서는 정전기 유도가 일어났다고 부르지 않고
유전 분극이 일어났다고 한다.
절연체를 유전체라고 부르기도 한다고 했는데
유전 분극된다는 특성을 살린 명칭이라고 보면 된다.
여기서는 대전체를 치워도
유전 분극 상태가 유지된다.
이를 이용해 정보를 저장하거나
전기 집진기, 복사기, 자동차 도색, 전자레인지 등에 이용된다.
- 접촉시켰을 경우 -
도체는 자유전자들이 대전체로 넘어가면서
도체가 전체적으로 (+)전하로 대전되지만
절연체는 자유전자가 없기때문에 그러지 못한다.
따라서 도체를 접촉시켜도
전자의 이동이 없기때문에 계속 전기적 중성을 유지할거고
따라서 한번 접촉시키면
힘을 줘서 떼지 않는이상 계속 붙어있는다.
- 예제 -
1 )
ㄱ)
금속 조각은 도체이고
대전체를 가까이 가져갔으니
정전기 유도 현상이 발생한다.
따라서 ㄱ(o)
ㄴ)
플라스틱 펜은 (-)로 대전되어있다.
따라서 A에서 전기장의 방향은
위쪽 방향이다.
따라서 ㄴ(x)
ㄷ)
플라스틱 펜에 의해
금속 조각의 위쪽은 (+)로 대전되고
아래쪽은 (-)로 대전된다.
따라서 서로 당기는 전기력이 작용한다.
따라서 ㄷ(o)
따라서 답은 3번
2 )
ㄱ)
(다)에서 C가 (+)로 대전되었다고 한다.
따라서 (나)에서는
붙어있는 B와 C 도체에서
A와 가까운 B쪽은 (-)로 대전되고
A와 먼 C쪽은 (+)로 대전된것이다.
따라서 A는 대전된 막대에 의해 (+)전하로 대전되었다.
따라서 ㄱ(o)
ㄴ)
ㄱ 에서 이미 풀었다.
B는 (-)로 대전되고 C는 (+)로 대전된다.
따라서 ㄴ(x)
ㄷ)
A는 (+)고 B는 (-)니까 서로 당기는 전기력이 작용한다.
따라서 ㄷ(x)
따라서 답은 1번
3 )
검전기 문제다.
이 내용 이해했으면 어차피 풀수있어서 설명 안하겠다고 한게 나왔다.
진짜로 풀수있다.
ㄱ)
우선 금속판과 금속박은 둘다 도체이다.
대전체를 가까이 갖다대면
대전체가 (+)라면
금속판은 (-)로
금속박은 (+)로 대전될거고
대전체가 (-)라면
금속판은 (+)로
금속박은 (-)로 대전될것이다.
따라서 (가)에서 대전된 전하의 종류는
대전체와 금속박이 같다.
따라서 ㄱ(o)
ㄴ)
ㄱ 에서 이미 알아냈다.
따라서 ㄴ(o)
ㄷ)
대전체를 접촉시켜버리면
대전체는 중성이 아닌데
금속판+금속박은 중성이기때문에
대전체가 (+)였다면 금속판+금속박은 (+)로 대전될것이고
대전체가 (-)였다면 금속판+금속박은 (-)로 대전될것이다.
금속박 그림을 보면
두 갈래로 갈라져있는걸 볼 수 있는데
둘다 같은 종류로 대전될것이다.
따라서 두 금속박은 서로 밀어내는 전기력이 작용하고
따라서 금속박은 벌어져있다.
따라서 ㄷ(o)
따라서 답은 5번
4 )
ㄱ)
(나)의 결과가 저렇다는건
결국 최종적으로 A와 B 모두 전기적 중성이라는거다.
근데 (가)를 보면
둘다 대전체에 가까이가기만했지 접촉하지는 않았다.
따라서 이때는 A와 B 모두 전기적으로 중성이다.
즉 이거랑 (나)의 결과랑은 상관이 없다는것
따라서 (나)와 (다)에서 한 행동만이 저런 결과의 차이를 만드는건데
(나)에서 손가락을 A에 접촉시켰다가 떼어냈는데
아무 변화가 없다.
A가 도체였다면
내 몸은 (+)로 대전되고
A는 (-)로 대전되는 분극이 일어날것이다.
근데 그렇지 않았다는걸로 보아
A는 도체가 아니다.
문제에서 A, B는 각각 도체, 절연체중 하나라 했으니까
A는 절연체임을 알 수 있다.
따라서 B는 도체이다.
따라서 ㄱ(o)
ㄴ)
(다)의 결과를 보면
A와 B 사이에 전기력이 발생하고 있다.
B가 도체라서 B가 (-)로 대전된것이다.
따라서 대전체를 가까이 하였으니
절연체 A에는 유전 분극이 발생한다.
따라서 ㄴ(o)
ㄷ)
ㄱ 에서 이미 풀었다.
B는 (-)로 대전된다.
따라서 ㄷ(x)
따라서 답은 3번
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