물리학:전기장과 전기력 편집하기

{{22개정 물리학}}

== 배우는 이유 ==
{| class="wikitable"
!흥미적
이유
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=== 출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~) ===

#접촉하지 않아도 어떻게 힘이 작용할 수 있을까?
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!직업적
이유
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* 각종 이공계 학문의 기초.
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!학문적
이유
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*장(field) 개념은 현대 물리학의 핵심 언어
*전하, 쿨롱 법칙
*중첩 원리
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!너희들은?
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*전기장과 전위는 현대 전자기 문명의 설계도라고 말할 수 있을 것 같습니다. 대부분의 첨단 기기는 전기장의 세기와 전위차를 정밀하게 조절하여 작동합니다. 이 원리를 알아야 전기를 단순한 현상이 아닌 통제 가능한 에너지로 다룰 수 있습니다. 자연현상을 힘이 아니라 ‘장’으로 기술하는 물리학의 핵심 사고방식을 배워야 합니다.  ---> 네, 현대 전기 문명의 설계도로서의 가치가 있죠. 반도체, 통신, 이외 전동기 산업의 기초.
*동생이나 친구들이 전위차나 전기장에 대해서 배워야하는 이유는 이를 모르면 왜 건전지를 끼워야 기기가 작동하는지, 왜 전선만 연결한다고 전기가 흐르지 않는지 근본적으로 이해할 수 없기 때문이라고 생각합니다.
*전기력을 매번 쿨롱 법칙으로 계산하면 복잡해진다. 그래서 공간에 전기장을 먼저 정의해 두면 문제를 단순화할 수 있다.  --> 효율의 측면에서 잘 보았습니다.
*솔직히 이 분야는 과학을 전공하는 것 아니면 쓸 일이 거의 없다고 생각한다. 왜냐하면 일단 일상생활에서 이 이론들을 활용할 일이 없고 이와 관련된 현상들은 눈에 보이도록 뚜렷하게 볼 일도 없다.  --> 모든 사람이 물리학자가 될 필요는 없으니까요! 맞아요! 하지만, 님들은 화학을 하거나, 생물을 하거나, 지구과학 쪽으로든 나갈텐데... 어디서든 쓰임 ㅜㅜㅜ
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!배워야 할 것
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*쿨롱의 법칙을 기반으로 전기장, 전위 등이 어떻게 유도되는지
*쿨롱 법칙인 것 같습니다. 왜냐하면 굉장히 많이 나오기 때문 입니다.
*힘은 물체가 직접 주고받는 게 아니라, 공간을 통해 전달된다는 관점 전환이 가장 중요한 것 같다. -> 와우!
*전하가 주변 공간의 성질을 변화시켜 전기장을 형성하고, 그 안의 입자는 전하량과 위치에 따른 에너지를 갖는다. 전기장은 다른 전하에 힘을 전달하는 매개체가 되며, 전위는 공간의 각 지점이 가진 에너지 수준을 의미한다. 전위차에 의해 전하의 이동 방향이 결정된다.

* 양전하에서는 전기장 방향이 나가는 방향, 음전하에서는 전기장 방향이 들어오는 방향 으로 정의됐던것을 꼭 배우고 기억해야 된다고 생각한다. 평소에서의 물리와 다르게 ‘이렇게 약속하자!!’라고 하였기에 기억하고 사용할만하다고 생각하고, 전기력 문제를 풀려면 꼭 필요하다..  --> 조금 말이 이상하긴 하지만;
|}

== 도입 ==
<youtube>https://www.youtube.com/watch?v=bVzO7ZtqSHA&list=RDbVzO7ZtqSHA&start_radio=1</youtube>

== 학습 ==

=== 영상 ===
{| class="wikitable"
!수업
!영상
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== 수업요약 ==

=== 핵심개념 ===
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!개념
!설명
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=== 전개질문 ===

# 한 점에서 전기장이 0이면, 힘도 항상 0일까?
# 접촉하지 않아도 어떻게 힘이 작용하는 것일까?(전기장, 중력장)

=== 도착질문 ===

# 전기장이 0이면 전위도 항상 0인가? 전위가 0이면 전기장도 항상 0인가?

=== 생각해볼 만한 질문 ===

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== 학생들의 질문 ==

=== 개념 ===

=== 수업 중 떠오른 질문 ===
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!학생 질문
!교사 코멘트
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* 왜 같은 전하끼리는 밀고 다른 전하끼리 끌어당길까??
* 전기장은 실제로 존재할까? 아니면 개념일까?
|그걸 장으로 설명하고 있죠.
사실, 장도 설명의 도구.. 어쩌면 인간이 인위적으로 만든 것이라 볼 수 있습니다.

그런데;; 전자기파를 장의 변화로 설명하고 이게 또 꽤 잘 먹혀요;;!

만약 우리가 장님이라면.. 촉감도 사용할 수 없다면.. 다른 어떤 방법으로(예컨대 소리를 듣거나) 누군가의 손가락은 5개다 라는 가설을 세워서 현상들을 설명할 수 있겠죠.

전기장, 중력장, 에너지 같은 개념들이 이런 식으로 만들어져 발전되어가는 개념입니다. 물론 언제든 더 좋은 개념이 나타난다면 무너질 수 있겠지만요!
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|모든 전자기 관련 문제를 F = qE로 풀 수 있을까?
|네, 모든 역학 문제를 F=ma로 풀 수 있듯이요!
그러나 효율성에서 좋지 못하죠;; 현실에선 계산력 문제도 있구요.
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|중력장과 전기장은 비슷한 수식을 가지는데, 왜 중력에는 척력이 없을까?
|그러게요, 이것도 참 신기한 일이에요. 반입자들은 전하량도 반대인데, 모두 동일하게 중력을 갖고 있고 인력만 보여주니까요!!
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* 전기장이 0인 지점에서는 정말로 아무 일도 일어나지 않을까? 안정한 상태일까?
* 전기장이 0인 지점은 항상 안정한 위치일까, 아니면 불안정할 수도 있을까?
|전기장 외의 힘들이 없다면 안정적인 상태라 보아도 되지 않을까요?
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|시간에 따라 변하는 전기장에서도 같은 식 F=qE가 성립할까?
|네, 그 순간에 형성된 전기장에 의해 힘을 받으니까요!
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|전기력이 사라진다면 세상은 어떻게 될까?
|오....... 원자 자체가 있을 수 없을듯. 세상엔 전자와 오직 원자핵들만..!
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|전기력선과 등전위선은 항상 수직이라던데 왜 그런건가요?
|등고선을 생각해보면 좋아요.
등고선은 사실.. 등위치에너지선이죠. 위치에너지가 낮아지려는 방향으로 힘이 작용하듯, 전위가 낮아지는 방향으로 전기장이 형성됩니다.
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|전위가 같은 지점들을 따라 이동하면 왜 일이 0일까?
|위에 이어서!
등고선을 따라가면 위치에너지에 변화가 없죠. 즉, 한 일도, 받은 일도 없습니다!
전위도 같은 방식으로!
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*전하 배치에 따라 전기장과 전위 분포는 어떻게 달라질까?
* 전하를 띄는 물체 여러 개가 있을 때 전기력이 0인 지점의 개수와 위치를 알 수 있을까?
* 여러 전하가 만드는 전기장은 한 공간에서 서로 더해지거나 상쇄될 수 있는데, 그렇다면 실제 복잡한 상황에서는 어떻게 계산할까?
* 전기장이 여러 개 작용하는 경우에도 힘의 합성처럼 풀면 되나요?
* 중력장과 전기장이 같이 작용하는 공간에서의 힘은 어떻게 구할까?
|기본적으로 중력장은 중첩됩니다.
마찬가지로 전기장도 중첩되는 성질이 있어요.
=> 쿨롱의 법칙으로 개별 입자들이 만든 전기력을 다 합치면 해당 지점에서의 힘을 구할 수 있습니다. 그걸 q로 나누면 합성 전기장~
기대하세요~ 고급물리에서 적분과 함께 구하게 될거에요~
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* 장과 파동은 무엇이 같고 다른 것일까?
* 장(전기장, 중력장 등)은 공간의 실제 성질일까?
* 장에서 힘이 작용하는 원리가 궁금하다
|지금 설명하는 원리는 장의 밀도에 따라서 힘이 다르게 작용한다.
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* 왜 전자는 전위가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동할까?
|전자도 무조건 위치에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해요.
전위에 -전하를 곱하면 전위가 낮은 곳이 위치에너지가 높은 곳이 되어버리죠!
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*왜 전류 방향과 전자의 이동 방향은 반대일까?
* 전류 방향을 왜 그렇게 정의했을까?
|프랭클린이 + - 를 임의로 이름붙였고, 한참 있다가 실제로 움직이는 게 -임을 밝혀내게 됩니다.
그런데, 이미 전자기학이 상당히 자리 잡은 상태였고, 전류의 방향만 바꾸면 모순 없이 작동했기에, 굳이 바꾸지 않고 그대로 쓰고 있습니다.
그리고 전류의 방향이 현재와 같아야 기억하기도 쉽다;;;?
ex) 오른손 법칙.(오른나사법칙)
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* 왜 1C 전하는 그렇게 정의되었을까?
* 전기장의 정의에서 왜 +1C를 기준으로 할까?
|우리 단위 하면서 했는데;;; 일상에서 쓰기 편한 양을 1A로 정하고 거꾸로 1C이 정의됨.
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|전위가 0을 어디로 잡는지는 왜 마음대로일까?
|전위 차이만 유의미하기 때문.
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* 쿨롱 법칙과 만유인력이 비슷한데 같은 힘 아닐까?
* 중력장과 전기장의 차이점은 무엇일까?
|수학적으로 완전 같은 형태라 둘을 엮으려 100년 넘게 노력하고 있으나, 아직도 통일장 이론은 나오지 X

👉 공통점
- 둘 다 거리의 제곱에 반비례
- 둘 다 장 개념으로 표현 가능

👉 결정적 차이
- 중력: 항상 인력 (질량은 +만 존재)
- 전기력: 인력 + 척력 (전하는 +, - 존재)

👉 결과적으로
- 중력 → 구조를 모으는 힘
- 전기력 → 구조를 다양하게 만드는 힘

👉 그래서
우주의 구조 자체가 달라짐
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* 전기장이 시간에 따라 변하면 바로 전달될까?
* 멀리 있는 전하 변화는 즉시 영향을 줄까?
|정답: “즉시 X”

→ 변화는 **빛의 속도(c)**로 전달됨

👉 즉
- 멀리 있는 변화는 “시간 지연” 있음

👉 이게 중요한 이유
- 전자기파
- 상대성이론

까지 연결됨

거의 현대물리 입구임 ㅋㅋ

전자기 끝에 맥스웰방정식 배우면 빛의 속도를 유도할 수 있는데, 특이하게도, 속도나 다른 변수의 함수가 아니라 그냥 상수가 유도됨;;;
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* 전기 퍼텐셜 에너지를 Fd로 계산해도 되나?
* 힘이 변하는데 단순 계산 가능한가?
|힘이 일정 → W = Fd 가능

힘이 변함 → ∫F dx 해야 함
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* 자기부상열차는 곡선도 가능할까?
* 자기장으로 공중부양 가능할까?
|옛날에 이그노벨상으로 개구리를 자기장으로 띄우는 것이 있었음;;;
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* 양전하와 음전하가 뒤바뀌면 어떻게 될까?
* 모든 물체가 전하를 띠면 세상은 어떻게 될까?
|상상력 좋다 👍

👉 핵심: “조건을 바꾸면 법칙의 의미가 드러남”

- +, - 바뀌어도 물리 법칙 자체는 동일하게 유지됨 (대칭성)

👉 모든 물체가 전하 띠면?
- 엄청난 전기력 → 지금 구조 유지 불가
- 물질 구조 자체 붕괴 가능

👉 즉
지금 세계는 “균형 상태”


모든 물체가 전하를 띠면 다 해체되겠지요??!
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* 전기력의 방향이 없을 수 있을까?
|방향이 없다?
→ 그건 힘이 아님 (스칼라)
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=== 상위개념 및 개쩌는 질문 ===
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=== 별로인 질문 ===
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=== 해결하지 못한 질문 ===
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=== 코멘트 및 후배들에게 ===
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!대답
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= 더 나아가기 =
교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들을 위하여.{{접기|제목=보기 전에 먼저 생각해보세요~|내용=|형태=mw-collapsed toccolours}}

=== 수업 후, 흥미로운 것 ===
시간이 남을 때에만 보세요~

= 답 =

=== 접촉하지 않아도 어떻게 힘이 작용하는 것일까?(전기장, 중력장) ===

{| class="wikitable"
! 학생 답변 !! 교사 코멘트
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* 전하나 질량은 주변 공간에 전기장이나 중력장을 만들고, 다른 물체는 그 공간에 들어왔을 때 그 장에 의해 힘을 받는다. 힘은 직접 전달되는 것이 아니라 장을 통해 전달된다.
* 전하를 둘러싼 주위공간에 전기장을 형성하기 때문에 접촉하지 않아도 전기력이 작용한다. 중력도 비슷하게 장을 형성하기 때문일 것 같다.
* 물체는 주변 공간에 전기장이나 중력장 같은 장을 만들어 공간의 성질을 바꾼다. 그래서 다른 물체가 그 공간에 들어오면, 직접 접촉하지 않아도 이미 형성된 장에 의해 힘을 받게 된다. 즉, 힘은 물체가 아니라 공간을 통해 전달되는 것이다.
* 전하가 주변 공간의 물리적 성질을 변화시켜 전기장, 중력장을 형성하기 때문입니다. 전기장이 직접 닿지 않아도 힘을 전달하는 매개체 역할을 하며, 그 공간 안에 놓인 다른 물체와 상호작용하여 전기력이나 중력을 발생시키셔서이다.
|정확합니다~!
원격 작용을 설명하기 위해 패러데이 아저씨가 '장'이라는 개념을 이용하여 설명했어요.
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|물체가 주변공간의 물리적 성질을 변화시키기 때문이다.
|조금 더 구체적이면 좋을듯?!
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* 접축하지 않아도 특정 장(범위) 내에서 영역전개하듯이 힘이 작용한다
* 두 물체 사이에 작용하는 힘이기 때문에 굳이 접촉하지 않아도 힘이 작용할 수 있다. (영역전개)
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장은 곧 그 물체의 힘이 지배하는 영역이라고 볼 수 있죠. 자신의 법칙이 지배하는 영역.

ps. 교과서에선 전기장을 깔끔하게 그리지만, 실제로는 서로의 장이 영향을 미쳐 장을 일그러뜨립니다. 술식중화처럼.

ps. 영역전개라는 아이디어 전에 고유결계, 공상구현화라는 게 있었다능;
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* 힘은 공간을 타고 흐르는 파동처럼 전달되기 때문이다.
|장을 물리적 실체처럼 생각했네요. 실제로 잘 먹히는 사고입니다.
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* 접촉하지 않으면서 힘은 전기 장이라는 장을 통해 에너지가 전달되어서
* 공간에 형성된 장이 에너지를 전달하기 때문입니다.
* 전기장과 중력장에서 장이 에너지를 전달해 힘을 작용시키는 것 같다.
|틀린 이야기는 아니지만, 우리가 지금 이야기하는 것은 힘에 대한 것이기 때문에, 여기에서 적절한 답변은 아닌 것 같아요.
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* 중력장에의해 공간이 휜다고 들었는데 전기장도 그런 관점에서의 가능성이 있지 않을까 싶다
* 중력장의 경우 질량이 큰 물체가 공간을 휘게 만들어서 그곳으로 자연스럽게 빨려 들어가는 것이라고 알고 있고 전기장 같은 경우에는 전자기력에 의해 +극은 -로 -극은 +로 끌려가는 인력과 서로 같은 극 끼리는 밀어내는 척력 때문아닐까요?
* 질량이나 전하를 가진 물체는 주변 공간의 성질을 변화시키는데, 이를 '장'이라고한다. 즉, 전하가 만들어놓은 전기장이라는 공간의 왜곡 안에 다른 전하가 놓이게 되면서 그 지점의 에너지 상태에 따라 힘을 받게 되는 것이다. 중력장 역시 질량이 시공간을 휘게 만들어 그 곡률을 따라 힘이 전달되는 것과 같다.

* 공간의 왜곡? 전기장도 비슷하지 않을까요??
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중력에서 배운 공간의 휨 개념을 전기장까지 확장. 실제로 아인슈타인 이후의 현대 물리학은 모든 힘을 이런 기하학적인 관점으로 설명하려는 시도를 계속하고 있어요오~

전기장이 공간의 휨과 연결되진 않은 듯한데, 꼭 3차원 공간이 아니더라도 무언가를 휘었기 때문에 끌려가는 것이 아닐지...! 초끈이론 등 다른 이론에선 우리가 4차원 이상의 차원에서 살고 있다고 말하고 있으니까요!
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* 만유인력의 법칙이나 쿨롱의 법칙에 의해 힘이 작용한다.
* 만유인력과 전기력 공식을 보면, 만유인력은 질량을 가진 물체면 그 물체들 사이에 작용하는 힘이고, 전기력은 전하를 가진 물체면 그 물체들 사이에 작용하는 힘이다. 따라서 접촉하지 않아도 질량과 전하만 가져도 물체들끼리 힘이 작용한다.
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공식은 현상을 '요약'한 것이지, 힘이 발생하는 '이유' 그 자체는 아니에요. "공식이 있으니까 힘이 작용한다"기보다는 "공간을 통해 힘이 전달되기에 그런 공식이 성립한다"가 더 자연스럽겠죠?
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두 물체 사이에 전자가 이동하면 전자를 잃은 물체는 +전하량이 -전하량보다 많아지므로 +전하를 띠게 되고 전자를 얻은 물체는 반대로 -전하를 띠게 된다. 이렇게 전하를 띠게 된 물체 사이에 전기력이 작용하여 전기장이 형성하기 때문이다.
|문맥에 맞지 않고; 결국 어떻게 힘이 작용하는가에 대한 답변은 되지 않습니다;
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전기장과 중력장 모두 전기력과 중력이라는 작용 범위가 무한대인 힘이 작용하기 때문이다. 이 두 힘들의 근원은 아직 밝혀지지 않았다?

아직 정확한 이유는 밝혀지지 않은 것으로 알고있습니다.
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힘의 궁극적인 근원은 연구 중일 수 있지만, '장'이라는 개념을 통해 힘이 전달되는 방식은 현대 물리학에서 매우 명확하게 설명하고 있답니다. 우리가 배우는 이 '장'이 바로 그 답이에요!
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* 자기력, 중력등이 작용하면 접촉하지 않아도 힘이 작용한다
* 전자기력에 의해서 인력, 척력이 작용한다.
* 전기장과 중력장에의해 전기력과 중력이 작용한다
* 정전기적 인력이나 반발력 또는 중력 등으로 인해 접촉이 없어도 힘이 작용할 수 있다.
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[별로인 답변: 단순 반복 및 순환 논리]


"닿지 않아도 힘이 작용하는 이유는 닿지 않아도 작용하는 힘이 있기 때문이다" 식의 답변입니다. '어떻게(How)' 전달되는지, 즉 '공간의 상태 변화'라는 핵심 키워드를 넣어서 다시 생각해 봅시다.

"애는 착해"
|}
=== 한 점에서 전기장이 0이면, 힘도 항상 0일까? ===

{| class="wikitable"
! 학생 답변 !! 교사 코멘트
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* 힘은 F=qE인데 E=0이면 0이다.
* 왜냐하면 먼저 수식에서 확인 할 수 있는데 F = qE 이기 때문에 E가 0이면 항상 F 도 0이 되기 때문이다.
* F=qE이기에 전기장(E)이 0이라면 해당 지점에 놓인 전하량(q)에 상관없이 전기력(F)은 반드시 0이 될 것이다.
* 한 점에서 전기장이 0이면 그 점에 있는 전하가 받는 전기력도 0이다. F = qE이기 때문이다.
* 전기장이 없으면 전하가 있더라도 힘이 0이다
* 전기장이 0이라는 것은 힘이 작용하지 않음을 뜻하기 때문에 힘도 항상 0이 된다.
* 전기장이란 단위 잔하가 그 위치에서 받는 힘이기 때문에 전기장 0 이면 힘도 0이다
* 전기장의 크기는 전하에 작용하는 전기력의 크기이기에, 전기장이 0이면 작용하는 힘은 0이다.
* 전기장은 단위 전하가 받는 힘이므로 전기장이 0이면 그 지점의 전하가 받는 힘도 반드시 0이다. 즉 전기력은 전기장의 세기와 전하량의 곱으로 결정되기에 전기장 값이 0이면 전하량과 상관없이 힘도 0이 된다.
* F=qE 이므로 힘도 항상 0이다. 전기장이 0이라는 것은 그 지점에는 전하를 밀거나 당길 수 있는 공간의 성질 변화가 전혀 없다고도 할 수 있기 때문이다.
* 항상0이라고 생각한다. 왜냐하면 물체의 전하량에 상관없이 곱해지는 값이 0이기 때문이다.
* F=q*E이므로 전기장 E=0이기 때문에 F=0이다.
* 전기장이 형성되어 있지 않다면 전하에 전기력이 작용하지 않는다. 또한, 공식으로 생각해보면 E=F/q, F=Eq로 전기장이 0이라면 힘이 0일 수 밖에 없다.
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전기력은 전하와 전기장의 상호작용이므로, 장의 세기가 0이면 전하가 무엇이든 전기력은 발생할 수 없다는 논리가 명쾌!!
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* 전기력에 의한 힘은 0이지만 다른 외부힘이 가해지면 상황이 다를 것 같다
* 전기장이 0이면 전기적인 힘은 0이지만 합력은 0이 아닐 수 있다
* 항상 0이 아니다. 어떠한 지점에 전기장이 0이여도 중력이나 자기장이 작용할수 있기 때문이다.
* 전기적인 힘만 생각한다면 힘은 0이다. 왜냐하면 전기장이 0이면 qE=F에서 E가 0이되며 F 또한 0이 되기 때문이다.
* 전기력에서는 F=qE 이기 때문에 E가 0이되면 F도 0이 될 것이다. 그치만 모든 힘을 보았을 때, 전기력말고 다른 힘들은 충분히 작용할 수 있지 않을까 생각한다.
* 전기적인 힘은 0일텐데 중력이나 뭐 다른 힘이 작용할 수도 있으므로 아닐 것 같다
* Eq = F이다. 이때 전기장이 0이면 힘도 0이 될 수 있을 것이라 생각합니다..??만 중력과 같은 다른 알짜힘이 작용할 수 있기 때문에 힘은 항상 0이 아니라고 생각할 수도 있지 않을까용
* 전기장이 0이면 그 지점에서 전하가 받는 전기력은 0이지만, 다른 힘(중력 등)이 존재하면 전체 힘은 0이 아닐 수도 있다
* F= qE이기 때문에 전기력은 항상 0이다. 그러나 다른 외력이 작용할 수 있기 때문에 항상 0이라 할 수 없다.
* F=qE이다. 이때 E가 0이면 F도 0이 되기 때문에 전기력은 0이 될 수 있다. 하지만 중력등 전기력을 제외한 힘들이 존재하므로 알짜힘은 0이 아닐 수 있다.
* 중력 등 다른 여러 힘이 작용하는 조건이 있는지 확인할 필요가 있다고 생각합니다. F = qE이기에 전기력은 일단 0이 될 것이라고 생각합니다.
* 전기장의 식은 E = F / q인데, 전기장이 0이라면 일반적으로는 힘도 0이지만 전기력 외의 다른 힘이 작용한다면 알짜힘은 0이 아닐 수도 있다.
* F=qE 이므로 전기장이 0이면 전기력도 0일것이다. 근데 중력이나 다른 힘들은 받을 수 있지 않을까? 그렇게 생각하면 아닌것같기도….
* F=qE이기 때문에 전기력은 0이지만, 물체에 다른 힘이 존재할 가능성이 있다. 예를 들면 중력?
|오.... 함정에 빠지지 않고 다른 힘들도 잘 고려하였네욬ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
그래서 문제에 이것저것 사족이 붙어요. 중력, 마찰은 무시한다든가, 공기저항은 무시한다든가..

그래도 대부분 문제에선 맥락으로 어떤 게 무시되겠구나 파악이 될거에요~(결국 국어...! 책! 문해력!)

아니면 전기력이 0이라고 명료화 하든가.
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|
* 한 점에서 전기장이 0이라면 그 점에 놓인 전하는 전기력을 받지 않으므로 힘은 0이 된다. 이는 전기력이 전하량과 전기장의 곱으로 주어지기 때문이다. 그러나 그 점 주변에서는 전기장이 0이 아닐 수 있어, 조금만 위치가 변해도 힘이 생길 수 있으므로 항상 안정한 상태라고는 할 수 없을 것 같다.
|오, 특이하게 주변 상황까지도 생각했네요 ㅎㅎ
"안정한 상태라고는 할 수 없을 것 같다." 요 언급에 대해선 상황에 따라 다르다.
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|아니다. 전기장의 수식은 E = F/q 인데 여기서 E가 전기장이므로 0 = F/q가 된다. 즉 F=0, q=0 두가지 경우가 나오므로 항상 성립하지는 않을 것 이다........?
|아;; 뭔가 이상한데;;;
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|전하를 띄지 않으면 전기장이 없을 것이고 그 상태에서 힘이 작용하면 전기장이 없지만 힘은 있는 상태이지 않을까요
|전기장은 대상 전하와 관련 없는, 공간에 대한 정보입니다. 전기장이 없으면 전기력도 없어요!
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|그점에 한해서 0이지 않을까 양자역학처럼 q1이 0이면서 1인 상태가 가능하지 않는 이상(근데 전자가 너무 작아서 현실세계에는 가능 할 수 도 있을 것 같다.)
|현실세계에서 전기장이 완전히 없거나 중력장이 완전히 없는 공간은 없죠.
이론세계에서 질문을 했다면 해당 상황에 맞추어 답변을 해주어야 할 듯합니다~
|-
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* F=qE인데 E가 0이기 때문이다.
* 힘이 여러방향에서 작용해도 결국 상쇄되어 0이되는 것이 맞다.
|언어 구사력에 아쉬움. 문맥 파악에 아쉬움.
"애는 착해"
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=== 왜 전기력, 퍼텐셜 에너지 등 기존에 쓰이던 물리량이 아니라 전기장과 전위를 따로 정의했을까? ===
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!학생 답변
!교사 코멘트
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* 전하가 주변 공간을 어떻게 바꾸는지 공간을 설명하기 위해서이다.
* 관찰자가 아니라 그 공간 자체의 정보를 담아내기 위해서???
* 나는 식을 유도하다보면 전기장과 전위는 계속 바뀌는 q2가 변수에 포함되지 않도록하여 식을 정의했다는 생각이 드는데 이는 그 공간 자체의 에너지와 세기를 정의 하기위함이 아닐까?
* 전기력과 퍼텐셜 에너지는 두 물체의 관계이기에 전하량의 영향을 받는다. 전기장과 전위를 따로 정의한 이유는 그런 영향을 받지 않고 공간적 특성 자체를 정의하기 위함인 것 같다.
* 특정 입자가 받는 '힘'이나 '에너지'는 입자마다 다르지만, '장'과 '전위'는 그 공간이 가진 고유한 물리량이기 때문이다.
* 전기장과 전위를 정의하면서 공간의 상요작용에 대해서 정의하기 위함이다.
* 전기력과 퍼텐셜 에너지는 반드시 전하를 가진 두 물체가 있어야 하는 값인 반면에, 전가장은 한 물체가 주변 공간을 어떻게 변화시키는 지에 대한 값이다
* 공간에 집중해서 보고 싶어서
* 전기력이나 위치에너지는 항상 두 물체(전하) 사이의 관계로 정의되어 계산이 복잡해진다. 그래서 물리학에서는 특정 전하에 의존하지 않고, 공간 자체의 상태를 나타내기 위해 전기장과 전위를 정의했다고 생각합니다.
* 전기장과 전위를 사용하면 공간 자체의 상태를 먼저 정의할 수 있어 여러 전하가 있을 때 힘과 에너지를 더 간단하고 체계적으로 계산할 수 있기 때문이다.
* 매번 두 물체의 힘을 계산하기 번거로우니 미리 공간 자체를 설정하는것이다.
* 기존에 전기력을 표현하는 쿨롱 법칙이나, 퍼텐셜 에너지를 표현하는 공식은 물체에 따라 값이 바뀐다. 즉, 상대적이다. 따라서 힘 F와 퍼텐셜 에너지 U를 전하량 q로 나눠, 단위 전하 당 받는 힘, 단위 전하 당 변하는 퍼텐셜 에너지로 정의하여 공간적 특성을 알 수 있기 때문이다.
* 전기력, 퍼텐셜 에너지는 여러 전하 사이의 관계를 정의하지만, 전기장과 전위는 전하 자체의 특성을 정의하여 차이가 있다.
* 전기력은 두 전하 사이의 상호작용이지만 전기장과 전위는 한 전하로도 설명할 수 있는 개념이기에 따로 만든 것이다.
* 전기력과 퍼텐셜 에너지는 전하가 있을 때만 정의되기 때문에, 공간 자체의 상태를 보여주기 위해 따로 정의했을것같다
* 전기력과 에너지는 놓인 전하의 크기에 따라 값이 바뀌지만, 전기장과 전위는 공간 자체가 가진 고유한 특성이기 때문입니다.
* 전하 하나만 존재할 때 전하가 주변에 주는 영향을 설명하기 위해서 이다.
* 장과 전위를 따로 정의했을까? 전기력은 특정 전하가 있을 때만 정의되지만 전기장은 공간 자체의 성질을 나타낸다.
* 전기장, 전위는 특정 전하에 묶이지 않고, 어떤 전하에도 공통으로 적용되는 형태로 일반화한 개념이다.
* 힘은 두 물체 관계지만, 전기장과 전위는 한 점의 상태를 나타내서 더 일반적이고 계산이 편리하기 때문이다
* 공간 자체가 가진 고유한 전기적 상태를 정의해서 힘과 에너지를 쉽게 계산하기 위해 정의했다.
* 전기력과 퍼텐셜 에너지는 공간의 정의를 나타내기 어렵다. 따라서 전기장과 전위를 따로 정의하므로써 공간에 미치는 영향을 정의할 수 있게 됐다.
* 전기력과 퍼텐셜 에너지는 상대가 누구냐에 따라 값이 매번 바뀌지만 전기장과 전위는 아니다.
|오... 대부분 정답...!

핵심은 두 물체 관계가 아니라 공간 자체로 관점 이동하는 거에요. 공간 자체에 대한 정보가 있으면 더 광범위하게 활용할 수 있으니.

전기력/퍼텐셜 에너지는 '누가 거기 있냐'에 따라 값이 계속 바뀌고

전기장/전위는  '그 공간이 원래 어떤 상태냐'를 보여주니까, '누구'를 바꿔 넣으면 '힘/에너지'를 얻을 수 있으니, 더 광범위하게 쓰이죠.

이건 물리에서 굉장히 중요한 사고 전환..!
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* 힘은 두 물체가 있어야 정의되지만, 전기장은 공간 자체의 상태를 나타내어 어떤 전하에도 바로 적용할 수 있다. 전위는 계산을 더 쉽게 하기 위한 스칼라 개념이라 문제를 단순하게 만든다
* 퍼텐셜 에너지나 전기력은 두 물체와 그사이의 거리라는 다소 일반화하기 어려운 형태를 가지고 있다고 생각한다. 따라서 일반화하기 쉽게 하나의 전하를 1C으로 가정하고(단위전하를 기준으로) 만든 정의인 것이다.
* 전기장은 어느 전하가 다른 전하에 전기력을 가할 때, 순간적인 원격 작용이 아니라 이러한 전기력을 매개해줄 공간이 필요하다고 생각하여 만든 개념이다.
* 전위 역시 전기적 위치에너지를 단위 전하 기준으로 나타내어 계산과 이해를 더 단순하게 만든다.
* 전기력이나 퍼텐셜 에너지는 거리에 따라 달라지는 물리량이지만, 전기장과 전위는 딱 정해질 수 있기 때문이다.
* 전기장은 방향성이 있는 벡터(Vector) 정보이기에 입자가 어느 방향으로 가속될지를 알려줍니다. 반면, 에너지 정보를 담은 전위는 방향이 없는 스칼라(Scalar) 정보이기에 전체적인 에너지 보존 법칙을 적용하기에 훨씬 유용합니다.
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|더 자세히 접근해서 왜 편해지는가까지 설명한 그룹
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|전기장은 원래 쿨롱 힘으로 계산했는데 그러면 모든 전하쌍을 일일이 계산했어야 했다. 하지만 전기장의 단위를 따로 사용함으로써 공간 자체의 상태를 표현해 좀 더 쉽게 표현할 수 있게 되었다.
|가장 맘에 듦.
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* 전기력이나 퍼텐셜 에너지로는 전기장 또는 전위와 같은 개념을 나타낼 수 없었기 때문이다.
* 중력장과 전기장에서 상호작용하는 힘의 종류가 다르기 때문이다. 중력장은 질량에 의해 형성되며 인력만 존재하지만 전기장은 진기력에 의해 형성되며 인력과 척력이 모두 존재하기 때문이다.
|'''[독서이슈]'''
그니까, 왜 전기장이나 전위 개념이 필요하냐고;;
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|퍼텐셜 에너지는 상대적인 값이기 때문에 전기장과 전위로 정의했다
|전위도 상대적인 값임;;
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* 기존에 있던 물리량으로 한다면 전기장과 전위를 나타내는 것이 매우 더럽고 복잡해지기 때문아닐까요
|그 더러움을 구체화하고, 그걸 극복하기 위해 정의했다고 하면 좋은 답변.
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* 그게 더 편리할 뿐만 아니라 관점의 차이가 명확하므로
* 전기장, 전위를 기존의 개념 만으로 계산하기에 쉽지 않아서 새로운 물리량이 필요했을 것 같다.
|구체성 아쉬움. 이런 경우는.. 부분점수...도 어려운 경우가 많음;
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|너무너무 작은 세계여서 그런 것 같아요
|작은 세계인 것과 상관은 없어요. 중력장도 우주 단위에선 퍼텐셜로 다루는 경우가 많거든요.
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* 공간 자체의 성질이 아닌 전하도 고려해야하기 때문이다 왜냐하면 같은위치여도 전하량에 따라 달라지기 때문이다.
|반대로 갔어요;; 전하량 자체의 특성을 제거하고 공간 자체를 살피기 위한 건데;;
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* 전기력,퍼텐셜 에너지는 기존의 역학의 관점에서 전기를 설명하기 위해 새로 만들것일거고 전기장, 전위는 역학과의 연관성을 생각하기 전에 만들어진 개념이었어서 그런 게 아닐까 싶다.
|사실, 전기장이 처음 등장한 것은, 전기력을 설명하기 위해서 도입된 것;
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* 전기장은 전기력이 미치는 공간을 나타내기 때문에 전기력과 구분할 필요가 있고, 전위는 전기력에 의해 형성되는 위치 에너지이므로 이 역시 기존의 단위와 구분할 필요가 있다. 무엇보다 위 두 단위는 전기와 관련된 물리량으로 단위에 c이 들어가야 하므로 다른 단위를 사용할 필요가 있다
|뒷부분이 좀 이상함;; 단위 때문에 정의된 건 절대 아님!

개념 → 단위 순서입니다
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* 이전까지는 물체의 운동에 대한 내용들이였다. 이런 전기력이나 전기장은 우리가 직접적으로 볼 수 없는 원자에 대한 이야기라 단위를 나누어 사용하는 것 같다.
|흠;; 중력도 안보임.
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= 생기부 기록 예시 =
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!선생님코멘트
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= 각주 =