고급물리:전기 용량 편집하기 (부분)

=답=
{| class="wikitable"
! colspan="3" |축전기에 전하가 저장되는 원리를 정성적으로 설명해봐요.
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! colspan="2" |답변
!선생님코멘트
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|너무 빈약
|전압이 같아질 때까지 전자가 이동한다.
|시간도 많이 줬는데, 좀 더 자세히 써주지;;;
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|근원에 대한 설명만 있다면..!
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* 전하 출발! 도선! 축전기 사이가 떨어져 있어서 축전기 판에 쌓임! 축전기 판이 음전하로 대전! 반대쪽 축전기 판이 양전하로 대전! 전하 축적!
* 전하가 축전기판으로 이동해서 저장된다.
* 전지에 연결하면 전하가 판으로 흘러들어가는데 두 극판은 연결되어있지 않아서 전하가 쌓이게 된다.
* 한쪽에 있는 전자가 빠져나와 다른 쪽으로 이동하여 전자가 이동한 쪽에는 -, 빠진 곳은 +극이 되어 전하가 쌓인다. 이때 전지가 전자를 밀어주는 역할을 한다.
|전하를 이동시키는 힘이나 근원에 대한 설명이 있다면 좋을듯!
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|적절
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* 축전기에 전압을 걸면 (+)단자가 연결되어있는 쪽은 (+)전하가, (-)단자가 연결되어 있는 쪽은 (-)전하가 유도가 되며, 이 때 두 전하 사이에 인력이 작용해 두 쪽의 퍼텐셜 차가 전압과 같아질 때까지 계속 전하가 유도된다.
|굳굳굿궅궇!
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* 회로에 전압이 걸리면 전자가 이동하다가 축전기에서 더 이상 이동하지 못하고 전자가 모이게 된다.
|굿
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|전기장에 대한 오해
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* 도체판에 전위차를 걸면 도체판 사이에 전기장이 형성되어야 하는데, 이 전기장을 형성하기 위해 도체판에 전하가 모인다.
* 두 판 사이에 정전기적 인력에 의하여 저장된다.
* 평행하게 떨어뜨려 놓은 도체판 사이에 서로 다른 전하가 잡아당김으로써 두 도체판에 전하가 저장된다.
* 양,음 전하가 판에 따로 모여서 전기장이 생겨 전하가 저장되어 유지된다.
* 전기장 때문에 전하가 몰려서?
* 두 도체판 사이에 전압을 걸면 음극에는 (-)전하가, 양극에는 (+)전하가 유도되는데, 이로 인해 전기적 인력이 발생하게 된다. 이 인력에 의하여 전하들이 모여있게 되므로 에너지가 저장된다.
|도체판 사이에 전기장이 형성되는 건 원인이 아니라 결과 아닌감?

원인과 결과에 혼동이 온 것 같습니다!


축전기 사이에 발생한 전기장이 전하들을 묶어두는 데 도움을 줄 수 있을진 모르겠지만... 이건 결과적인 거지, 이유는 되지 못한다는 사실을 인지하고 있으면 좋을 것 같습니다!
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|전기용량을 전기적 퍼텐셜에너지로 저장한다.
|뭔가 많이 이상한데... 목적어가 조금 이상하지;;;?
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! colspan="3" |2024. [23강곽 2학년 이정환] 질문이다 도체의 유전 상수가 무한대라면 이것이 갖는 의미는?
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! colspan="2" |답변
!선생님코멘트
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|유전율이 높다는 것은 다르게 말해 분극이 잘 된다는 뜻이고, 즉 도체는 전기장을 걸면 그 전기장의 크기와 같은 양의 전기장이 내부에 생성되게 된다. 이는 다시말해 도체 내부 전기장의 크기는 0이라는 뜻이다.
|오, 근원까지 나이스한 설명!
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|유전상수가 무한대라는 의미는 전기를 저장한다기 보다 전기를 흘려보낸다고 생각할 수 있음으로 전류가 흐르는 금속이라고 생각할 수 있다. 유전상수는 진공상태의 유전율에 대한 물질의 유전율의 비율로 전의된다. 금속과 같은 완벽한 도체의 경우 이 비율은 무한대에 가까워진다고 생각할 수 있다. 따라서 유전상수가 무한대라는 것은 유전물질이 외부 전기장을 차단할 수 있다고 생각할 수 있을 것 같다.
|나이스한 추론.
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* 전기가 아주 잘 통한다. 즉 도선역할을 하는 것으로 생각하면 될 것 같다.
* 전기가 매우 잘 통한다.
* 저장할 수 있는 에너지가 무한대가 된다는 의미인 것 같다.
|나이스한 추론.
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* 무한으로 전류가 흐를 수 있다는 의미이다. 유전 상수가 무한대라면 충전할 수 있는 전하량이 무한이므로 도선에서 계속해서 전류가 흐를 것이다.
* 유전 상수가 무한대라면 전기장을 생성할 수 없기 때문에 전위차를 형성할 수 없고, 결과적으로 전하를 저장할 수 없다. 즉, 축전기는 제 기능을 하지 못한다.
* 축전기 사이에 이 도체를 넣었을 때 축전기의 전하에 따라 도체도 전하를 띠게 되면서 하나의 도체가 되면서 축전기의 역할을 하지 못하게 된다.
* 유전상수가 무한대라면 외부전기방애 대해 내부의 전기장이 0이 될때까지 편극이 된다는 것을 의미한다. 이는 도체의 성질로 전기장이 0이될때까지 전자가 이동한다. 물론 전자가 이동하는것을 편극이라 보기는 힘들다.
|오오. 구체적으로 나이스한 추론이네요...!
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* 유전 상수가 무한대라면 이론적으로 물질은 완벽한 전기 절연체이다. 물질이 전기장을 완전히 차단하고 상쇄해 그 내부에 전기장이 전혀 형성되지 않기 때문이다.
* 도체 내부 전기장이 0이다!
* 내부에 전기장이 존재하지 않는다는 것을 의미한다고 알고 있습니다.
|오, 좋은 추론이긴 했는데!!!! 내부에 전기장이 형성되지 않는 건 정전기학에서의 이야기에요. 전하들이 움직이는 상황에선 내부의 전기장이 0이 될 때까지 전하들을 빠르게 이동시키죠..!!
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* 무한한 전기용량을 가질 수 있다? 무한한 충전?
* 전하를 무한대로 저장할 수 있는 축전기
* 유전상수가 무한대인 유전체를 사용하면 무한한 전하를 축적할 수 있다
* 평행판 축전기 사이에 두께가 거의 평행판 사이의 폭과 같은 도체를 끼워넣으면 유효 폭이 0에 수렴하면서 전기용량은 무한대로 발산하는 것과 관련지어 생각할 수 있을 것 같다
* 도체의 유전 상수가 무한대라면 전기 용량이 무한대이므로 전하가 무한대로 쌓일 수 있을 것입니다
|무한한 충전은 곧... 아무 것도 충전하지 않는다고 생각할 수도 있을 것 같네요. 바닥의 물탱크 용량은 무한이라고 할 때, 물을 바닥에 버리면 바닥은 물을 무한대로 흡수하지만, 아무것도 아닌 것처럼.
축전기 사이에 금속을 끼워넣으면 해당 길이만큼 축전기 사이의 거리가 짧아지는 효과를 냅니다!

ps. 지구의 전기용량을 무한대로 취급합니다.
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|(유전상수) = e(r) 에 대해서, 모든 축전기는 e(r)에 비례하는 정도의 전기용량이 존재한다. 이때, 충전되는 전하의 양은 이것과 전압에 비례하니까 에너지가 무한이라고 생각할 수 있다. 하지만, 축전기의 전도전류 (유전체에 흐르는 전류)는 0이 되어가므로 유전체에서 흐르는 전류인 변위전류만 흐르게 됩니다. 즉, 유전체 내부에서 흐르는 전류가 커지므로 결국엔 유전체에 많은 양의 전하가 충전되지 않을까요.
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|외부의 전기장의 영향이 없어지고 막힌다는 의미인 것 같습니다.
|막힌다기보단 외부 전기장에 전혀 저항하지 못하고 그대로 통과시킨다고 보는 게 더 옳을 것 같아요!
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* 유전율이 무한이 되어 V가 0이 된다.
* 유전률이 기하급수적으로 올라간다. Q=CV이므로 V가 0이 된다.
|오, 축전기 양단에 걸리는 전압이 0이 되겠죠!
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! colspan="3" |2023. 도체의 유전 상수는 어떤 값을 가질까? (위 질문의 근원.)
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! colspan="2" |답변
!선생님코멘트
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|1

1에 가까운 값
|약 25%의 학생이 이렇게 대답하였습니다.

그렇게 생각한 근거는 무엇일까;;
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|매우 큰 값

매우매우매우 클 수밖에 없어요
|얼마나?
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|무한대?
|근거는?
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|무한대가 되어야 도체 내부 전기장이 0이된다는 값을 도출할 수 있다.
|굿
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|무한대라고 하네요. E=sigma/ epsilon 라 도체 내에서 E=0이기 위해 epsilon은 무한대이다
|오, 어디에서 봤어 이런건??
(한을피티)
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|축전기를 직렬연결한 것과 같은 유전상수값을 갖는다.
|네;;;?
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|1보다 작은 수?
|근거는??
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|도체 내부의 전기장은 0이므로 0
|<math>E = \frac{1}{4 \pi \epsilon} \frac{q}{r^2}</math> 에서 유전상수가 0이면 유전율도 0이잖아? 그럼 전기장이 무한대가 되는 게 아닌가요?
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|0이 아닐까! 분극 등의 요인이 없으니!

유전율은 얼마나 편극되는지를 나타낸 값인데 도체의 경우 자유전자가 쉽게 이동할 수 있으니 아마 ≈0으로 예상된다.
|오, 마치 <math>\kappa</math>를 용수철상수처럼 생각한 거군요. 패러데이가 용수철과의 유사성으로 자신의 이론을 폈으니까요. 근데, 전기장에 대한 저항력이 클수록 <math>\kappa</math>가 작아져요.
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! colspan="3" |사이에 아무 것도 없는 평행판 축전기에 여러 유전 물질을 끼워 넣으면 이 축전기의 전기 용량은 어떻게 계산해야 할까?
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! colspan="2" |답변
!선생님코멘트
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* 진공상태보다 유전상수가 커지므로 이를 새로운 유전상수로 반영하여 C=Q/V이용하면 될 것 같다.
|훌륭합니다. 딱 물어본 것에 대한 대답.
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* 유전상수k(카파)를 사용하여 C = ke(입실론)A/d로 표현한다.
* 아무 유전 물질도 넣지 않은 상태에서 전기 용량을 구할 때는 유전율에 1을 넣고 계산(진공이기 때문)하기 때문에 새롭게 유전 물질을 끼워 넣는다면 새롭게 넣는 유전 물질의 유전율만큼 곱해주면서 전기 용량을 계산해야한다.
|네, 보통은 굳이 상수를 2개로 나누지 않고 단순히 epsilon으로 표현하죠.
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* 유전물질이 도체면 등가회로 만들어서 계산하고 부도체면 원래 전기용량에 카파를 곱해서 계산한다.
|굿굳 등가회로를 잘 만들면 됩니다!
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|그 유전물질로 인해 유전상수가 다른 여러개의 축전기가 직렬로 연결된 것으로 생각한다
|네, 위아래로는 직렬연결이라 생각하고 풀면 돼요!
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|평행판 사이에 유전 물질을 끼워 넣으면 유전 분극에 의해 유전물질이 반대 방향으로 전기장을 형성한다. 그러면 전위차가 약해지는데, 회로는 전지에 연결되어 있으므로 저위차를 일정하게 유지하기 위해 평행판에 전하를 더 모으게 되고, 결과적으로 K배가 더 모인다. 따라서 전기장 세기가 유지된다. C=k(입실론0)A/d이다.
|열심히 써줬는데; 맥락과는 맞지 않는 것 같은데, 정성적으로는 잘 설명해주었습니다!
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* 유전물질을 기준으로 축전기를 분리해서 병렬 또는 직렬로 연결된 축전기로 생각하여 계산한다.
* 축전기를 나눠서 직렬 또는 병렬로 생각하고 계산한다.
|아, 아주 훌륭합니다!
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* 직렬 연결과 병렬 연결을 나눠 생각한다. 유전상수와 도체 등을 고려한다.
|어떻게 직렬연결과 병렬로 나누면 될지 자세한 답이 있다면 완벽!
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* 병렬& 직렬 연결로 분해해서 계산, 여러 물질이 직렬로 연결되어 있는 경우는... 어떻게 해야하나
* 각각의 유전물질을 기준으로 여러 축전기를 직렬 연결 하였다고 생각해서 구해야한다. 각 유전물질에 따른 축전기의 전기용량을 따로 구한다음에 직렬연결이므로 역수의 합에 역수를 해주면 구할 수 있다.
|다 제각기 다른 축전기라 생각해서 접근해야죠~
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* 끼워놓는 방식에 따라 다를 것이다. 만약 유전 물질들이 평행판과 수직하게 여러 개 놓여 있으면 마치 각각의 유전 물질이 끼워져 있는 여러 개의 축전기가 병렬 연결되어 있는 것처럼 생각해 계산해야 할 것이고, 평행판과 나란하게 여러 개 놓여 있으면 각각의 유전 물질이 끼워져 있는 여러 개의 축전기가 직렬 연결 되어 있는 것처럼 생각해 계산해야 될 것이다. 만약 끼워놓여 있는 방법이 다양하다면 유전 물질이 하나 끼워져 있는 여러 개의 축전기가 병렬과 직렬 연결을 하는 것처럼 생각해야 할 것이다.
* 가로축 세로축으로 나눈뒤에 적절한 계산을 한다 따라서 세로축우로 연결된 경우 면적을 나눠서 계산하고 가로축으로 나눠진 경우는 거리로 나눠서 계산한다.
|오, 이런식으로 답할 줄이야...!
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|여러 물질이 다른 물질이면 유전률이 다르기 때문에 각각 전기용량을 구하고 모두 더한다.
|이건 병렬연결일 경우!
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