고급물리:전기장
이 틀은 틀:현재 교육과정:고급물리에서 관리한다. 틀:15개정 고급물리
| 흥미적
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| 너희들은? |
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| 배워야 할 것 |
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| 수업 | 영상 |
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| 개념 | 설명 |
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- 전기장의 방향은 어떻게 정하는가?
- 후배들에게 남길 만한 질문.
| 질문 | 대답 |
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오, 중요한 질문.
전기장은 직접 눈으로 볼 수는 없지만 그 공간에 놓인 전하가 받는 힘, 전하의 운동, 전위차 등을 측정하여 간접적으로 확인할 수 있음. 그렇다고 전기장이 단순한 계산 도구에 불과하다고만 보기도 어려움. 전기장은 에너지와 운동량을 가질 수 있고, 전자기파의 형태로 공간을 통해 전파되기도 함. 결국 우리는 전기장을 직접 보는 것이 아니라, 전기장이 만들어내는 여러 효과를 일관되게 관측함으로써 그 존재를 확인하는 것. |
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맞음. 실제 전하를 가져다 놓으면 원천 전하의 분포가 변하여 원래의 전기장이 교란될 수 있음.
그래서 이론적으로는 원래 전기장을 거의 바꾸지 않을 만큼 아주 작은 시험 전하를 가정함. 여러 크기의 시험 전하로 측정한 뒤 시험 전하량을 0에 가깝게 보내는 극한을 생각할 수도 있음. 그러나 완벽하게 교란하지 않는 실제 측정은 어려움. 이는 전기장만의 문제가 아니라, 측정 행위가 대상에 영향을 미치는 여러 과학 실험에서 공통으로 나타나는 문제임.(양자역학적으로도) |
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전기장선의 개수에는 절대적인 기준이 없음.
보편적인 기준이 없어서 가우스가 전기장을 적분하는 형식으로 전기장 플럭스의 양을 나타내었죠. |
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같음.
각 전기장으로부터 받는 힘을 먼저 구해 합성하면 전기장을 먼저 합성하면 이므로 결과는 같음. |
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근본적인 질문.
아직 과학에선 “전하가 왜 그런 성질을 가지는가?”까지 설명해 주지는 않음. 현대 물리학에서는 전자기적 상호작용을 자연의 기본 상호작용 가운데 하나로 보고, 양자전기역학에서는 광자가 이를 매개한다고 설명함. |
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중력과 전기력의 식은 비슷하지만, 힘의 원천이 되는 질량과 전하의 성질이 다름.
같은 근원인데도 빨아들이는 형식으로. 어쩌면 질량은 공간을 휘게 만드는 것이고, 전하는 무언가를 방사하는 느낌의 근원이라 결과가 달라지는 것이 아닐지? |
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오우, 시공간 자체가 휘어 있으므로, 평평한 공간에서 사용하던 면적과 부피의 계산을 그대로 사용할 수 없을 듯;
일반상대성이론에서는 휘어진 시공간의 기하를 반영하도록 맥스웰 방정식을 공변적인 형태로 표현한다고 하네요. |
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오, 매우 좋은 질문.
고전 전자기학에서는 전기장의 에너지가 전하에만 들어 있는 것이 아니라, 전기장이 형성된 공간에 저장되어 있다고 설명할 수 있음. 진공에서 전기장의 단위 부피당 에너지는 로 나타냄. 전하를 이동시키기 위해 외부에서 한 일은 전하계의 전기적 퍼텐셜 에너지 변화로 나타나며, 장의 관점에서는 전기장에 저장된 에너지의 변화로 볼 수 있음. 축전기가 전기 에너지를 저장하는 것도 이러한 관점으로 설명할 수 있음. |
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ㅇㅇ 그것들을 종합한 실험값으로 유전율을 측정함. |
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일단 균일한 껍질 형태라면 내부에 전기장을 만들지 않아서 '가둔다'라는 의미랑은 달라지고;; 손쉽게 빠져나가버리지;
그래서 실제로 하전 입자를 가둘 때는 시간에 따라 변하는 전기장, 자기장, 또는 두 장의 조합을 사용함. 그, 자기병? 자기거울? 이런 거 쓰는데, 완벽하게 가둬지지 않음; 그래서 핵융합 할 때 어려운 점.
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대칭적이지 않으면 가우스법칙을 쓰는 의미가 없음; 복잡한 건 콤퓨타로 ㄱㄱ |
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가우스 법칙이 없다면.. 다른 야매법은 저도 모르겠는데요;;
전위를 먼저 구하는 것, 이미 알려진 결과를 중첩하여 사용하는 것 정도겠네요;; |
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오, 훌륭한 질문.
일단 기본 전자기학의 증명들이 다 무의미해질거고... 전기력이 기본적으로 약해져서 원자들의 크기가 커지지 않을지? 다같이 비슷한 비율로 커지면 좋겠지만, 그렇진 않을듯? 복잡한 분자가 많으니까; 힘을 측정하는 것보다 없다는 것을 확인하는 게 훨씬 쉽지. |
| 질문 | 대답 |
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일상적으로 물체와 “닿는다”는 것은 두 물체의 원자핵이 맞닿는다는 뜻은 아님. 손과 물체의 전자구름이 매우 가까워지면 전자기적 상호작용과 양자역학적인 효과 때문에 더 가까이 접근하기 어려워짐.
이때 생기는 저항과 손의 변형을 감각기관이 감지하여 우리는 접촉했다고 느낌. 따라서 일상적 의미에서는 분명 물체와 접촉한 것이지만, 원자 수준에서는 작은 공처럼 단단한 입자끼리 직접 맞닿은 것으로 생각하면 안됨. |
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습도가 높으면 물체 표면에 얇은 수분층이 형성되기 쉬움. 물에는 이온 등의 이동 가능한 전하가 포함될 수 있으므로, 건조한 표면보다 전하가 이동하고 빠져나가기 쉬워짐.
수증기가 전하를 마구 운반한다기보다, 습기로 인해 물체 표면의 전기적 전도성이 커진다는 것. |
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달라질 수 있음.
한 관성계에서 정지한 전하 분포가 다른 관성계에서는 움직이는 전하, 즉 전류로 관측될 수 있음. 따라서 관찰자의 운동 상태에 따라 전기장뿐 아니라 자기장도 함께 나타남. 광속에 가까운 속도에서는 길이 수축과 전하 밀도의 변화도 고려해야 함. 전기장과 자기장은 서로 완전히 독립된 것이 아니라 관찰자의 기준계에 따라 서로 섞여 나타나는 하나의 전자기장임. 정전기학에서 배운 식은 전하 분포가 정지해 있거나 시간에 따른 변화를 무시할 수 있는 경우에 사용하는 식임. |
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전선이 꺾인 부분에서는 도선 표면의 전하 분포가 균일하지 않게 형성됨. 이 표면 전하들이 도선 내부에 굴곡을 따라가는 방향의 전기장을 만듦.
전자가 도선의 모양을 미리 알고 방향을 바꾸는 것이 아니라, 도선 표면에 형성된 전하 분포가 각 지점에서 적절한 방향의 전기장을 만드는 것임. 회로에서 전선을 단순히 등전위선처럼 그리지만, 실제로 전류가 흐르는 저항성 도선 내부에는 작은 전기장이 존재함. |
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V=IR 안쓰고 에너지 관련 공식만 쓰면 됨.
초전도체까지 갈 것 없이, 저항이 작은 금속에서 변압기만 봐도 V=IR 성립 안함. 그래서 V=IR이 받아들여지는 데 생각보다 오래 걸림. |
| 질문 | 대답 |
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식이 더러워짐. 무한대를 기준으로 두면 값이 0이 되어 깔끔한데..
우리는 자연에 이름을 붙여 이해하는 것이지, 우리가 이름을 붙였다고 해서 자연이 변하진 않음. 계산, 실험에서 귀찮아질 뿐이지. |
| 질문 | 대답 |
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수평이면 해당 단면으로 나가고 들어가는 전기장이 없지. |
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??? 보통 약해지면 면적이 넓어지잖아;;? |
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식이 같으니, 정확히 같지. |
| 분류 | 질문 | 대답 |
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현실의 생물 가운데에는 전기뱀장어처럼 세포막 안팎의 이온 농도차와 전위차를 이용해 전기를 발생시키는 생물이 있음.
피카츄를 현실적인 생물로 해석한다면, 많은 발전 세포를 직렬로 연결해 큰 전압을 만들고 병렬로 연결해 큰 전류를 만드는 기관을 가졌다고 상상해볼 수 있음. 다만 애니메이션처럼 공기 중으로 강력한 방전을 반복하려면 매우 큰 전압과 에너지가 필요하고, 절연·발열·에너지 공급 문제도 해결해야 함. 생물전기, 축전기, 공기의 절연 파괴를 연결해볼 수 있는 훌륭한 헛소리. | |
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모든 물질이 굳이 결합되어 있지 않겠지. 재료는 있지만, 결합되지 못하니, 그저 입자들의 충돌 뿐인, 먼지들이 되겠지. | |
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이게 뭐람;;; | |
| 어느 남성이 지나가던 나그네에게 말을 걸었다. A : 자네, 양성자를 좋아하나, 전자를 좋아하나? B : 전자를 좋아합니다. 이때 B는 전자(前者)를 좋아하는 걸까, 전자(電子)를 좋아하는 걸까? .....죄송합니다 | 이 농담을 국어선생님이 좋아하실겁니다. |
| 분류 | 질문 | 대답 |
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| 적분이 너무 어려운데 적분이 없으면 공식 유도가 너무 직관적이지 않게 보이는 것 같습니다. 적분 결과를 알아도 그게 사고과정을 스킵하는 느낌이 들게 됩니다. 혹시 그쪽 관련 팁이 있을까요? | 적분은 이용하는 도구일 뿐이지, 여기에 깊이 매몰되어선 안됨. | |
| 식의 유도 과정이 한 줄의 치환적분으로 끝내기보다 각 과정이 무엇을 의미하는지(혹은 어떻게 이루어진 것인지) 설명이 들어가 있으면 좋을 것 같습니다. | 치환적분은... 진짜 감임. 이건 정해진 공식이 없음.
적분의 각 과정..? 어떤 부분에서 추가 설명이 필요한 걸까?? | |
| 근데 폐곡면 적분기호가 적분기호 중간에 동그라미인데 왜 그렇게 생겼고 정한건가요? 역사적으로 그런 게 있나요? | 저는 모르겠네요. 왜 그렇게 표기하게 되었는지는?
적분 범위의 처음 지점과 끝지점이 같을 때 그렇게 동그라미를 써요.(물론 각는 0~2pi 형식으로 나타나지만) |
| 질문 | 대답 |
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등전위선을 따라 조금 이동할 때는 전위 변화가 0임.
따라서 전기장 와 등전위선을 따라가는 변위 의 내적이 0이어야 함. 즉 전기장은 등전위선의 접선 방향과 수직임. 전기력선의 접선 방향이 바로 전기장 방향이므로 전기력선과 등전위선은 수직으로 만남. 등고선을 따라 이동하면 높이가 변하지 않고, 가장 가파르게 높이가 변하는 방향은 등고선에 수직인 것과 비슷함. |
교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들을 위하여.
시간이 남을 때에만 보세요~
| 학생 답변 | 교사 코멘트 |
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굳. 정확함. |
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참고.
1C은 생각보다 큰 전하여서, 이 전하의 존재 자체가 다른 전하들을 교란시킬 수 있음. => 때문에, 아주 작은 전하량의 시험전하를 두고 이를 1C 으로 변환했을 때의 힘이라 말하는 게 정확하지. |
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구체 설명까지 잘했음..! |
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전위까지 생각해서 정리한 경우.
어찌 보면.. 전기장의 근원은 전위라고도 할 수 있겠지.(전위는 단순히 일을 표현하기 위한 도구라고 할 수도 있겠고.) |
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이것은 한 지점에서의 전기장 방향이 아니라;;
대략적인 전기장의 형태에 대해 언급한 것. |
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약간의 위험.
양전하의 초기 속력이 있으면 힘의 방향과 운동 방향이 달라질 수 있음. |
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전기장을 유체로 표현한 것이 틀린 것은 아닌데;;; 전기장과 전위의 개념이 섞였음. 굳이 무한대일 때를 생각할 이유가 있을지;; |
| 양의 단위 시험전하를 놓았을때, 이 전하가 작용하는 방향이 전기장의 방향일것이다. | 전하가 작용하는 방향;;;;? |
| +1C양성자를 놓았을 때 그 전하가 받는 전기력의 방향으로 정한다. | 양성자는 1C 아님;;; |
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아니;; 그러니까;;; 하;;;; 됬다; |
| 학생 답변 | 교사 코멘트 |
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굳. 기본적으로 전기력의 근원은 전하라고 볼 수 있음.
다만, 전하가 왜 존재하며 왜 이러한 상호작용을 하는가까지 묻는다면, 현재의 물리학에서는 전하를 입자가 가진 기본적인 성질 중 하나로 봄. |
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내가 의도한 답. 내가 의도했던 것은 전기력의 직접적인 근원으로 전기장을 원했음. |
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두 전하의 전기장끼리 상호작용하여 힘이 생긴다고 표현하기보다는, 한 전하가 만든 전기장 속에서 다른 전하가 힘을 받는다고 설명하는 것이 현재 더 정확함. |
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구체적으로 잘 씀. |
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이거;;; 안배웠는데, AI의 힘인가...!?!? |
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공간 자체가 휘어진다는 설명은 일반상대성이론에서 중력을 설명할 때 사용하는 표현에 가까움.
전하가 주변 공간에 전기장을 만든다는 생각은 맞지만, 이를 곧바로 “공간이 휘어진다”고 표현하지는 않음. 굳이 공간이 휘어졌다는 표현을 쓰려면, 우리가 사는 3차원 공간이 아니라, 인지하지 못하는 다른 차원의 공간의 휘어짐이 있기 때문이라고 표현은 가능할듯? |
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그 당연함을 표현하는 도구에 대한 물음이었음! |
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사이비 교주의 이론. |
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;;;? 문맥 파악 이슈; |
| 여러 전하들의 정전기적 인력이 그 근원이 아닐까 | 그니까; 그게 왜;;; 하; 정전기적 인력이 전기력이잖아; |
| 선생님코멘트 | |
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