쿨롱의 법칙: 점 전하 주변의 장

1 · 예측

단일 포인트 전하는 우주에 홀로 존재합니다. 테스트 지점을 두 배 더 멀리 이동하면 전계 강도는 얼마나 떨어지나요?

• 필드는 1/4로 떨어집니다. 즉, 거리의 제곱에 따라 떨어집니다.
• 필드는 1/2로 떨어집니다. 거리에 따라 선형적으로 떨어집니다.
• 필드는 거리에 관계없이 동일하게 유지됩니다.

2 · 설정

1. single-charge 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 소스 전하는 q = 5nC로 고정됩니다.
2. 시험 지점에서의 전기장 세기 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행마다 충전물로부터 테스트 지점의 거리를 설정하고 전계 강도를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 전기장 세기 E(y축)를 1/r²(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?

4 · 분석

1. 한 번의 시행에 대해 k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC를 사용하여 E = kq/r²를 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
2. 역제곱 법칙을 이용해, 거리를 두 배로 하면 왜 전기장 세기가 절반이 아니라 4분의 1이 되는지 설명하세요.

5 · 확장

1. 잠재적인 열(V = kq/r)은 필드(1/r² 대신 1/r)보다 더 완만하게 떨어집니다. 전위와 필드가 모두 동일한 소스 전하에서 발생하더라도 거리 의존성이 다른 이유를 설명하십시오.
2. 쿨롱 법칙 E = kq/r²는 뉴턴의 중력장 g = GM/r²와 수학적 형태가 정확히 같습니다. 완전히 다른 두 힘(전기력과 중력)이 왜 이 역제곱 구조를 공유할 수 있을까요?

이 실험의 물리학

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