| English | 의미 |
|---|---|
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | 운동 에너지 |
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | 포텐셜 차이 |
| electron-volt/ɪˈlektrɒn vəʊlt/ | 전자볼트 |
전하를 놓으면 저장된 에너지가 속도로 바뀝니다
- 장 안에 전하를 놓으면 스스로 가속합니다.
- 전기 위치에너지는 감소하고 운동에너지는 증가합니다.
- 총 에너지는 그대로입니다 — 아무것도 손실되지 않습니다.
- 이 하나의 개념은 힘만으로는 풀기 어려운 문제를 해결해 줍니다.
에너지는 보존됩니다
- 전기력만 작용할 때: $\Delta KE + \Delta U = 0$.
- 에너지는 형태만 바뀔 뿐입니다. 위치에너지에서 운동에너지로(또는 반대로).
- 따라서 속도의 증가는 위치에너지의 감소를 대가로 합니다.
- 경로에 따른 변하는 힘을 추적할 필요가 없습니다 — 시작점과 끝점만 알면 됩니다.
장 내에서 전하를 놓았을 때(전기력만 작용), 가속하면서 포텐셜 에너지는:
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$\Delta KE + \Delta U = 0$: 운동에너지 KE가 증가하면, $U$이 감소한다.
전위가 흐르는 전하
- 전하 $q$가 전위차 $\Delta V$를 지나면 에너지가 $q\,\Delta V$만큼 변합니다.
- 이것이 유일한 힘이라면: $q\,\Delta V = \Delta KE = \tfrac12 m v^2$ (정지 상태에서).
- $+$ 전하는 낮은 전위로 이동하며加速하고, $-$ 전하는 높은 전위로 이동하며加速합니다.
- 전하의 부호(양/음)가 '아래' 방향을 결정합니다.
$2\ \text{C}$ 전하가 $\Delta V = 5\ \text{V}$을 낙하할 때 얻는 운동 에너지(J 단위)는 얼마인가?
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$KE = q\,\Delta V = 2 \times 5 = 10\ \text{J}$.
전자가 다음 중 어디로 이동할 때 가속되는가?
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음전하가 높은 $V$로 이동할 때 운동에너지 KE를 얻는다(그의 $q\Delta V < 0$은 $\Delta U < 0$임을 의미한다).
유용한 단위: 전자볼트(eV)
- 전자볼트(eV) 하나란 전자가 $1\ \text{V}$를 지날 때 얻는 에너지입니다.
- $1\ \text{eV} = 1.6\times10^{-19}\ \text{J}$ — 작지만, 입자 물리학에는 완벽합니다.
- 가속기에서는 에너지를 keV, MeV, GeV 단위로 표기합니다.
- 단일 전하에 대한 번거로운 10의 거듭제곱을 쓰는 것을 피할 수 있습니다.
가속하거나 감속하는가?
전하가 장을 이동할 때, 에너지는 운동에너지와 포텐셜 에너지 사이에서 변환된다. 각 경우를 분류하시오.
$1\ \text{V}$를 횡단할 때 전자가 얻는 에너지는 하나 ____이다.
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그 에너지는 $1\ \text{eV} = 1.6\times10^{-19}\ \text{J}$이다.
경로는 중요하지 않습니다
- 에너지 변화는 오직 시작점과 끝점의 전위에만 의존합니다.
- 두 지점 사이의 어떤 경로든 같은 $q\,\Delta V$를 제공합니다.
- 전기력은 보존력입니다 — 중력과 같습니다.
- 바로 이것이 전위(각점에 대한 단일 숫자)가 존재할 수 있는 이유입니다.
에너지 변화 $q\Delta V$은 시작점과 끝점의 포텐셜에만 의존하며 경로에는 의존하지 않는다.
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전기력은 보존력이다 — 경로 독립적이다.
전기 에너지 보존에 대한 모든 참인 문장을 선택하십시오.
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총 에너지는 보존되고, 힘은 보존력이며, eV는 에너지 단위이다. 경로는 중요하지 않다.
전하가 $e$인 전자(전하)가 정지 상태에서 $100\ \text{V}$로 가속될 때, 운동에너지를 구하십시오.
- $KE = q\,\Delta V = e \times 100\ \text{V} = 100\ \text{eV}$.
- 줄(Joule) 단위로: $100 \times 1.6\times10^{-19} = 1.6\times10^{-17}\ \text{J}$.
전하의 부호를 주의 깊게 보십시오. 양전하는 낮은 전위로 이동하며加速하지만, 음전하(전자와 같이)는 높은 전위로 이동하며加速합니다. 에너지 $q\,\Delta V$는 이 부호를 자동으로 포함합니다.
전기력만 존재할 때 에너지는 보존됩니다: $\Delta KE + \Delta U = 0$. 한 전하가 전위차 $\Delta V$를 통과하면 에너지 $q\,\Delta V$를 얻으므로, 정지 상태에서 $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$ 속도로 이동합니다. 힘은 보존력(경로 독립)이며, 실용적인 단위는 **전자볼트(eV)**입니다.