| English | 의미 |
|---|---|
| electrostatic equilibrium/ɪˌlektrəʊˈstætɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | 정전기 평형 |
| Faraday cage/ˈfærədeɪ keɪdʒ/ | 패러데이 케이지 |
왜 번개 폭풍 시 금속 자동차가 가장 안전한 곳인가?
- 번개가 차에 맞지만, 안의 사람들은 다치지 않습니다.
- 도체가 승객을 전하가 없고 장이 없는 공간으로 감쌉니다.
- 금속의 자유 전자가 순식간에 재배치되어 내부 장을 상쇄합니다.
- 이 교훈은 전하가 멈춘 후 도체가 어떻게 행동하는지에 관한 것입니다.
평형 시 내부에는 장이 없습니다
- 전하가 정착하면(정전기 평형), 도체 내부의 장은 영입니다.
- 만약 그렇지 않다면, 자유 전하들이 힘을 받아 계속 움직일 것이며, 정착하지 못할 것입니다.
- 따라서 금속 내부의 모든 곳에서 $E = 0$입니다.
- 내부의 임의의 공기도 차폐됩니다 — 이것이 패러데이스 Cage입니다.
정전기 평형 상태의 도체 내부에서 전기장은 다음과 같다:
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내부에 장이 존재한다면 자유 전하가 움직일 것이므로, 평형 상태에서는 $E = 0$ 내부에 장이 없습니다.
공기 도체는 외부 장으로부터 내부(패러데이 케이지)를 차폐합니다.
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도체가 공극 내부의 장을 상쇄하여 패러데이 케이지 효과를 습니다.
모든 전하는 표면에 존재합니다
- 내부 장이 영이기 때문에 내부에 순전하가 존재할 수 없습니다.
- 모든 잔여 전하는 표면으로 밀려납니다.
- 가우스 법칙이 이를 확인합니다: 내부의 가우스 면은 영전하를 둘러쌉니다.
- 전하가 퍼져서 전체 도체를 하나의 전위로 만듭니다.
고체 도체의 초과 전하가 위치하는 곳은:
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내부에 장이 없으므로 모든 초과 전하가 표면에 존재해야 합니다.
외부 바로 옆의 장
- 표면 바로 외부에서, 장은对它 수직입니다.
- 평행한 장이라면 표면 전하들을 옆으로 밀어내겠지만, 그들은 멈추었습니다.
- 그 크기는 $E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon_0}$이며, 국소 표면 전하 밀도 $\sigma$에 의해 결정됩니다.
- 내부는 평평하고, 외부는 순수하게 수직입니다.
평형 상태의 충전된 도체
정전기 평형 상태의 도체에 대한 각 문장을 분류하시오.
도체 표면 바로 밖에서의 장은 표면에 ____합니다.
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평행 성분이 있다면 표면 전하를 이동시키므로, $E$는 수직입니다.
평형 상태인 도체에 대한 모든 참인 문장을 선택하십시오.
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내부 장은 0, 표면 전하, 단일 전위. 전하가 부피를 채우지 않습니다.
날카로운 꼭지점에서 전하가 몰립니다
- 울퉁불퉁한 도체에서, 전하는 표면이 급격히 곡선되는 곳에 쌓입니다.
- 날카로운 꼭지점은 가장 높은 $\sigma$와 가장 강한 장을 가집니다.
- 그래서 번개 방전봉은 뾰족합니다 —那里的 장이 공기 이온화를 먼저 일으키기 때문입니다.
- 매끄럽고 둥근 모양은 전하를 더 고르게 퍼뜨립니다.
도체에서 전하와 장이 가장 강하게 나타나는 곳은:
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전하가 날카로운 점에 몰려 $\sigma$와 장이 최대가 됩니다.
전하를 띤 막대가 외부에 닿았을 때, 당신은 금속 케이지 안에 앉아 있습니다.
- 전하가 케이지의 외부 표면에 퍼집니다.
- 내부에는 $E = 0$이므로, 당신은 아무것도 느끼지 못합니다. 케이지가 당신을 보호하고 있습니다.
"내부에 $E = 0$"이라는 사실은 전하들이 안정된 후인 정전기 평형 상태에서만 성립합니다. 재배열되는 순간에는 내부의 전기장이 0이 아닙니다. 또한 이는 conductor(도체)의 재료 자체에 대한 것이지, 중공 부위에 인위적으로放置한 전하에 대한 것이 아닙니다.
정전기 평형 상태에서 도체 내부에는 $E = 0$이 있으므로, 모든 잔여 전하는 표면에 머물러 있고 전체 도체는 하나의 등전위 면을 이룹니다. 바로 외부에서는 $E = \sigma/\varepsilon_0$이며, 표면과 수직입니다. 전하는 뾰족한 점에서 밀집됩니다.