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제목 답변완료 동심구도체 내부에 전하가 있는경우 질문
질문유형 강좌내용 교수님 이정욱
과목 일반물리학 강좌명
작성자 오*구 (o****0) 등록일 2024-02-22 11:38
첨부파일

1. 도체가 없다고 가정하고, 그림처럼 a와 b 에서 전기장의 크기를 비교해 보면 분명 E_a > E_b 입니다. 
2. 도체에 전기장이 0 이라는 의미는 전기장이 정말 없는게 아니고 알짜 전기장이 0 이라고 생각합니다.

3. 따라서 각 점에서 분명 전기장의 크기가 다르고 이 전기장을 상쇄할 전기장을 도체 내부에 만들어 주어야 합니다.

   ( a점에서는 내부 전하에 의한 전기장이 크니 a점 에는 상대적으로 전하가 많아야 하고 b점에서는 상대적으로 전하가 적어도 됩니다.)

4. 그럼 도체의 전하 분포는 그림처럼 되어야 한다고 생각합니다. 

5. 그렇다면 도체외부에서의 전기력선을 그리면 a점에는 전기력선의 밀도가 커야하고 b점에서는 전기력선의 밀도가 작아도 합니다.

6. 그런데 강의에서 답을 보면 내부 전하분포에 관계없이 도체 외부에서의 전기력선은 대칭적으로 예쁘게 그려진다고 합니다. 

왜 그럴까요? 

(정전기적 평형상태에 있는경우) 

파란색 점 : -전하

빨간색 점 : +전하

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댓글
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이*욱 교수님

안녕하세요. 이정욱 입니다..

 

일단 도체구 내부의 전기장은 0이어야 합니다.

공동 내부에 있는 전하와 도체구 내부에 유도된 전하의 분포가 그림과 같이 되어 있는 것은 도체껍질 내부 임의의 점에 대해서도 전기장이 0이 되도록 배치가 된것 입니다. 가우스 법칙에 기반하여 고려하면 이는 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

도체구 내부의 임의의 점에서도 전기장이 0이어야 하는데...이 표면적을 도체구 바깥쪽 까지 확장해보면...

결국 내부 전하에 의한 전기력은 도체구 밖의 표면 전하에 힘을 가하지 못함을 의미합니다. 이러한 효과를 일종의 방패효과(Shielding effect)처럼 생각할 수 있게 되고, 이는 외부 표면 전하 분포에대해 내부 전하는 전혀 영향을 미칠 수 없음을 의미합니다.

 

그래서, 그림과 같이 예쁜 분포를 갖게 됩니다.

  • 2024-02-24
  • 2024-12-12 수정