물리학Ⅰ›전기와 자기

전기장과 전위

Electric Field and Electric Potential

전기장이란?
⚡ 보이지 않는 힘의 영역
①자석 주위에 자기장이 있듯, 전하 주위에 전기장이 있다
②전기장 속에 다른 전하를 놓으면 힘을 받는다
③전기장의 세기 E = 단위 양전하(+1C)가 받는 힘
④비유: 전기장은 "눈에 안 보이는 바람" — 전하는 이 바람에 밀려감
전기력선과 등전위면
3 C
💡 전기력선의 규칙
①양전하(+)에서 나가고 음전하(−)로 들어간다
②전기력선이 빽빽할수록 전기장이 강하다 (밀도 = 세기)
③전기력선끼리는 서로 교차하지 않는다
④등전위면은 전기력선에 항상 수직이다
⑤거리 2배 → 전기력선 밀도 1/4 → E도 1/4 (역제곱 법칙)
쿨롱 법칙과 전기장 공식
5
쿨롱 법칙
F = kQ₁Q₂r²
k = 9×10⁹ N·m²/C², 같은 부호 → 척력, 다른 부호 → 인력
전기장의 세기
E = kQr² [N/C = V/m]
점전하 Q로부터 거리 r에서의 전기장
📐 핵심 관계
①F = qE — 전기장 속 전하가 받는 힘 = 전하 × 전기장
②거리가 2배 → 힘은 1/4 (역제곱 법칙)
③전기장 중첩: 여러 전하의 전기장은 벡터로 합산
④같은 방향 → 합력 커짐, 반대 방향 → 합력 줄어듦
전위와 전기장의 관계
전위 (전기 퍼텐셜)
V = kQr [V]
단위 양전하를 무한원에서 r까지 가져오는 데 필요한 일
전기장과 전위차
E = -ΔVΔr
전기장 = 전위의 변화율 — 등산의 경사도와 같은 개념
🏔️ 지형으로 비유하기
①전위 = 높이: 양전하는 높은 곳(+)에서 낮은 곳으로 "굴러감"
②전기장 = 경사도: 급경사(전위 변화 큼) → 큰 힘 = 강한 전기장
③등전위면 = 등고선: 같은 높이 위에서 이동 → 힘 안 받음 (일 = 0)
④양전하 주위: 가까울수록 전위가 높다 / 음전하: 가까울수록 낮다
총정리
전기장
E = kQr²
N/C
전위
V = kQr
V (볼트)
🎯 시험 포인트
①쿨롱 법칙: F = kQ₁Q₂/r² (같은 부호 → 척력, 다른 부호 → 인력)
②전기장: E = kQ/r² — 거리의 제곱에 반비례 (벡터!)
③전위: V = kQ/r — 거리에 반비례 (스칼라!)
④등전위면 위 이동 → 일 = 0 (전기력과 수직이므로)
⑤전기장 방향 = 전위가 감소하는 방향 (높은곳 → 낮은곳)