전기 현상은 전하와, 전하 사이에 작용하는 힘에서 출발한다. 전하의 성질과 단위, 두 전하 사이 힘을 구하는 쿨롱의 법칙, 도체 · 부도체 · 반도체의 구분을 다룬다. 첫 그림은 핵 주위를 전자가 도는 원자 모형이고, 둘째 그림은 2 C 양전하 두 개가 서로 밀어내는 모습이에요. 거리 r 슬라이더(1 ~ 8 m)를 옮기면 두 전하 사이 간격과 위쪽 힘 F 값이 함께 바뀌어요.
전기란 무엇인가
매일 쓰는 전기의 정체는 전하의 움직임이다. 도선 속 전류는 자유 전자가 한 방향으로 움직이는 것이고, 전자 하나하나는 아주 작은 입자다.
원자 안에는 양성자(+)와 전자(−)가 있고, 전자가 한쪽으로 옮겨 가면 전류가 흐른다. 원자핵에는 양성자와 함께 전하가 없는 중성자도 있어요.
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원자 구조: 핵(+) 주위를 전자(−)가 돈다
💡 전하란
①전하(電荷)는 물체가 띠는 전기의 양이다
②양전하(+)는 양성자가 가진 전하다
③음전하(−)는 전자가 가진 전하다
④같은 전하끼리는 밀어내고(척력), 다른 전하끼리는 당긴다(인력)
⑤전하의 단위는 쿨롱 [C] 이에요
쿨롱의 법칙: 전하 사이의 힘
두 전하 사이에는 힘이 작용하고, 그 크기를 구하는 식이 쿨롱의 법칙이다.
거리 r 슬라이더를 옮기면 힘이 거리의 제곱에 반비례해 바뀌는 것을 위쪽 숫자로 확인할 수 있어요.
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두 양전하 사이 척력: Q1 = Q2 = 2 C, r = 3 m, F = 4000.0 MN
3 m
Q1 = Q2 = 2 C 로 두면 F = 9×10⁹ × 4 / r² = 4000.0 MN
쿨롱의 법칙
F = k × Q1 × Q2r2
F: 힘 [N] · k: 9×10⁹ N·m²/C² · Q: 전하량 [C] · r: 거리 [m] · 그림은 Q1 = Q2 = 2 C