전기장은 전하 주위에 생기는 보이지 않는 힘의 영역이에요. 자석 주위에 자기장이 있듯 전하 주위에도 전기장이 있어요.
전기장 속에 다른 전하를 놓으면 힘을 받고, 전기장의 세기는 단위 양전하가 받는 힘으로 정의해요.
전하의 크기와 거리에 따라 힘의 방향과 세기가 달라져요.
이 페이지에서는 전하량과 거리를 슬라이더로 바꿔 가며 전기장이 어떻게 바뀌는지 직접 확인해 봐요.
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
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점전하 주위의 전기력선과 등전위면 시각화
💡 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
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두 전하 사이의 전기력선과 인력
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
예제로 익히기
예제 1
전기장 세기가 200 N/C인 곳에 +0.5 C의 전하를 놓았다. 이 전하가 받는 전기력은?
1
전하가 받는 힘 F = qE를 사용한다.
F = qE
2
q = 0.5 C, E = 200 N/C를 대입한다.
F = 0.5 × 200 = 100 N
▸ 100 N
F = qE는 전기장 속 전하가 받는 힘. 양전하는 전기장과 같은 방향으로 힘을 받는다.
예제 2
간격 0.02 m인 평행판 사이에 100 V의 전압이 걸려 있다. 두 판 사이 균일한 전기장의 세기는?