[Section 1] 전기 포텐셜(Electric Potential)

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[INTRO] 전자기공학 미리보기

0. INTRO

전기장은 실체는 무엇인가? 우리는 전하를 제외함으로써 전기장이라는 개념을 만들었지만, 그것이 실체 한다고 할 수 도 없고 그렇다고 없다고 하는 것도 이상하다. 전기장이 존재하는 곳에 전하를 놓는 순간 전기적인 힘이 작용할 것이기 때문이다. 그래서 우리는 전하가 존재하지 않아도 존재하는 듯한 이 전기장이 가지는 에너지를 계산하기로 했다. 이것이 전기적 포텐셜이다. 

1.  전기 포텐셜

전기 포텐셜은 다음과 같이 정의된다.

 

전위와 전기장 관계식

 

여기서 V는 스칼라 함수이다. 

 

 

2. 포텐셜의 의미

비록 전하는 존재하지 않지만, 포텐셜의 의미는 전하가 어떤 지점에서 어디까지 전기장에 의해 움직일 때 작용하는 일을 계산한 것이라고 볼 수 있다. 예를 들어, 어떤 지점 P1에서 P2까지  전기장에 의해서 전하 q가 움직이는 동안 필요한 일은 다음과 같은 식으로 나타낸다.

 

전기장에의한 전하의 일

 

물리적 일의 관점에서 전기장은 보존력이기 때문에 P1에서 P2까지 이동한 경로는 중요하지 않다. 

 

 

3. 전하 분포에 따른 전기 포텐셜

전하 하나가 가지게 될 전기 포텐셜은 일반적으로 원점으로부터 떨어진 거리까지의 전하가 이동하는데 필요한 일로 정의한다. 이때 원점을 무한대로 놓게 되는데, 이는 전하의 위치에 비해 떨어진 거리가 무한히 크다고 가정하기 때문이다. 따라서 포텐셜의 정의에 따라 일반적인 전기 포텐셜은 다음과 같다.

 

전기 포텐셜 일반적 정의

 

이제 전하가 무수히 많다고 가정하자. 그러면 R거리의 전기 포텐셜은 중첩 원리에 따라 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

전위의 중첩

 

때때로 전하의 분포를 부피로 가정하고 기술하는 경우도 있다.

 

 

* 다음 강의는 유전체의 분극과 전하량입니다.

[Section 1] 유전체의 분극과 전하량