정전계 전자와 전류의 관계 이해 – 전기자기학 2장

안녕하세요, 오늘 공부할 내용은 정전계 전자와 전류의 관계 이해 관련 내용입니다. 즉 정전계(Static Electric field)에 대해서 공부 해보려고 합니다. 일단 정전계에 대한 내용부터 정리를 하면서 관련된 내용 설명 드리도록 하겠습니다.

 

 

 

1. 정전계(Static Electric field) 란?

: 정 (정지), 전(전자), 계(공간) 이라고 풀어서 설명이 가능합니다. 종합해서 말씀 드리면, 변하지 않고 정지해 있는 전자의 공간이라고 설명할 수 있습니다. 보통 ‘전자가 움직이지 않는 공간’ 이라고 표현을 합니다. 그리고 이 공간이 움직임이 없기 때문에 가장 안정적인 상태이며, 에너지가 최소가 되는 상태입니다.

 정전계에서는 전계를 만들어 내는 전자가 ‘정지’하고 있는 상태이기 때문에 다른 말로 ‘시불변(time-constant)’인 상태입니다. 즉 시간을 고려하지 않는다는 거죠. 따라서 ‘정전계’와 상반되는 개념은 ‘동전계(Dynamic electric field)’입니다.

▼ 정전계와 동전계를 다른 말로, ‘시불변(time-constant)’ 와 ‘시변계’ (Time-varing Electric-Magnetic field)’ 라고 합니다. 저에게는 정전계과 동전계가 더 익숙한 거 같습니다.

 예를 들어 여러 전자가 모여 있는 공간에서, 한 전자를 기준으로 주변의 전자들에게 미치는 힘은 미는 힘입니다. 그 미는 힘들을 그 미는 힘들을 각각의 위치에서 ‘방향’과 ‘크기’를 가진 벡터들로 표시할 수 있습니다. 아래 그림을 보면, 빨간색의 전자를 기준으로 미는 힘이 발생하여, 바깥쪽으로 힘이 발생하는 것을 확인 하실 수 있습니다.

 

 

▼ 이런 힘이 작용하는 어떤 위치에서의 벡터값이 힘을 받는 크기와 방향이 됩니다. 즉 계(공간, Field)라는 것은 어느 위치에서 받는 힘을 구하는데 쉽게 계산하기 위해 도입한 개념이라고 보시면 됩니다.

 

 

2. 전자의 정의와 전류와 상관관계

​

: [물질] – [분자] – [원자] – [원자력 (+), 전자(-)] 로 이뤄져 있습니다. 즉, 원자를 이루는 (-) 극성을 띄는 성분이 전자라고 생각을 하시면 됩니다. 전자의 무게 과 전기량은 아래와 같이 나타낼 수 있습니다.

 

 

▼ 다른 말로 설명을 드리면, 전류란 전하의 흐름입니다.- 전류의 식을 다시 써보면 아래와 같습니다. 즉, 1초 동안에 1 [C]의 값을 1 [A] 라고 합니다.

 

 

▼ 그러면 1A에 흐르는 전자의 개수는 아래와 같은 식으로 구현이 가능합니다.- 아래 식을 통해서 산출되는 전자의 개수도 아래 표시를 하였습니다.  즉 전류를 흐른 다는 것은 전자가 흐른다는 것으로 이해하시면,전자와 전류의 관계를 이해하시면 도움이 되실 겁니다.

 

 

 

 이상입니다. 여기까지 정전계 전자와 전류의 관계 이해 관련 사항에 대해서 정리하였습니다. 이것 저것 수식을 이쁘게 할려고 하니까, 캡처 밖에는 방법이 없는 거 같습니다.

 수학적인 공식이 많이 사용해야 하는 포스팅이라서 그런가, 손이 많이 가는 거 같습니다. 그래도 하나 하나 이해하면서, 공부한다고 생각하고, 계속적으로 포스팅할 예정입니다. 같이 공부하고! 같이 성공하시죠! 감사합니다.

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