Re:전자기 차폐 관련 질문입니다!
Author
happie
Date
2020-09-19 12:46
Views
1588
찾아 주셔서 감사합니다.
질문에 답하기 앞서
"도체로 이루어진 구가 있다고 했을 때 이 구의 외부에 전기장이 걸린다면 이 도체의 전하들이 외부 전기장을 상쇄시키는 방향으로 배열하여 전기장의 효과가 없어진다고 알고 있습니다.
그래서 도체로 이루어진 구껍질을 생각하면 외부 전기장이 있든말든 그 껍질 안에는 전기장의 크기가 0이 된다고 알고 있습니다.
"
질문에 대한 답을 이해하는데 있어서 중요하게 언급하고 싶은 것은
도체의 전하들은 전기장을 상쇄시키기 위해 움직이는게 아니라
전자기장이 있으면 전하가 움직이게 되므로
도체의 전하들이 움직이지 않는다는 것은 전기장이 0 이라는 것입니다.
도체내부의 전기장이 0 인 사실과 전하가 움직이지 않고 있다는 것은
서로 원인이자 결과입니다.
제가 쓴 전기장과 도체 에서
어느정도 설명해두었습니다. 조금이라도 0 이 아닌 상황이었을 때 움직여서 결국 모든
전하는 도체의 표면으로 이동해 버렸습니다.
1. 도체가 대전되었든 대전되지 않았던 도체의 전하가 움직이지 않는다는 것은
도체 내부의 전기장이 0 입니다.
질문의 상황은 외부에서 전기장이 주어졌을 때인데요.
대전되어 있지 않았던 상황이라면 내부의 전기장이 0 이 되기 위한 분포는
말씀하신대로 한쪽은 플러스 한쪽은 마이너스이지만,
(+) 전하로 대전되어 있었다면 대전되지 않은 상황보다 전체적으로+로 증가
(-) 전하로 대전되어 있었다면 대전되지 않은 상황보다 전체적으로 - 로 감소한
양이 될 것이므로 어쩌다 보면 분포가 모두 +, - 인 상황도 나올 수 있습니다.
그러니까, 엄밀하게 말해서는 중간값정도에서 한쪽 플러스, 한쪽 마이너스로 약간
분포가 찌그러진 형태를 가지고 있을 것입니다.
아마 그런 상황을 말씀하고 계신것이라 생각해서 대체적으로 맞는 말씀을 하신 거라
생각합니다.
이것은 도체가 구가 아니라 구껍질이 되더라도 마찬가지가 됩니다.
구껍질이 되면 안쪽 껍질의 표면에 전하 분포가 생길 것같은 불안감이 존재하지만,
안쪽 표면에 가우스 법칙/쿨롱의 법칙을 적용하여 생각해보면 안쪽 표면과 바깥쪽 표면 사이의
도체에 전기장이 0 이 되는 방법은 안쪽 표면에는 전하가 0 인 방법밖에 없습니다.
2. 구 내부에 전기장이 0 인 것은 위에서 처음 말한 이유이고,
구껍질의 내부의 전기장이 0 인것도 위에서 말한 이유 + 1번마지막에서 말한 이유때문에
안쪽의 전기장이 0 이 됩니다.
따라서, 전기장 차폐란 말이 나오게 된 것입니다.
그런데, 그걸 받아들이기가 처음에 너무 힘들기 때문에 교과서에서는
외부에 전기장이 가해지지 않은 상태에서 일정량의 전하가 주어졌을 때
쿨롱의 법칙을 적용해서 구의 중심에서 바라본 표면의 전하량이 동일하기 때문에 서로 반대방향으로 상쇄
구의 중심에서 벗어난 상태에서는 바라본 표면의 전하량이 바뀌지만, 거리의 제곱에 반비례하는 전기장의 성질상
상쇄된다고 말하지만, 사실 계산상 그렇다는 것이지 우리 느낌은 정말로 그럴것 같아 보이지는 않습니다.
마찬가지로 외부에 전기장이 가해진 상태라면 이렇게 계산하기에는
너무 복잡한 분포를 가지고 있기 때문에 이렇게 따지는 것은 더욱 더 힘들일이고
그렇기 때문에 절대로 0 인 것이 불가능할 것 처럼 느껴지는 것이 현실입니다.
그러니 대충의 감으로 생각하면 당연히 0 이 아니게 느껴질것이므로
처음 말한 설명의 방법을 생각해보는 것이 더 쉽게 느껴지실 것입니다.
3. 질무의 '도체의 상태'는 제가 제대로 이해하지 못하겠고
어떤 모양이든 상관없이, 도체의 초기 대전 상태, 외부 전기장의 여부와 상관없이 도체 내부의 전기장은 0 이되며
전기장이 0 이면 전하가 받는 힘은 0 입니다.
도체 내부에서 껍질 안쪽의 일정 공간을 도려 내더라도 그 현상은 동일합니다. (1번 설명 뒷부분의 설명대로)
도체 내부의 껍질 안쪽의 일정 공간을 도려내는 모양 중
그나마 뭔가 계산이란 것을 해볼만한 가장 간단한 형태가 구여서
교과서에서는 구껍질을 도입해서 이야기하는 것입니다.
현실적으로 도체의 외부를 건들이지 않고 내부를 도려내는 방법이 없으므로
약간의 틈같은 것이 생기므로 실제로는 그 틈의 효과에 따라 약간의 전기장이 존재가능하지만
그 오차값이 작을 것이므로 거의 0 으로 생각할 수 있으며
따라서, "전기장을 차페"한 것과 같은 효과를 누릴 수 있습니다.
그러나, 전기장 차폐는 학습에는 좋은 용어가 아닙니다.
전기장이 미치지 않는 공간은 존재하지 않습니다.
외부에서 가해진 전기장과 이 때문에 구껍질의 전하분포가 바뀌면서 형성된 전기장의 두가지가
구껍질 내부라면 어느곳이든 합하면 0 이되는 현상이 생긴다고 이해하는 것이
앞으로 공부하는데도 훨씬 타당한 접근법입니다.
왜 그런가 이해하는 가장 기본은 앞에서 설명한 이유때문입니다.
그럼 도움되시길 바랍니다.
이 부분도 잘 정리해서 글로 한 번 써야햐는데 요새 시간 내기가 쉽지 않아서 그러지 못하고 있습니다.
잘 정리된 글을 쓰게 되면 링크 걸어 두겠습니다.
질문에 답하기 앞서
"도체로 이루어진 구가 있다고 했을 때 이 구의 외부에 전기장이 걸린다면 이 도체의 전하들이 외부 전기장을 상쇄시키는 방향으로 배열하여 전기장의 효과가 없어진다고 알고 있습니다.
그래서 도체로 이루어진 구껍질을 생각하면 외부 전기장이 있든말든 그 껍질 안에는 전기장의 크기가 0이 된다고 알고 있습니다.
"
질문에 대한 답을 이해하는데 있어서 중요하게 언급하고 싶은 것은
도체의 전하들은 전기장을 상쇄시키기 위해 움직이는게 아니라
전자기장이 있으면 전하가 움직이게 되므로
도체의 전하들이 움직이지 않는다는 것은 전기장이 0 이라는 것입니다.
도체내부의 전기장이 0 인 사실과 전하가 움직이지 않고 있다는 것은
서로 원인이자 결과입니다.
제가 쓴 전기장과 도체 에서
어느정도 설명해두었습니다. 조금이라도 0 이 아닌 상황이었을 때 움직여서 결국 모든
전하는 도체의 표면으로 이동해 버렸습니다.
1. 도체가 대전되었든 대전되지 않았던 도체의 전하가 움직이지 않는다는 것은
도체 내부의 전기장이 0 입니다.
질문의 상황은 외부에서 전기장이 주어졌을 때인데요.
대전되어 있지 않았던 상황이라면 내부의 전기장이 0 이 되기 위한 분포는
말씀하신대로 한쪽은 플러스 한쪽은 마이너스이지만,
(+) 전하로 대전되어 있었다면 대전되지 않은 상황보다 전체적으로+로 증가
(-) 전하로 대전되어 있었다면 대전되지 않은 상황보다 전체적으로 - 로 감소한
양이 될 것이므로 어쩌다 보면 분포가 모두 +, - 인 상황도 나올 수 있습니다.
그러니까, 엄밀하게 말해서는 중간값정도에서 한쪽 플러스, 한쪽 마이너스로 약간
분포가 찌그러진 형태를 가지고 있을 것입니다.
아마 그런 상황을 말씀하고 계신것이라 생각해서 대체적으로 맞는 말씀을 하신 거라
생각합니다.
이것은 도체가 구가 아니라 구껍질이 되더라도 마찬가지가 됩니다.
구껍질이 되면 안쪽 껍질의 표면에 전하 분포가 생길 것같은 불안감이 존재하지만,
안쪽 표면에 가우스 법칙/쿨롱의 법칙을 적용하여 생각해보면 안쪽 표면과 바깥쪽 표면 사이의
도체에 전기장이 0 이 되는 방법은 안쪽 표면에는 전하가 0 인 방법밖에 없습니다.
2. 구 내부에 전기장이 0 인 것은 위에서 처음 말한 이유이고,
구껍질의 내부의 전기장이 0 인것도 위에서 말한 이유 + 1번마지막에서 말한 이유때문에
안쪽의 전기장이 0 이 됩니다.
따라서, 전기장 차폐란 말이 나오게 된 것입니다.
그런데, 그걸 받아들이기가 처음에 너무 힘들기 때문에 교과서에서는
외부에 전기장이 가해지지 않은 상태에서 일정량의 전하가 주어졌을 때
쿨롱의 법칙을 적용해서 구의 중심에서 바라본 표면의 전하량이 동일하기 때문에 서로 반대방향으로 상쇄
구의 중심에서 벗어난 상태에서는 바라본 표면의 전하량이 바뀌지만, 거리의 제곱에 반비례하는 전기장의 성질상
상쇄된다고 말하지만, 사실 계산상 그렇다는 것이지 우리 느낌은 정말로 그럴것 같아 보이지는 않습니다.
마찬가지로 외부에 전기장이 가해진 상태라면 이렇게 계산하기에는
너무 복잡한 분포를 가지고 있기 때문에 이렇게 따지는 것은 더욱 더 힘들일이고
그렇기 때문에 절대로 0 인 것이 불가능할 것 처럼 느껴지는 것이 현실입니다.
그러니 대충의 감으로 생각하면 당연히 0 이 아니게 느껴질것이므로
처음 말한 설명의 방법을 생각해보는 것이 더 쉽게 느껴지실 것입니다.
3. 질무의 '도체의 상태'는 제가 제대로 이해하지 못하겠고
어떤 모양이든 상관없이, 도체의 초기 대전 상태, 외부 전기장의 여부와 상관없이 도체 내부의 전기장은 0 이되며
전기장이 0 이면 전하가 받는 힘은 0 입니다.
도체 내부에서 껍질 안쪽의 일정 공간을 도려 내더라도 그 현상은 동일합니다. (1번 설명 뒷부분의 설명대로)
도체 내부의 껍질 안쪽의 일정 공간을 도려내는 모양 중
그나마 뭔가 계산이란 것을 해볼만한 가장 간단한 형태가 구여서
교과서에서는 구껍질을 도입해서 이야기하는 것입니다.
현실적으로 도체의 외부를 건들이지 않고 내부를 도려내는 방법이 없으므로
약간의 틈같은 것이 생기므로 실제로는 그 틈의 효과에 따라 약간의 전기장이 존재가능하지만
그 오차값이 작을 것이므로 거의 0 으로 생각할 수 있으며
따라서, "전기장을 차페"한 것과 같은 효과를 누릴 수 있습니다.
그러나, 전기장 차폐는 학습에는 좋은 용어가 아닙니다.
전기장이 미치지 않는 공간은 존재하지 않습니다.
외부에서 가해진 전기장과 이 때문에 구껍질의 전하분포가 바뀌면서 형성된 전기장의 두가지가
구껍질 내부라면 어느곳이든 합하면 0 이되는 현상이 생긴다고 이해하는 것이
앞으로 공부하는데도 훨씬 타당한 접근법입니다.
왜 그런가 이해하는 가장 기본은 앞에서 설명한 이유때문입니다.
그럼 도움되시길 바랍니다.
이 부분도 잘 정리해서 글로 한 번 써야햐는데 요새 시간 내기가 쉽지 않아서 그러지 못하고 있습니다.
잘 정리된 글을 쓰게 되면 링크 걸어 두겠습니다.