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1. 실험목표
? 등전위면이 무엇인지를 안다.
? 도체에서 등전위면을 찾을 수 있다.
? 임의의 전극 모양일 때, 등전위면의 변화를 알아본다.
2. 실험 준비물
? 도체 종이
? 알루미늄 박
? 전류계
? 전극 2개
? Conductive Silver Ink Pen
? 펜
3. 실험 방법
■ 전류계가 제대로 작동하는지 확인한다.
■ 도체 종이에 두 전극을 설치한다.
■ 전류계를 사용하여 한 지점을 선택한 후, 그 지점과 전류가 동일한 점을 찾고, 선으로 잇는다.
■ 알루미늄박에 똑같은 실험을 한다.
■ Conductive Silver Ink Pen으로 임의의 전극을 도체 종이에 그리고, 등전위면을 찾는다.
■ 3가지의 실험결과를 분석한다.
4. 실험 설계
그림으로 그려서 설명하거나 말로만 설명하는 것 보다 직접 실험할 때의 모습을 디지털 카메라로 찍어서 첨부한다.
5. 결과
6. 결과 분석
도체 종이에서는 일반적으로 책에서 볼 수 있는 등전위면과 흡사한 모양을 구할 수 있었으나, 알루미늄박의 경우에는 등전위면이 포물선 모양이라기 보단 좀 더 직선 형태에 가까웠다. 즉, 전기장을 전기력선으로 그렸을 때, 알루미늄박의 경우에는 그것들이 도체 종이에 비해 훨씬 빠르게 그리고 넓게 퍼져나간다고 할 수 있다. 이것은 알루미늄이 도체종이에 비하여 전기전도도가 크기 때문이 아닐까라고 생각된다.
그리고 우리 조는 전극의 모양을 위의 그림과 같이 그렸는데, 위에는 별 모양으로 그렸는데, 등전위면이 약간 휘어서 둥글지 않고, 약간 날카로운 형태가 되었고, 밑에는 사람 얼굴의 모습을 그렸는데, 원 모양에 맞게끔 등전위면이 나왔다. 이것으로 등전위면은 전극의 모양에 따라 달라진다는 당연하게 받아들이는 결과를 얻을 …(생략)
수 있었다. 좀 더 많은 모양을 조사한다면, 실험 해 보지 않는 특정 모양의 전극에서 등전위면 모습을 추측할 수 있을 것이다.
7. 결론
결론적으로, 도체에서 등전위면은 전극을 중심으로 그리는 동심원 형태로 나타났다. 그리고 같은 전극의 모양을 그렸을 때(우리의 실험처럼), 등전위면은 두 전극의 중심 부분에서는 직선형태로 나왔고, 양 옆으로 갈수록 전극이 하나 있을 때 생기는 동심원이 원보다는 직선에 가까운 형태로 펴지는 모습이 나왔다. 또한, 그 전극이 꽂혀있는 도체에 따라 등전위면은 달라졌다.
그리고 전극을 점의 모습이 아닌, 임의의 형태로 그렸을 때는, 그 형태에 맞게 등전위면이 나타났다. 아마도 삼각형, 사각형, 등의 다각형 모양이라든지, 원, 타원 이러한 여러 가지 형태의 전극에 대한 등전위면을 알아보면, 직접 실험을 해 보지 않는 상태에서 특정한 모양의 전극에 대한 등전위면을 추측할 수 있을 것이다.
8. 에필로그
이번 실험에서 물리실험에 대한 또 다른 성질 하나를 느낄 수 있었다. 물리실험은 우선 소위 말하는 ‘노가다’로 이루어진다는 것을 알게 되었다. 처음에는 사진에 나타난 모눈종이의 모든 점의 전류를 측정하여, 모든 점에서의 등전위면을 나타내려고 하였다. 그런데 선생님이 2~3칸 정도 차이를 두고 등전위면을 구하면 된다고 하여 안심하였다. 그렇지만 역시 그것도 구하기가 쉽지는 않았다. 그렇게 힘들게 실험을 하였다.
알루미늄에서는 정말 더욱 더 힘들었다. 뚜렷하게 차이가 나지 않아서 정말 당황했다. 아마도 알루미늄이 전기전도도가 무척 높아서 이러한 결과가 나온 것이 아닐까 생각된다. 그래서 나는 나름대로 이러한 가정을 내렸다. ‘전기전도도가 높은 도체에서 등전위면은 곡선(원)의 형태보다는 직선 형태에 가깝게 나타난다.’ 이러한 가정을 검증하기 위한 실험을 언제 한번 시간이 된다면 꼭 하고 싶다.
그리고 임의의 전극을 지오가 하나, 내가 하나 그리자고 하였는데, 지오는 우리에게 물리실험을 가르쳐 주시는 이병세 선생님의 얼굴을 그렸다. 나는 가만히 생각하다가 나중에 세상에서 큰 별이 되자는 의미에서 별 모양을 그렸다. 단순히 아무 형태나 그릴 수 있는 상황이지만, 나는 실험 결과가 잘 나오는 뚜렷한 모양을 그리기 보다는 ‘임의의 전극을 그려라’는 점에 착안하여 아무 형태나 생각한 끝에, 별 모양을 그린 것이다. 시간만 된다면 여러 가지 형태의 전극도 실험하고 싶다.
이렇게 등전위면을 찾고 보니 뭔가 뿌듯한 느낌이 있었다. 역시 힘든 일을 하고 나면 어떤 뿌듯한 기분이 드는 것은 확실한 것 같다. 앞으로도 비록 ‘노가다’로 이루어진 실험이라 하여도, 재미있는 물리실험을 많이 해 볼 수 있는 기회가 있으면 좋겠다.
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