Charge [전하]   전하, 쿨롱, 전하의 단위

(2020-05-08)

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1.  전하 (Electric Charge) 이란?

  ㅇ 전하는, 과의 관계로부터 정의되는 量 임                         ☞ 쿨롱의 법칙 참조
     - 즉, 전기력의 원천(전기력의 원인이 되는 성질)이 되는 量 
     - 한편, 만유인력의 원천이 되는 量은 질량 임
     * 자연의 근본적인  : 전기력(전하), 중력(질량), 핵력

  ㅇ 전하는, 물질에 구속되어 있음
     - 알짜 전하를 갖도록 대전물질은 먼거리까지도 작용이 가능      ☞ 전기장 참조

  ㅇ 결국, 전하는, 물질이 갖는 전기력의 원천이 되는 전기의 量     ☞ 전기량 참조


2. 전하의 종류 

  ㅇ 기본 전하 : 자연에서 존재 가능한 가장 작은 전하량 (즉, 전자)
     - 전자의 전하량 : 1.6 x 10-19 [C]
     * 따라서, 자연에는 항상 전자의 전하량의 배수 만큼 존재

  ㅇ 두 종류의 전하가 있음 : 음 전하(-), 양 전하(+)
     - 음 전하 : 전자, 음 이온 등
     - 양 전하 : 양 이온, 반도체정공, 전계 내의 금속 등

  ㅇ 움직임 용이성에 따라 자유 전하,속박 전하로 구분함
     - 자유 전하 (Free Charge)   ☞ 자유전자 참조
     - 속박 전하 (Bound Charge)  ☞ 속박전자, 전기쌍극자, 절연체/유전체, 전기분극 등 참조

  ㅇ 공간적 전하 분포에 따라,
     - 점 전하
     - 선 전하
     - 면 전하


3. 전하의 영향

  ㅇ 전하별 영향
     - 양 전하 : 전기장의 원천(source)
     - 음 전하 : 전기장의 싱크(sink) 

  ㅇ 그들 간에 이 작용함
     - 척력 : 동종 전하끼리
     - 인력 : 이종 전하끼리

  ㅇ 전하의 장(場) 
     - 정지 전하는, 전기장을 만듬
     - 이동 전하는, 자기장을 만듬


4. 전하의 이동 

  ㅇ 전하의 운반체 : 전하 운반체 (전자,이온 등)

  ㅇ 전하의 전달   ☞ 대전,방전 참조
     - 주로, 물체(대전체,도체 등) 간 접촉에 의해 전하가 전달됨

  ㅇ 전하의 운동 : 도체전기 전도성의 원인
     - 전하 이동 = 표동(Drift) + 확산(Diffusion)

  ㅇ 전하의 운동 용이성 : 전기 전도율 (그 역은 저항률)
     - 즉, 전기 전도의 용이성 

  ㅇ 전하의 시간 변화율 : 전류 (i = dQ/dt)


5. 전하의 보존 : 전하 보존 법칙

  ㅇ 총 전하량(알짜 전하)는 항상 일정함
     - 만일, 총 전하량(알짜 전하)이 0 이면 중성이라고 함


6. 전하량 단위 : 쿨롱(Coulomb), [C]  

  ㅇ [SI 단위계]  1 [C]의 정의 
     - 쿨롱의 법칙에 의해, 
        . 진공내에 놓여진 두 점전하 간의 간격이 1m 이고, 
        . 두 전하 사이에 작용하는 이 9x109 [N] 일 때, 
        . 그 각각의 전하량을 1 [C] 이라 함

  ㅇ [전기회로]  1 [C] = 1 [A·s]
     - 초[s]와 암페어[A]의 곱으로 유도되는 유도단위로써 표현하여 보면,
        . 1 [C]은, 1 [A]의 전류가 1 [s] 동안 수송하는 전하량  (Q = i t)

  ㅇ [화학]  전자 1 몰(mole)의 전하량 = - 96,485 [C/mol]
     - 전자의 전하량 : e = - 1.602 x 10-19 [C]
     - 1 몰(mole) 당 갯수 : 6.02 x 1023 [1/mol]
     * 따라서, 1 쿨롱은, 6.25 x 1023개의 전자들이 갖는 총 전하량 임


7. 비전하 (Specific Charge)단위 질량 당 전하의 비율 (e/m)
     - 전자의 비전하 e/me = 1.758819 x 108 [C/g]


[전하] 1. 전하 2. 전자 3. 대전 4. 방전 5. 정전기 6. 정전 유도 7. 전자 방출

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