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제목 [Harry Kim] 문제 질문
11 Lessson 5.1.2 Electric Fields II 11
작성자 yh8*** 등록일 2025-01-18 오전 6:29:05

안녕하세요 선생님,


교재 Topic 5: Electricity and magnetism에 Q5. 1. 2-9번과 Q5. 1.2-10 질문 있습니다


우선 두 문제에 앞서 Electric field 에 대한 개념이 잘 이해되지 않습니다. 혹시 그것부터 설명해주실 수 있나요


그리고 사진을 첨부하겠지만 2-9번 문제에서는 답이 B, a proton X would experience the same force if it were placed at Y

그렇다면 이 말은 force는 electric field 에서 항상 position에 관계없이 같다는 말인가요? 

Electric field strength는 다른데 어떻게 force가 같을 수 있는지 궁금합니다, 아니면 이 문제에서만 force가 특별하게 같은건가요


그리고 두번째 문제는 강의에 포함되어 있지 않아서 물어봅니다. 우선 option A 와 C는 확실하게 아닌데, 그럼 B와 D중에

B: the magnitude of electric field is same everywhere

D: the electric field is not zero anywhere (except infinitely far from the spheres)


저는 둘 다 틀린 말 같아서요. D 같은 경우는 두 sphere의 midway 에서 electric field가 zero가 되는게 아닌가요?


최대한 빨리 답변 부탁드리겠습니다, 감사합니다

첨부파일 IMG_4204.JPG
2025-01-21 오후 12:09:49

먼저, electric field 는 position 의 함수입니다. 수학시간에 배웠던 y = f(x) 처럼요. x 가 주어지면 어떤 함수 f 를

통해서 y 값을 주게 되는거죠. 그럼 이 함수의 값은 어떻게 결정되느냐를 아는 것이 electric field 가 무엇인지

아는 것이 되겠죠. 그 함수의 값은, 그 위치에 +1 Coulomb 짜리 charge가 있을 때 그 +1 C charge 가 받는

force 입니다. 물론 이 force 는 주변에 펼쳐진 다른 charge distribution 에 의해 영향을 받겠죠. 우리 수준에서는,

Electric field 가 어쩌구.. 라는 말이 나오면 무조건 그 자리에 + 1 C 짜리 charge 가 있다고 보고 force 를 어떻게

받을까.. 를 생각하면 됩니다. 다른 말로, electric field 는 + 1 C 당의 force, 즉 force per unit charge 라고

볼 수 있습니다. 일단 Electric field 를 알고 나면, 거기다가 아무 chrage q 만 곱하면 그 charge q 가 받는

force 가 됩니다. 즉, F = qE 라는 식이 그래서 나옵니다. 

 

9번 문제에서 답은 B 가 맞고, 학생이 말한대로, 이러한 configuration 에서는, 그러니까 parallel plate 로 이루어진

charge distribution 에서는 그 사이에서 Electric field 는 어디서나 같습니다. 앞에서 얘기한대로 electric field 는

그 field 를 만들어 주는 charge 들이 어떻게 공간적으로 분포되어 있느냐에 따라 다르고, 이러한 parallel plate

상황에서는 edge 부분을 제외하고는 그 안 어디서나 E field 가 같습니다. 이것은 강의중에 여러번 언급한 적이

있습니다. 

 

반면에 10번 문제의 charge configuration 에서는 E field 가 constant 가 아니죠. Y 가 + charge,  Z 가 - charge

입니다. 두 sphere 의 midway 에서 E field 는 zero 가 아닙니다. 그곳에 +1 C charge 가 있다고 생각해보세요.

Y 는 + charge 이므로 이 +1 C charge 를 오른쪽으로 밀어낼 것이고, Z 는 - charge 이므로 이 +1 C charge 를

오른쪽으로 당길 것입니다. cancel 이 되기는 커녕 서로 같은 방향으로 add up 이 되죠.  결국, 양쪽에서 주는

field 가 add up 이 되는 사이에서는 zero 가 될 수 없고, 어디선가 양쪽에서 주는 field 의 방향이 서로 반대이고

크기는 같아서 완전히 cancel 이 되는 곳을 찾아야하는데,  Y 가 Z 의 charge 크기가 같다고 하였으므로

거리가 다르면 E fled 의 크기가 같을 수가 없죠. 그러니 완전 cancel 되는 점이 있을 수가 없습니다. 거리가 같은

곳에서는 앞에 설명한 대로 field 의 방향이  cancel 이 안되니 역시 zero 가 될 수 없구요. 유일한 방법이라면

Y, Z 에서 아주 아주 멀리 무한대로 거리가 멀어져서  E field 가 approximately zero 가 되는 수 밖에 없겠네요.

 

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