전하가진동하면전자파가나온다 http://en.wikipedia.org/wiki/file:superturnstile_tx_muehlacker.jpg http://en.wikipedia.org/wiki/file:television_antenna.jpg
전하 전하는두가지가존재한다. (+ 전하와 전하 ) -전하는전자가가진전하 + 전하는양성자가가진전하 전하의표준단위는쿨롱 (C) 이다. 전자의전하량 =
전하사이에작용하는힘 ( 쿨롱힘 ) 쿨롱힘은만유인력과비슷하다. 전하사이의간격의제곱에비례하여작아진다. 쿨롱힘이만유인력과다른점도있다. 인력만이아니라척력도존재한다는점이다. 같은부호의전하끼리는밀어내고 ( 척력 ), 다른부호를가진전하끼리는인력이작용한다. 진공의유전율
축전기 도체에전하를모을수있다. 축전기에는전하가저절로모여지지않는다. 도체에놓인전하는같은전하가더들어오려는것을방해한다. 방해하는힘은쿨롱의힘이다. 전하를축전기안에더넣는작업은전하사이의척력에대항하여일을하는작업이다. 축전기에전하를계속쌓아간다는것은, 외부에서에너지를계속공급해준다는것과같다.
축전기 전기용량은전압을걸었을때축전기에전하를얼마나축적할수있는지를재는양이다 단위는파라드 (F) 보통마이크로파라드 μf 또는피코파라드 pf 의단위를쓴다.
축전기에저장된에너지 전하를모으기위해해주는일 100 볼트로 0.01 C 의전기를모은다면 1J 의일을한다. 전기용량 C 인축전기에전하 Q 를축적하자. 전기에너지는?
전하의진동 교류는전선이이어지지않아도흐를수있다. 교류는전류의방향이주기적으로바뀌기때문에축전기회로에전류가잘통한다.
LC 회로 축전기에저장된전하가회로를따라진동한다. 마치용수철이진동하는것과비슷하다.
전하의진동 용수철에서물체의진동수 LC 회로에서전하의진동수 http://www.youtube.com/watch?v=av21xaxf8a4
LC 진동과에너지진동 http://www.phys.unsw.edu.au/ ~jw/lcresonance.html
전하의진동이전달된다. 교류는전하의진동이전선을따라전달된다. 전하의진동은전선을통해서만전달되는것일까? 그렇지않다. 맥스웰은교류가전선만이아니라공간을따라서도전달되어야한다는사실을찾아냈다. 전하의진동이공간을따라전파되면전자파가된다. 맥스웰이전자파를찾아낸단서는암페어법칙에있었다.
암페아법칙과교류의문제 축전기가연결된회로는전선이끊어져있다 그럼에도교류는흐른다. 전선주위에생기는자장은전류와어떤관계에있는가? 전류와자장의관계 ( 암페아법칙 ) 을살펴보자.
일관성의문제
맥스웰의결론 회로가끊긴곳에서는전선에흐르는똑같은전류가공간을따라흐른다. 맥스웰은 1861 년암페어법칙을수정했다.
맥스웰의전자파 맥스웰은그의방정식으로부터파동방정식을유도했다. (1865 년 ) 파동의속력을계산해보니광속과같았다. 공간을흐르는전류란전자파 (electromagnetic wave). 빛도전자파다. 공간을따라흐르는전류를헤르츠가처음확인했다.(1887 년 )
매질과속도 매질 : 전자파의매질은진공이다. 속도 : 진공에서는광속으로움직인다. c =299,792,458 m/s 물질속에서는속도가느려진다. 그비가굴절률이다. 물질속에서광속은 c/n 이다. 전하가반응하는정도에따라결정된다. 물질의유전율 K 는유전상수 : 진공의유전상수 =1
전자파는진동수로구분한다.
우주는여러전자파의발광체 우주는모든전자파의스펙트럼을보여준다. http://www.youtube.com/watch?v=snnwe6txxp0
공명이일어나면 1940 년미국타코마현수교가바람에붕괴되었다. ( 공명진동수 0.2Hz ) http://www.enm.bris.ac.uk/anm/tacoma/tacoma.html http://www.camerashoptacoma.com/
마이크로웨이브오븐 물분자는고유진동수 2.45GHz 로회전한다. 마이크로웨이브오븐은진동수 2.45GHz 인마이크로파로물을진동시킨다. 물분자가빛에너지를흡수하면물이뜨거워진다 그네를밀려면그네의고유진동수로밀어라. ( 공명이일어난다 ). 마이크로웨이브를물의고유진동수로쬐어라. ( 물이끓는다 ).
도플러효과 http://phys.org/news200044818.html 같은별도정지한별과멀어져가는별이내는색이다르다. 별이멀어져가면빛의진동수는줄어들고 ( 적색편이 ) 가까이오면빛의진동수는늘어난다 ( 청색편이 ). 허블은은하들의적색편이를관찰했다. 우주가팽창하고있다는사실을알아냈다.
1929 년 Edwin Hubble 은은하에서나오는빛의스펙트럼을관찰했다. 여기에서원래보여야할빛의파장이긴파장으로보이는것을발견했다. 모든은하들이우리로부터멀어져간다. 은하가멀수록더빨리멀어져간다. 우주가팽창하고있다는증거이다.
생각해보기 (1) 1000 마이크로파라드의축전기 ( 회로의경우콘덴서라고부른다 ) 에 10V 를걸어전하를축적한다. 이축전기에저장되는전하는얼마인가? 이축전기에저장된전기에너지는얼마인가? (2) 축전기의전기용량을늘리면더많은전기에너지가축적된다. 축전기의전기용량을늘리기위해서어떤방법을사용하고있는지알아보자.
생각해보기 (3) 축전기에는전기용량의표시와함께작동전압이표시되어있다. 예를들어 47,000pF 의용량과작동전압이 330V ( % 허용 ) 인축전기가있다고하자. 이축전기에축적할수있는전하량은얼마나될까? 이축전기에허용전압이상으로전압을걸어주면무슨일이생길까? (4) AA 알칼리건전지는 1.5V 전압으로 2.8A 의전류를 1 시간흘려보낼수있다. AA 알칼리건전지에있는전하를축전기에넣어 1.5V 의축전기로만들고자한다. 이축전기의전기용량은얼마나되어야할까?
발표하기 (5) LC 회로를이용하여전하를 100MHz 로진동시키고자한다. 50mH 의인덕터가회로에주어졌다면, 축전기의용량은얼마가되어야하는가? (6) 가시광선의경우물의굴절률은 1.3, 유리의굴절률은 1.5 이다. 이것으로부터물과유리의유전상수를구해보자. 직류로잰유전상수는파이렉스유리의경우는 5.6, 물은 80 이다. 그렇다면, 가시광선이아니라긴파장의전자파가유리와물을통과한다면, 빛의속도는어떻게바뀔지예측해보자.
발표하기 (7) 빛은물질속에서얼마나느리게갈수있는가? 가장느리게가는빛의속도를실험실에서만든값은얼마인지찾아보자. 진공에서빛보다빨리가는물질은발견되지않았다. 그러나물질속에서는빛이느려지므로, 빛보다빨리가는일이신기한일이아니다. 원자로주위는물로둘러싸여있는데원자로에서나오는입자들은물속에서빛보다빨리갈수있다. 입자들이물질속에서빛보다빨리가면어떤일이벌어지는지알아보자.
생각해보기 (8) 아래마이크로웨이브오븐은 2.45 GHz 의전자파를이용한다. 이전자파의파장은얼마인가? 오븐에이진동수의전자파를사용하는이유는무엇인가? (9) 태양빛을파장별로조사해보자. 파장별로나눈빛을스펙트럼이라고부른다. 태양스펙트럼에는그림처럼군데군데빠진파장의빛이존재한다. 이를흡수스펙트럼이라고부른다. 흡수스펙트럼은태양의대기에원소들이특별한파장의빛을흡수하고있기때문이다. 흡수스펙트럼의파장을통해어떤원소가태양의대기에존재하고있는지를알아보자.
생각해보기 (10) LC 회로에직렬로저항을연결하면 LRC 회로가된다. LC 회로에서진동하던전류는저항때문에일부에너지가열로변한다. 전류가계속흐를수있도록하기위해서는외부에서에너지를공급해주어야한다. 마치그네를흔들어주어야하는것과같다. 저항이없었다면, LC 회로는일정한진동을한다. 그러나저항에전류가흐르면, 회로에있던전기에너지를열로발산하므로, 회로에에너지를배터리가공급하지않으면전류가사라진다. 에너지를공급하기위해교류배터리를이회로에연결해보자. 배터리는에너지를어떻게공급해야에너지를회로에제대로전달할수있을까? 그네가공명을일으키는경우를이용하여설명해보자.