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장 이론 Theory of a Field 장(field) 정의 1: 공간에서의 위치, 시간 등에 따라 그 성질을 달리하는 물리량 정의 2: 공간의 모든 점에서 정의되는 물리량으로 어떠한 물리량 f가 일정한 공간영역에 걸쳐 그 공간 내의 위치함수로 주어졌을 때의 해당 영역 ⇒ 공간 자체를 물리적 실체로 간주하는 내용으로 영국의 물리학자인 패러데이(Michael Faraday, 1791~1867)가 전기와 자기를 연구하면서 역선의 개념을 도입하면서 시각적으로 이해되기 시작했다. 장의 두 가지 종류 스칼라장(scalar field): 스칼라량 위치함수 영역, 공간 내의 각 점이 크기를 나타내며 분포함 e.g. 온도장, 밀도장, 압력장 등 벡터장(vector field): 벡터량 위치함수 영역, 공간 내의 각 ..

전기선속 Flux of Electric Field Intensity 전기선속(전기다발, flux of electric field intensity): 전기력선 다발 또는 집합 전기선속은 어떤 면을 통과하는 전기력선의 개수에 비례한다. 전기선속 내 실질적인 전기력선의 개수를 기호로 φ_E라 쓴다. 전기선속과 전기선속에 수직한 면의 면적[그림 1]을 통해 전기장 크기를 아래와 같은 수식으로 작성할 수 있다. ​ 전기장 크기 ■ ​ 물리량 φ_E: 전기력선의 개수 A_⊥: 전기력선에 수직한 면의 면적 ​ 전기장이 강한 영역에서 전기력선은 높은 밀도를 갖는다. ​ 전기장 크기 식을 통해 전기선속의 공식을 또한 쉽게 유도할 수 있다. ​ 전기선속 ■ 의미: 전기선속은 전기장의 크기와 전기력선이 지나간 전체 면적에..

쿨롱의 법칙 Coulomb's Law 프랑스의 물리학자인 쿨롱(Charles-Augustin Coulomb, 1736~1806)은 자신이 발명한 비틀림 저울(torsion balance)[그림 1]을 활용하여 대전된 물체 사이의 전기력의 '크기'를 측정하였다. 원리: 대전된 두 구 사이에는 전기력이 작용한다. → 전기력에 의해 두 구는 서로 잡아당기거나 혹은 밀어낸다. → 파란 색 대전 구를 매단 줄이 비틀어진다. → 비틀어진 줄의 복원력 토크는 줄의 회전한 각도에 비례한다. 마찰된 대전 구 사이의 전기력은 (질량에 의한) 만유인력에 비해 대단히 큰 값이다. ⇒ 만유인력에 의한 인력 효과는 충분히 무시할 수 있다. ​ 쿨롱의 법칙(쿨롱 법칙) [그림 2] ■ ​ 물리량 q: 부피가 없는 대전 입자로 점전..

전하의 특성 Characteristics of a Electric Charge 전하(electric charge): 물질의 전기적 현상을 갖게 하는 원인으로, 어떤 물질의 전기량을 나타낸다. 전기적 현상 = 전기력 전하는 물질에 구속되어 있고, 전기장(electric field)을 형성한다. 점전하(point charge): 특정한 공간에 존재하는 '점'의 특성을 공유한 전하로 그 물체의 부피나 크기는 고려하지 않는다. 전하량(quantity of electric charge): 어떤 물체가 가진 전하의 양 ​ 전하는 크게 양전하(positive electric charge)와 음전하(negative electric charge)로 구분된다. 양의 최소 전하단위는 양성자(proton) 또는 양전자(pos..

앞선 챕터(분자간의 상호작용 - 퍼텐셜에너지의 이해 (1))의 분자 간 결합에서 우리는 퍼텐셜에너지의 빠른 이해를 위해 분자의 실질적인 운동에너지를 고려하지 않았다. 하지만, 앞으로 분자간의 상호작용에서 사용하게 될 실질적인 퍼텐셜에너지 공식은 (1)전자기력은 경로에 의존하지 않는(경로비의존성) 보존력이며, (2)따라서 이 보존력은 '역학적 에너지 보존법칙'을 만족한다는 사실로부터 새롭게 유도하도록 한다. ​ 보존력 보존력의 특징 중 대표적인 것은 어떤 물체가 보존력에 의해 지점 A에서 운동을 시작하여 지점 B에 운동을 완료했다면, 어떤 경로를 거쳤던 간에 보존력이 한 일은 항상 같다는 사실이다. [그림 1] 보존력이 한 일은 가역적이다. 보존력이 한 일은 경로에 무관하다. 즉, 출발점과 도착점에만 그 ..

원자의 퍼텐셜에너지 우리 주위의 물질은 원자라는 기본단위로 구성되어 있다. 하지만 사실 대부분의 물질은 독립된 원자가 아닌 '분자'가 최소 단위로 대부분 구성된다. 단, 비활성기체(18족 헬륨족 원소)는 상온 조건에서 안정한 단원자 상태로 본래는 원자이나 분자처럼 거동한다. 이원자분자(diatomic molecule): 상온 조건에서 두 개의 원자가 전자기력에 의해 결합한 형태(two atoms bonded together)로, 일반적인 수소, 질소, 산소 등을 일컫는다. [그림 1] 원자는 전하를 가진 소립자(전하 미립자로 양성자, 전자 등이 대표적)들의 집합체이고, 이들은 다른 원자의 소립자들과 서로 전자기적 상호작용을 한다. 소립자의 극성에 따라 인력 또는 반발력을 갖는다. [그림 2] 서로 같은 ..

단위벡터와 벡터 성분 Unit Vectors and Components 좌표계를 도입하면 벡터를 성분(components)으로 나타낼 수 있고, [그림 1]은 직각 좌표계(rectangular coordinate system, Cartesian coordinate system)를 사용하여 나타낸 벡터 그림이다. [그림 1]의 (a)는 unit vector들로 직각 좌표계의 x, y, z축과 그 방향성이 정확히 일치한다. [그림 1]의 (b)는 임의의 벡터 A로 x, y, z축에 각각 투영시킨 정사영벡터(projections)가 함께 그려져 있다. ⇒ 벡터 덧셈에 따라 벡터 A는 projection을 활용하여 아래와 같이 정의된다. 성분벡터 Vs. 성분 3차원 직각 좌표계에서 벡터 A의 성분벡터와 성분은 ..

벡터 대수 스칼라(scalar): 크기로 규정되는 양으로 전자기학에서 스칼라량은 대표적으로 전하와 전압이 있다. 벡터(vector): 크기와 함께 방향 또한 함께 고려해야 하는 양으로 전자기학에서 벡터량은 대표적으로 전기장, 자기장이 있다. 벡터는 기하학적으로 방향을 나타내는 선분인 화살표[그림 1]로 나타난다. 벡터의 방향은 화살표의 머리이다. 한편 크기는 화살표의 길이와 같다. 벡터의 위치만 옮기는 평행이동의 경우, 벡터량은 달라지지 않는다. ​ 벡터 덧셈 두 벡터의 덧셈 A+B는 기하학적으로 A의 머리에 B의 꼬리를 붙이는 방식[그림 2]으로 구할 수 있다. 혹은 [그림 3]과 같이 평행사변형법을 사용해도 된다. 두 가지의 두 벡터의 덧셈법은 그 결과가 서로 일치한다. 벡터의 덧셈은 교환법칙(com..

유체 내부에서 발생하는 저항력(항력)의 크기는 유체가 가진 점성(viscosity)에 의해 결정된다. 점성: 점도, 유체에 내재된 점착성으로 물리학에서 점도는 액체의 흐르려는 경향에 대한 저항의 척도이다. 유체의 점성에 의해서 (1)유체의 유동 경향이 결정될 뿐만 아니라 (2)에너지의 손실도 발생한다. ​ 유체의 점성은 유체의 흐름을 연구하는 유체역학, 공기역학에 매우 중요한 물리량이다. 점성력(viscous force): 유체 내 내부 마찰력의 크기와 관련된 물리량으로 유체의 점성도를 만드는 주요인이다. 점성력은 유체 내 인접한 두 층이 서로 '상대적으로' 이동[그림 1]하는데서 생긴다. ​ ​ 유체의 속력 차이 유체가 흐르는 관이 수평으로 놓여있고, 관의 단면적이 일정하더라도 유체가 흐르는 방향으로 ..

​ 천체역학(celestial mechanics): 고전 역학의 원리를 천문학 분야에 응용하여 천체의 운동을 연구하는 물리학 또는 천문학의 한 분야 「Celestial mechanics is the branch of astronomy that deals with the motion of objects in outer space. Celestial mechanics applies principles of physics to astronomical objects, such as stars and planets, to produce ephemeris data.」 잉글랜드의 위대한 수학자이자 물리학자인 뉴턴 (Sir. Isaac Newton, 1642-1727) 은 달을 지구로 돌게 하는 원인은 힘이며, 이 힘..