물리
Halliday Physics Chapter 21
이 문서의 목차
1. Electric Charge
(1) Types and Interactions of Electric Charges
- 종류: 양전하\((+)\), 음전하\((-)\)
- 상호작용: 동종 전하(repulsive force), 이종 전하(attractive force)
(2) Quantization of Charge
- \(q = ne\), \(n \in \mathbb{Z}\)
- \(e = 1.602 \times 10^{-19}\text{ C}\)
(3) Conservation of Charge
- 고립계의 알짜 전하는 일정
- 예: \(\gamma \to e^{-} + e^{+}\)(쌍생성), 핵반응, 마찰전기, ...
(4) Relation between Current and Charge
- 전류 \(i = \dfrac{\mathrm dq}{\mathrm dt} \quad \text{[A]}\)
- \(\text{1 C = 1 A} \cdot \text{s}\) (\(\mathrm dq = i\ \mathrm dt\))
2. Electrical Classification of Matter and Charging
- Conductor: 자유 전자 존재
- Insulator: 전자가 원자에 강하게 속박
- Semiconductor: 도체와 부도체의 중간
- Charging by Induction: 접촉 없이 대전체 접근과 접지만 일어남
3. Coulomb's Law
- 점전하 사이 정전기력을 나타냄
- 스칼라 표현
\[F = \dfrac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \dfrac{|q_1 q_2|}{r^2}\]
- \(k = \dfrac{1}{4 \pi \varepsilon_0} = 8.99 \times 10^{9}\text{ N m}^2 \text{ C}^{-2}\): Coulomb constant
- \(\varepsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12} \text{ C}^2 \text{ N}^{-1} \text{ m}^{-2}\): Permittivity constant of free space
- 벡터 표현: \(q_2\)가 \(q_1\)에 가하는 힘
\[\mathbf{F}_{12} = \dfrac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \dfrac{q_1 q_2}{r^2} \hat{\mathbf{r}}_{21}\]
- \(\hat{\mathbf{r}}_{21}\): \(q_2 \to q_1\)으로의 단위벡터
- 작용-반작용: \(\mathbf{F}_{12} = - \mathbf{F}_{21}\)
4. Principle of Superposition
\[\displaystyle \mathbf{F}_{1, \text{net}} = \sum_{2}^{N} \mathbf{F}_{1i}\]
- 성분별 분해
- \(F_{\text{net},x} = \sum F_{i, x}\)
- \(F_{\text{net},y} = \sum F_{i, y}\)
- \(|F_{\text{net}}| = \sqrt{{F_{\text{net},x}}^2 + {F_{\text{net},y}}^2}, \quad \tan \theta = \dfrac{F_{\text{net},y}}{F_{\text{net},x}}\)
5. Shell Theorem
- 총 전하량 \(Q\)의 균일한 구 껍질에 의한 정전기력
\[F = \begin{cases} \dfrac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \dfrac{|Qq|}{r^2} & (\text{외부 점에서}) \\ \\ 0 & (\text{내부 점에서}) \end{cases}\]