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플칸 [607885] · MS 2015 · 쪽지

2016-05-08 14:16:13
조회수 33,056

[플칸/물리1] 점전하 문제 공략법 기본편

게시글 주소: https://dev.orbi.kr/0008390236


안녕하세요~ 플칸입니다. 이번 글도 역시 물리 1 팁에 관한 것 입니다. 

이번 글에서 다뤄볼 주제는 기출에서 사골마냥 우려먹는 점전하 문제입니다. 

점전하 문제란 전기장의 세기가 0이 되는 지점 (= 전기력 평형점)을 이용해 

점전하의 부호와 전하량의 크기등을 추론해야 하는 문제입니다. 

워낙에 전형적이고 그닥 어렵진 않습니다. 하지만 그런 만큼 이런 유형의 

문제는 빨리 풀어버려서 어려운 킬러 문제에 투자할 시간을 늘려야 합니다. 

우선, 전형적인 점전하 문제 1개를 보여드리겠습니다. 



[2015학년도 6월 평가원 9번]


이런 문제를 풀 때에도 빠르게 푸는 테크닉 같은것이 있습니다. 




[점전하의 부호 결정하기]


 점전하 두 개가 보입니다. 하나는 + 전하이고 나머지 하나는 - 전하를 띠고 있습니다.

세 개의 빨간 점이 보이시나요? 저 빨간 점들중 전기장의 세기가 절대로 0이 될 수 없는 지점이

있습니다. 과연 어디일까요? 


 
바로 가운데 지점입니다. 왜냐하면 + 전하와 - 전하에 의한 전기력 방향이 같기 때문입니다.

전기력도 힘, 즉 벡터이기 떄문에 같은 방향의 전기력을 더하면 크기가 계속 증가하며 절대로

0이 되지 않습니다. 


 반대로 두 점전하의 부호가 같다고 해봅시다. 이때는 얘기가 달라집니다. 두 점전하에 의한

전기력의 방향이 서로 반대이기 때문에, 두 벡터가 서로 상쇄될 수 있습니다. 따라서 두 점전하의

부호가 같다면, 두 점전하 사이에서 전기장이 0이 될 수 있습니다. 



 두 점전하의 부호가 - 일 때도 마찬가지입니다. 여기서 한 가지 중요한 점은 전기장의 세기가

0이 되는 지점의 위치는 전하의 종류와는 크게 상관이 없다는 겁니다. 정말로 중요한 건 두 

점전하의 부호가 같냐/다르냐 입니다. 



 두 점전하의 부호가 모두 - 입니다. 이때 두 점전하 바깥 쪽에서는 전기장이 0이 될 수 

있을까요? 절대로 그럴 수 없습니다. 왜냐하면 각 점전하에 의한 전기력 벡터의 방향이 서로

같기 때문에 상쇄되지 못하기 때문입니다. 



 반대로, 두 점전하의 부호가 서로 다르다고 해봅시다. 그러면 각 점전하에 의한 전기력 벡터의 

방향이 서로 반대이기 때문에, 두 힘이 서로 상쇄될 수 있습니다. 





[전하량 크기 비교]
 하지만, 두 점전하의 전하량 크기가 서로 같다면 어떻게 될까요? 전기력은 거리의 제곱에 

반비례하기 때문에, 점 C 에서는 A 에 의한 전기력의 세기가 B 에 의한 전기력의 세기보다 더 

큽니다. 따라서, 두 힘이 상쇄될 수 없습니다. 




 그렇다면 점 C 에서 전기장의 세기가 0이 되려면 어떻게 해야 할까요? A 의 영향력이 

B 의 영향력보다 더 크므로, 균형을 맞추기 위해 B의 전하량의 크기를 키워줘야 합니다. 

만약 C 지점에서 전기장의 세기가 0이라면 B 의 전하량의 크기가 A 보다 크다는 것을 

의미합니다. 




이론적인 설명은 여기까지 하고, 이제 문제를 풀어봅시다. 

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전기장이 0이 되는 지점의 위치만 알면 두 점전하의 부호를 알 수 있고, 게다가 

두 점전하의 전하량 크기를 비교할 수 있습니다. 지금까지의 내용을 요약하면 아래와 같습니다

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[맺음말]

사실 물리1 문제중에서는 쉬운 측에 속하는 유형인지라 

공부 잘 하시는 오르비 분들에게는 별 도움이 안 될 수도 있습니다. 허허 

하지만, 혹시 이 유형에서 버벅거리시는 분들이 계시다면 

이 글을 한 번 읽어보시기 바랍니다. 


[플칸의 다른 칼럼들]






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