전하 - 알기 쉬운 고등물리

전기를 물리적 또는 미시적으로 표현할 때 전하라고 합니다. 전하의 양을 전기량이라고 합니다. 전기란 무엇인가 또는 전하란 무엇이냐고 묻는다면, 그 질문이 너무 근본적이어서 대답할 수 없습니다. 모든 전자기 현상의 근본이 되는 것이고, 만유인력의 질량과 같은 것이라고도 말할 수 있습니다.

전하는 플러스와 마이너스를 각각 양전하, 음전하라고 합니다. 같은 부호끼리의 전하가 서로 반발하고(척력) 다른 부호끼리의 전하는 서로 끌어당깁니다(인력).

전기량(전하의 양)의 단위는 [C] 쿨롱입니다. 1C라는 양은 1A의 전류가 흐를 때 그 도체의 단면을 1초에 통과하는 전기량이라고 정해져 있습니다. 양의 기호로는 q나 Q를 사용합니다.

전기량에는 최소치가 있는데 이를 기본전하라고 합니다. 양전하의 양성자, 음전하의 전자가 가지는 전하의 절대값입니다. e로 표시됩니다. 양성자 1개의 전기량은 eC이며, 전자 1개의 전기량은 -eC이며, 세상의 모든 물체의 전기량은 이러한 정배수로 되어 있습니다.

원자의 구조

세상의 물질은 분자로 구성되어 있고, 분자는 원자로 구성되어 있습니다. 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있습니다. 원자핵 주위를 전자가 돌고 있습니다. 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있습니다. 전자는 음의 전하를 가지고 양성자는 양의 전하를 가지고 있습니다. 중성자는 전하를 가지지 있지 않습니다.

보통의 상태에서는 전자의 수와 양성자의 수는 동일하여 음의 전하의 양 및 양의 전하의 양이 균형을 이루고 있습니다.

전자는 비교적 자유롭게 움직일 수 있으며, 전자를 잃은 원자는 전체적으로 양의 전하를 가지고 전자를 얻은 원자는 전체적으로 음의 전하를 가지고 있습니다.

양자는 고정되어 있어 움직일 수 없습니다. 원자가 양전하를 띠고 있다면 전자가 결손되어 있는 상태이고, 원자가 중성이면 양성자와 전자의 수가 동수, 원자가 음전하를 띠고 있다면 전자가 과도한 상태입니다.

대전

물체가 전기를 띠는 것을 대전한다고 표현합니다. 대전된 물체를 대전체라고 합니다. 대전된 입자를 하전입자라고 합니다. 크기가 무시할 수 있을 정도로 작은 대전체를 점전하라고 합니다. 역학의 질점과 같은 것입니다.

전기량 보존법칙

전하는 아무것도 없는 곳에서 생성되거나 소멸하지 않습니다. 전하를 교환할 때, 그 전후에 전하의 양(전기량)의 총합은 변화하지 않습니다. 이것을 전기량 보존법칙(또는 전하량 보존법칙)이라고 합니다.

정전기

물질에 대전된 전기를 정전기라고 합니다. 겨울철 철제 손잡이에 손이 닿으면 일어나는 전기충격은 정전기의 소행입니다. +로 대전된 사람의 손과 -로 대전된 손잡이와의 작은 공간에 전자가 날아들어 순간적으로 수천 볼트 정도의 전기가 발생합니다. 여름에 정전기가 발생하지 않는 이유는 여름이 더 습하고 눈에는 보이지는 않지만 공기 중의 수분을 타고 전기가 도망가기 때문입니다.

+전기를 띠기 쉬운지 또는 -전기를 띠기 쉬운지는 원자 내의 전자의 구성에 따라 달라집니다. 전자를 방출하기 쉬운 원자는 +전기를 띠기 쉽고, 전자를 캡처하기 쉬운 원자는 -전기를 띠기 쉽지만 어떤 원자가 방출하기 쉬운 것인지 또는 캡처하기 쉬운 것인지는 고등학교 화학의 '물질의 구성입자' 절에 자세히 설명되어 있습니다.

머리카락을 밑받침으로 문지르면 머리카락이 뜨는 이유는 머리카락이 +로 대전되기 쉬운 반면 밑받침은 염화비닐로 되어있어 -로 대전되기 쉽기 때문입니다. 머리카락과 염화비닐을 비비면 머리카락을 구성하는 원자의 전자들이 염화비닐로 옮겨가면서 머리카락은 +전기를 띠고 PVC는 -전기를 띠게 되고, +전기와 -전기가 자석처럼 서로를 끌어당기게 됩니다.

정(静)과 동(動)

정전기의 '정'은 전하가 정지하고 있으므로 '정'입니다. 정전기는 순간적으로 발생하며 전기가 움직입니다만, 그래도 그 즉시 정지합니다. 이에 비해 계속 움직이는 전기를 동전기라고 합니다. 동전기라는 말은 상용되지 않지만 정전기의 반대어가 될 것입니다. 일반적인 표현으로는 전류에 해당합니다.

실제 각 분야는 '정'과 '동'으로 나눌 수 있습니다.

정역학 ...... 벽에 기대어 둔 막대기 등
동역학 ...... 운동 전반

정전기 ...... 정전기, 정전기 유도 등
동전기 ...... 전기회로 등

파동 분야는 모두 '동'입니다. 정지한 것을 파동이라고 말할 수 없습니다.

마찰력은 정지마찰력과 동마찰력이 있습니다. 수압은 정수압과 동수압이 있습니다. 고등학교 물리에서 학습하는 것은 정수압뿐입니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 電荷
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/seidenn/dennka.html