과학(20320)

Ⅱ. 전기와 자기

2. 정전기 유도

정전기 유도 현상의 예를 들고, 정전기 유도 현상을 전기력의 작용으로 설명해봅시다.

생각열기

https://youtu.be/i13vKmI_DDE(출처: 유튜브 YTN사이언스)

(Q) 헝겊으로 마찰한 PVC 봉을 음료수 캔에 가까이 가져가면 음료수 캔이 PVC 봉에 가까이 끌려옵니다. 그 이유는 무엇일까요?

(A) 헝겊으로 PVC 봉을 문지르면 전자가 PVC 봉으로 이동하게 되어 PVC 봉은 (-)전하를 띤다. (-)전하를 띠는 PVC 봉을 음료수 캔에 가져가면 PVC 봉과 먼 쪽으로 전자들이 이동하게 되는 정전기 유도 현상이 일어난다. PVC 봉과 가까운 쪽이 (+)전하를 띠게 되어 PVC 봉과 음료수 캔 사이에 끌어당기는 힘(인력)이 작용한다.

탐구하기

◎ 활동1 - 금속 물체의 대전 알아보기

(Q) 플라스틱 막대를 털가죽에 마찰시켜 알루미늄 깡통에 가까이 가져가봅시다. 알루미늄 깡통은 어떻게 될까요?

(A) 알루미늄 깡통에 (-)전하로 대전된 플라스틱 막대를 가까이 하면 전자의 이동으로 깡통에서 대전체와 가까운 쪽은 (+)전하가 유도되고, 대전체에서 먼 쪽은 (-)전하가 유도된다. 따라서 알루미늄 깡통과 플라스틱 막대 사이에는 서로 끌어당기는 힘(인력)이 작용하여 알루미늄 깡통이 대전체 쪽으로 움직인다.

(Q) (+)전하로 대전된 털가죽을 알루미늄 깡통에 가까이 가져가봅시다. 알루미늄 깡통은 어떻게 될까요?

(A) 헝겊으로 PVC 봉을 문지르면 전자가 PVC 봉으로 이동하게 되어 PVC 봉은 (-)전하를 띤다. (-)전하를 띠는 PVC 봉을 음료수 캔에 가져가면 PVC 봉과 먼 쪽으로 전자들이 이동하게 되는 정전기 유도 현상이 일어난다. PVC 봉과 가까운 쪽이 (+)전하를 띠게 되어 PVC 봉과 음료수 캔 사이에 끌어당기는 힘(인력)이 작용한다.

◎ 활동2 - 검전기로 물체의 대전 여부 확인하기

(Q) 검전기의 금속판에 (+)전하로 대전된 대전체를 가까이 하면 금속박에는 어떠한 변화가 나타날까요?

(A) (+)대전체에 의해 금속박의 자유 전자들이 금속판으로 이동하게 된다. 자유 전자가 줄어든 금속박에는 (+)전하가 유도되므로 두 금속박은 서로 밀어내는 힘(척력)이 작용하여 금속박의 사이가 벌어진다.

(Q) 검전기의 금속판에 (-)대전체를 가까이 하면 금속박에는 어떠한 변화가 나타날까요?

(A) (-)대전체를 가까이 하면 금속박의 사이가 벌어지게 된다. (-)대전체에 의한 정전기 유도 현상으로 금속판의 자유 전자들이 금속박으로 이동하게 된다. 금속박에 (-)전하가 유도되므로 두 금속박 사이에 서로 밀어내는 힘(척력)이 작용하여 금속박이 벌어지게 된다.

(Q) (-)전하로 대전되어 금속박이 벌어진 검전기에 (+)대전체를 가까이 하면 어떻게 될까요?

(A) (+)대전체를 가까이 가져가면 금속박에 있던 자유 전자가 (+)대전체로부터 끌어당기는 힘을 받아 금속판으로 이동하게 되므로 금속박에는 (-)전하가 줄어들고 밀어내는 힘도 약해져 오므라든다.

(Q) (-)로 대전된 검전기에 (-)대전체를 가까이 하면 어떻게 될까요?

(A) (-)대전체를 가까이 가져가면 금속판에 있던 자유 전자가 (-)대전체로부터 밀어내는 힘을 받아 금속박으로 이동하게 되므로 금속박에 (-)전하가 많아지고 밀어내는 힘은 더 강해져 금속박이 더 벌어진다.

개념정리하기

1. 정전기 유도

1) 정전기 유도 : 금속에 대전체를 가까이 했을 때 전하가 유도되는 현상
① 대전체와 가까운 곳 : 대전체와 다른 종류의 전하가 유도
② 대전체와 먼 곳 : 대전체와 같은 종류의 전하가 유도

2) 정전기 유도의 원인 : 금속 물체 내부의 자유 전자가 대전체로부터 전기력을 받아 이동하기 때문

① 금속 막대에 (+)대전체를 가까이 할 때 : 금속 막대 내부의 전자가 (+)대전체로부터 인력을 받아 대전체 쪽으로 이동
② 금속 막대에 (-)대전체를 가까이 할 때 : 금속 막대 내부의 전자가 (-)대전체로부터 척력을 받아 대전체로부터 멀어지는 쪽으로 이동

2. 검전기 : 정전기 유도 현상을 이용하여 물체의 대전 여부를 알아보는 기구

1) 검전기의 구조 : 금속판, 금속 막대, 금속박, 유리병으로 구성

2) 검전기의 작동 원리 : 검전기의 금속판에 대전체를 가까이 하면 정전기 유도 현상에 의해 자유 전자가 이동하여 금속판과 금속박이 전기를 띠며 금속박이 벌어지는 현상으로 물체의 대전 여부를 확인

3) 검전기로 물체의 대전 여부 확인

① (+)대전체를 검전기 금속판에 가까이 할 때 : 금속박의 자유 전자는 (+)대전체로부터 당기는 방향으로 힘을 받아 금속박에서 금속판으로 이동한다. 두 금속박이 모두 (+)전하를 띠어 금속박이 벌어진다.

② (-)대전체를 검전기 금속판에 가까이 할 때 : 금속판의 자유 전자는 (-)대전체로부터 밀어내는 방향으로 힘을 받아 금속판에서 금속박으로 이동한다. 두 금속박이 모두 (-)전하를 띠어 금속박이 벌어진다.

도전하기

학습한 내용을 바탕으로 문제를 풀어봅시다.

참고자료

학습한 내용을 확인해보아요!

https://youtu.be/udS6XR_IvUQ(출처 : 유튜브)

내용구성: 이수영(대구 덕화중)