Electrostatics (part 1): Introduction to Charge and Coulomb's Law

지금 시작할 이야기는

세상의 힘들중에 가장 신비로운 힘에 관한 것입니다.

사실 우주의 거의 모든 힘들이

매우 신비롭지만요.

그럼 이제부터 전하에 대한 이야기를 약간 해보겠습니다.

우리는 모두 전하에 대하여 들어보았습니다.

배터리를 충전한다거나

이 입자는 전하를 띄고있다거나

그러나 잘 생각해보면, 전하란

전하는 그것보다 좀더 추상적입니다. 왜냐하면,

우리가 호박을 머리카락에 마찰시켜보기 이전 시절에,

벼락을 맞지 않는 한은 전하를 경험할 일이 별로 없었습니다.

전하는 입자나 물체가 가지고있는 성질입니다.

두가지 종류의 전하가 존재한다는 것을 알고있죠.

바로 임의로 이름지은 양전하와 음전하입니다.

우리는 같은 종류의 전하끼리 밀어내고,

반대 종류 혹은 서로 다른 종류의 전하끼리 끌어당긴다는 것을 알고있습니다.

만약 이런 성질을 가지고 있다면,

제 생각에 성질을 측정해보는것이 유용할 것 같군요.

그래서 우리는 단위를 마련하게 되었죠.

바로 그 단위가 쿨롱(coulomb)입니다.

전하에 대한 여러 실험을 한 1700년대 후반 과학자의 이름을 딴 것이죠.

위키피디아에 검색하시면 자세한 정보를 알수 있을 겁니다.

어쨌든 그것을 쿨롱이라고 부르죠.

쿨롱에 대한 여러가지 정의가 있지만,

제생각에는, 쿨롱은 기본전하라고 생각할 수 있습니다.

왜냐면, 양자역학까지 가서 쿼크 같은 것들에 대하여 이야기 하지 않는 한

기본전하란 양성자나 중성자의 전하가 가질수있는 전하를 말합니다.

나중에 정확히 원자 혹은 다른것의 구조들에 대하여 자세하게 설명하겠지만,

일단 대충 예를 하나 들어보겠습니다.

원자는 몇개의 중성자를 가지고 있습니다.

중성자는 전하를 띄고 있지 않죠.

원자는 또한 양성자를 가지고있습니다.

양성자는 양전하를 띄고있고요.

다시 한번 이야기하지만,

양전하라고 부르는 것은 단지 임의로 양전하라 칭해진 것입니다.

빨간 전하도 생각해 볼 수 있습니다.

또한 이것 주변에 떠다니는,

핵안에 있는 양전하나 중성자보다 훨씬, 훨씬, 훨씬 가벼운

이것이 바로 전자입니다.

전자는 물체인지조차 명확하지 않죠.

거의 에너지같은건데,

가끔은 물체로 보는 것이 유용할 때도 있습니다.

가끔은 이것을

전하의 기본단위는,

쿼크나 다른 아원자에 대해 알아보기 이전에,

우리가 지금 배우는 부분에 한정하면

바로 전자나 양성자 하나가 띄고있는 전하입니다.

둘은 정확히 같은 전하를 띄고있으며,

이 기본전하는 e로 표기합니다.

솔직히 말하면, 이게

elementary에서 따온건지, electron에서 따온건지 정확히는 모르겠지만요.

어쨌든, e는 양성자가 띄고 있는 전하와 같습니다.

양성자의 기본전하를 표시하기도 하지요.

전자의 전하는 이것의 음수라서,

전자의 전하는, -e라고 표기합니다.

부호에 대해 신경쓰지 않는다면

둘의 크기는 정확하게 일치합니다.

그래서 우리가 배운 범위의 물리에 대해서는

가장 기준이 되는 것입니다.

이것이 바로 기본전하입니다.

전하의 기본단위는 단지

양성자와 중성자에 있는 전하를 의미합니다.

그렇다면 쿨롱은 무슨 관련이 있는거냐면,

우리가 앞으로 C라고 표기할 쿨롱이라는 것은

어쨌든 쿨롱은 e의 6.24*10^18 배 입니다.

물론 부호말고 크기만 생각했을 때지요.

왜냐면 쿨롱이라고만 말하면

방향에 대한것은 말하지 않으니까요.

다르게 생각해보면,

기본전하는, 크기만 생각했을때,

쿨롱의 1.6*10^-19배입니다.

괜찮네요.

이 숫자는 외워두면 도움이 되겠지만,

보통은 주어집니다.

그럼 이제 뭘 하냐면,

이 물체들이 이 전하라는 성질을 가지고있다고 해봅시다.

같은 전하는 밀어내고,

다른 전하는 끌어당기죠.

만약 이 양성자를 충분히 모아놓으면

물체는 전체적으로 전하를 띄게 되겠죠

만약 양성자가 전자보다 많으면