2장 '정전기학' 소개

 해당 게시글은 [데이비드 제프리 그리피스의 책, Introduction to Electrodynamics]의 번역본을 학부수준의 이해를 바탕으로 제작하였습니다. 오류가 잘못된 내용이 있을 수 있습니다. 오류 제보 및 피드백은 항상 감사드립니다.

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 전자기학을 배워서 우리가 할 수 있는 건 뭘까요? 이를 위해선 다음을 알아야 합니다. 데이비드 제프리 그리피스의 책, Introduction to Electrodynamics에서는 원천전하와 시험전하라는 말을 쓰면서 설명하고 있습니다. 둘 모두 전하는 맞지만 어떤 역할을 하냐에 따라 구분을 할 수가 있어요. 만약 A라는 전하가 B에 힘을 준다고 가정한다면 A가 원천전하이고 B가 시험전하입니다. 원천전하는 영어로 Source Charge이고 시험전하는 Test Charge입니다.

 그래서 전자기학의 주요 과제 중 하나는 원천전하가 있을 때 시험전하가 받는 힘을 구하는 것 입니다. 언뜻 보기에는 각자 받는 힘을 그냥 더하기만 하면 될 것 같은데... 실제로는 원천전하가 어떤 움직힘을 보이느냐에 따라 아주 달라지고 복잡해진다고 저자는 말합니다(p. ). 그래서 2장의 정전기학에서는, 원천전하가 멈춰있을 때 시험전하가 받는 힘부터 다루기로 합니다. 

 

2장의 큰 가지를 Introduction to Electrodynamics의 목차대로 살펴보도록 하겠습니다.

1. 1개의 점전하에 의해 시험전하가 받는 힘을 다루는 쿨롱법칙을 시작으로하여 전기장을 정의합니다. 그리고 전기장을 구하는 법을 점에서 선, 면, 부피로 확장합니다. 그리피스에 의하면 해당 절에서 정전기학의 거의 모든 원리를 다뤘다고 합니다. 그래서 이하의 절은 주로 전기장을 더 간편하게 구하는 법을 다룬다고 보시면 됩니다. 왜 직접 힘을 계산하는게 아니라 정전기장을 다루는지는 이어지는 포스트에서 확인하세요.) (정전기장)
2. 1절을 통해서 쿨롱법칙을 이용하여 전기장을 구할 수 있게 되었습니다. 특정한 상황에서 더 쉽게 구할 수 있는 방법을 알아보는 절입니다. 전기장이 벡터라는 점을 이용해서 전기선속Flux를 소개하고, 그 과정에서 전기장의 발산미분과 회전미분을 살펴봅니다. (전기장의 발산과 회전)
3. 전기장을 발산미분하면 특정값이 나오는데 이것이 가우스 법칙으로 이어지는 반면에 회전미분의 값은 0이나옵니다. 이 성질을 이용해서 전위를 구하는 문제를 더 쉽게 만들 수 있습니다. 전기장은 벡터이기 때문에 적분 등의 계산을 하면 복잡합니다. 하지만... 스칼라를 이용한다면 더 쉽게 적분을 할 수 있을 겁니다. 어떻게 이런일이 가능한지 알아보도록 합니다. (전위)
4. 3절까지는 정전기, 전위, 전기장에 대한 이야기였다면 4절은 에너지에 대한 이야기입니다. 전하를 옮길 때, 혹은 원천전하의 분포에 대한 내용을 에너지 관점에서 살펴보도록 합니다. (전기장에서 일과 에너지)
5. 우리가 흔히 알고있는 도체에 대한 성질등을 살펴보도록 합니다. (도체)  

요약하자면 다음과 같습니다: 전자기학의 주요 과제 중 한 경우인 정전하가 시험전하에 주는 힘을 계산하기 위해 쿨롱법칙을 살펴보고 전기장을 정의한 뒤에, 이를 더 쉽게 계산하기 위한 가우스 법칙이나 전위를 살펴보고 몇 가지 이야기들을 에너지 관점에서 살펴보도록 하고 마지막으로 도체의 성질에 대해서 알아본다.

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이 스토리의 물리관련 포스트들은 제목이나 내용에 별도의 언급이 없는 이상 작성자 스스로가 정성적 이해를 하기 위한 정리 내용입니다. 따라서 수학적/물리적으로 엄밀한 내용이 필요하다고 생각하는 부분은 훗날 따로 포스트를 하거나 각 게시글에 번역본 page와 식 번호를 별첨합니다.

글 작성당시 학부수준의 이해를 바탕으로 공부를 하면서 쓰는 글이므로 오류가 있을 수 있습니다.

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