전하와 전기량의 정의와 공식 (전자기학)

 

전하와 전기량

전하는 전자기학에서 가장 기본적이고 중요한 개념 중 하나입니다. 전하는 물질이 전기적 성질을 띠게 하는 원천이며, 전기장과 자기장을 형성하는 원인이 됩니다.

 

 

전하의 정의

전하는 물질이 갖는 전기적인 특성으로, 두 가지 형태로 존재합니다: 양전하(positive charge)와 음전하(negative charge). 전하의 기본 단위는 쿨롱(Coulomb, C)입니다. 전하의 크기와 부호에 따라 물체는 서로 끌어당기거나 밀어내는 힘을 발생시킵니다.

 

 

기본 전하 단위

기본 전하 단위는 전자(electron)와 양성자(proton)로 정의됩니다. 전자는 음전하를 갖고, 양성자는 양전하를 갖습니다. 전하의 기본 단위는 전자의 전하량으로, 이는 약 −1.602×10^(−19) 쿨롱입니다. 양성자의 전하량은 이와 같지만 부호가 반대인 +1.602×10^(−19) 쿨롱입니다.

 

 

전하의 종류

전하는 양전하와 음전하로 구분됩니다.

* 양전하 (Positive Charge) *

양전하는 양성자에 의해 형성됩니다. 물질이 양전하를 띠는 경우, 이는 양성자의 수가 전자의 수보다 많다는 것을 의미합니다. 양전하는 같은 부호의 다른 전하와 밀어내는 힘을, 반대 부호의 전하와는 끌어당기는 힘을 발생시킵니다.

 

* 음전하 (Negative Charge) *

음전하는 전자에 의해 형성됩니다. 물질이 음전하를 띠는 경우, 이는 전자의 수가 양성자의 수보다 많다는 것을 의미합니다. 음전하는 같은 부호의 다른 전하와 밀어내는 힘을, 반대 부호의 전하와는 끌어당기는 힘을 발생시킵니다.

 

 

전기량의 정의

전기량(電氣量)은 물체가 가지고 있는 전하의 총량을 의미하며, 단위는 쿨롱(Coulomb, C)입니다. 전기량은 전자의 이동에 의해 결정됩니다. 전기량은 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

 

 

전기량의 측정

전기량은 여러 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 전류를 시간에 대해 적분하는 것입니다. 전류 I는 단위 시간당 흐르는 전하의 양으로 정의됩니다.

따라서, 일정한 전류가 흐를 때의 전기량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

Q = I ⋅ t

 

 

n개의 전자가 이동한 경우의 전체 전하량

n개의 전자가 이동한 경우의 전체 전하량을 계산하기 위해서는 각 전자의 전하량과 전자의 수를 고려해야 합니다. 전자는 음전하를 가지고 있기 때문에, 전체 전하량은 다음과 같이 계산됩니다.

Q = n ⋅ (−e)

예를 들어, 1초 동안 1암페어의 전류가 흐를 때 이동하는 전자의 수를 계산해보겠습니다. 1암페어는 1초 동안 1쿨롱의 전하가 이동하는 것을 의미합니다. 전자의 전하량이 −1.602×10−19 쿨롱이므로, 1쿨롱의 전하는 다음과 같이 전자의 수로 표현할 수 있습니다.

 

따라서, 1초 동안 1암페어의 전류가 흐를 때 약 6.242×10^(18)개의 전자가 이동합니다.