전기장(electric field) 개념잡기

사진: Unsplash 의 Max Bender

 

고전장론(Classical Field Theory)

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 전기장을 조금 더 제대로 이해하기 위해 장론(Field Theory)에 대해 먼저 알아보았다. 장론에는 크게 고전장론과 양자장론이 있는데 본 포스팅에서는 고전장론에 대해서만 이야기하고자 한다. 고전장론이란 공간상의 각 점을 실수 혹은 텐서로 표현되는 물리량으로 할당하는 것이다. 예를 들어 2차원 좌표평면 원점에 +1q의 전하가 위치한다면 좌표(1, 0)에서 전기장의 세기가 (ke·q, 0)이 될 것이고 (0, 1)에서는 (0, ke·q )가 될 것이다. 아래 이미지를 보자

 

 

위 이미지에서 보듯이 각 점은 전기장 벡터로 표현 가능하다. 이렇게 각 점에서 물리량을 정량적으로 표현하기 용이하도록 장이라는 개념을 사용하게 되었다.

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전기장(electric field)

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 따라서 전기장은 고전장론에 따라 각 중심전하로부터 공간에 대한 함수로 표현이 가능하다. 이렇게 함수로 표현할 수 있다면 중심전하 주변에 전하를 띤 물체를 놓았을 때 그 물체에 작용하는 전기장의 세기와 전기력의 크기 그리고 전기력이 작용함에 따라 물체가 운동하는 방향과 속도를 모두 예측할 수 있게 된다. 이렇게 사물의 운동을 정량적으로 예측하기 용이하게 하기 위해 전기장의 개념이 사용된다는 것을 배웠다.