쿨롱과 쿨롱의 법칙의 발견

1780년대 이후 전기공학 분야에선 여러가지 중요한 발전이 있었습니다.

그 시대에 전기공학의 발전을 위한 중요한 계기를 제공한 것이 바로 쿨롱의 법칙입니다.

전기공학에서 쿨롱의 법칙은 정전기학의 모든 기본 법칙을 유도할 수 있는 기초이자 핵심 이론입니다.

이번 포스팅에선 이 쿨롱의 법칙에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

쿨롱

쿨롱은 프랑스의 토목공학자이자 물리학자로 18세기 후반에 많은 업적을 남긴 과학자 중의 한 명입니다.

쿨롱은 토목공학, 기계공학, 토질역학, 전기와 자기를 포함한 매우 다양한 분야에서 크게 이바지했습니다.

이 많은 업적 중 전기공학 분야에서 쿨롱은 전기에 대한 역제곱 법칙이 성립함을 밝혀냈습니다.

이것이 바로 쿨롱의 법칙입니다.

 

 

샤를 쿨롱

 

쿨롱의 법칙의 발견

1785년~1791년 동안에 쿨롱은 매우 정교한 일련의 실험을 수행하여 전하에 대한 역제곱 법칙을 확립했습니다.

쿨롱은 완전히 다른 세 가지 방법으로 이 법칙을 입증했습니다.

쿨롱은 두 전하의 극성이 같은 경우 즉, 두 전하 모두 +이거나 -인 경우에 대해 비틀림저울을 사용하여 전하들이 서로 밀어내는 힘을 직접 측정했습니다.

오늘날에도 이것을 측정하기는 극히 어려운데요, 이는 특히 실험자가 미치는 영향 때문입니다.

세번째로 극성이 다른 두 전하의 경우에 쿨롱은 진자에 달린 전하가 고정된 전하를 향해 당겨질 때 생기는 진자운동의 시간을 측정하여 전하들이 서로 끌어당기는 힘을 측정했습니다.

세 번째 방법에서 쿨롱은 역제곱 법칙으로 예측한 대로 도체 내부에는 전하가 존재하지 않는다는 것을 실제로 입증했습니다.

훗날 맥스웰은 이 세번째 실험 방법에 대하여 "쿨롱이 고안한 실험장치의 정교함과 기발함, 관측의 정확성, 연구에 사용한 탄탄한 과학적 방법은 놀라울 만큼 뛰어나." 라고 평가할 만큼 대단한 실험 방법이었습니다.

이 실험을 통한 역제곱 법칙이 바로 쿨롱의 법칙이라 명명됩니다.

또한 쿨롱은 고립된 자극들에 대한 역제곱 법칙을 확립했으며, 이를 위해선 자석과 거리를 세심하게 선택해야 했습니다.

가늘고 긴 자석들을 서로 가깝게 배치하여 이웃한 자극 사이에 작용하는 힘이 가장 우세해지게 했습니다.

 

쿨롱은 물체가 전하를 새로 갖게 되면, 시간이 경과함에 따라 상당히 빠른 속도로 이 전하가 물체 밖으로 새어 나간다는 것을 알아차렸습니다. 이러한 누출에 의한 오차를 피하기 위해 그는 첫번째 실험을 2분만에 끝마쳐야 했습니다.

쿨롱은 초당 전하의 손실량이 현재 전하량에 비례한다는 사실을 발견하고 전하량의 감소를 설명하는 미분방정식을 구했습니다. 이를 통해 전하량은 지수함수 형태로 감소하며, 이때 지수는 습도 등의 요인으로 정해진다는 결론을 이끌어 냈습니다.

 

이번 포스팅에서는 쿨롱과 쿨롱의 법칙의 발견에 대하여 알아보았습니다.

전기공학의 발전에 아주 중요한 계기를 제공해준 쿨롱은 동시대에 다른 과학자들 보다 시간에서 앞서지 못하더라도 철저함, 온전함, 이해의 깊이를 바탕으로 역제곱 법칙을 증명함으로써 쿨롱의 법칙으로 인정받게 되었습니다.

쿨롱의 정신을 본받아 저도 전기공학도로서 기본에 충실한 이해를 바탕으로 포스팅하여 더 좋은 정보를 제공할 수 있도록하겠습니다.