전하

전하(電荷, electric charge)는 전자기장내에서 전기현상을 일으키는 주체적인 원인이다. 특히 공간에 있는 가상의 점이 갖는 전하를 점전하라고 하고, 전하의 양을 전하량(Q)이라고 한다.

전하의 국제단위는 쿨롱이며, 단위기호는 C이다. 1 쿨롱은 매우 큰 단위이며, 약 6.25×10¹⁸개의 전자나 양성자들의 전하량이다. 반대로, 전자 또는 양성자 한 개의 전하량은 1.6021773349 ×10⁻̦¹⁹ 쿨롱이며, 이를 기본 전하라고 부른다.

또한, 전하는 음의 전하와 양의 전하가 있다. (이는 질량과 같이 양의 값만 있는 다른 물리량과 다르다.) 통상적으로 양성자나 양전자 따위의 전하를 양으로, 전자 등의 전하를 음으로 놓는다.

개요

전하는 전기 현상을 일으키는 물질의 물리적 성질이다.

일상 생활에서 쉽게 목격할 수 있는 전기 현상으로 플라스틱 봉을 천에 문질렀을 때 생성되는 각각의 물질이 전기적 성질, 즉 전하를 띠게 되고 이 들 사이에 밀고 당기는 현상을 관측함으로써 그 존재를 확인할 수 있다. 이 때 서로 미는 경우가 있고, 또 서로 당기는 경우도 있어 두 종류의 전하가 있음을 알 수 있다. 프랭클린(B. Franklin, 1706-1790)은 두 종류의 전하를 양(+) 전하와 음(-) 전하라고 이름 지었다.

일상 생활에서 전기 현상을 쉽게 느끼지 못하는 것은 이 두 종류의 전하가 같은 양 만큼 있어 서로의 효과가 상쇄되기 때문이다. 밀리컨(R. Millikan, 1868-1953)은 1909년에 모든 전하는 기본 전하량 의 정수배로 존재한다는 사실을 발견하였다. 한편 자연계의 모든 물질이 원자로 만들어져 있고 이 원자는 중심의 원자핵과 주변의 전자로 구성되어 있다는 것이 알려졌다. 또 원자핵은 전하를 가진 양성자와 전기적으로 중성인 중성자로 구성되어 있다는 점도 알려졌다. 이 때 전자와 양성자는 기본 전하량 e를 갖고 있는데 전자는 음전하(-e)를 양성자는 양전하(+e)를 가진다. 보통의 원자는 같은 수의 양성자와 전자를 갖고 있어 전기적으로 중성을 띤다. 앞의 경우처럼 두 물체를 문지르는 경우 음전하를 띤 많은 수의 전자가 한 쪽에서 다른 쪽으로 움직이고 전자가 많아 진 쪽은 음전하를 전자를 없어진 쪽은 양전하를 띠게 된다.

전하를 띤 입자 사이에 작용하는 힘은 쿨롱의 법칙을 따른다. 쿨롱(C.-A. de Coulomb, 1736-1806)은 자신이 발명한 비틀림 저울을 사용하여 전기를 띤 물체 사이의 전기력에 대한 실험을 수행하였다 (그림 1). 그 결과 두 전하 사이에 작용하는 힘이 두 전하의 거리의 제곱에 반비례하고 두 전하량의 곱에 비례한다는 것과, 음전하-음전하 혹은 양전하-양전하와 같이 같은 종류의 전하는 서로 밀고, 양-음전하와 같이 다른 종류의 전하는 서로 당긴다는 것을 발견하였다. 이 결과를 다음의 식으로 표시 할 수 있다.

F = k ·q₁q₂/r²

여기서 , q₁q는 각각의 전하, k는 쿨롱 상수를 표시한다.

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