Статия за електрическото поле
По темата за електрическия заряд беше установено, че еднотипните заряди се отблъскват взаимно, докато различнотипните заряди се привличат. Ако положително зареден обект се доближи до отрицателно зареден обект, двата обекта се привличат един към друг, така че се движат един към друг. Обратно, ако положително зареден обект се доближи до положително зареден обект, тогава двата обекта се отблъскват, така че се отдалечават един от друг. Както беше изучено по темата за закона на Кулон, електрически заредените обекти могат да ускоряват други електрически заредени обекти, защото между тези електрически заредени обекти действа електрическа сила. Електрическата сила, която се упражнява от електрически зареден обект върху други електрически заредени обекти, е един пример за сила, която може да действа без контакт. Друг пример за сила, която може да действа на разстояние, е силата на гравитацията . Гравитационната сила се упражнява от обект с маса върху други обекти с маса.
Силата на триене , силата на тягата, нормалната сила са примери за сили, които са лесни за разбиране, защото тези сили действат при контакт. Напротив, електрическата сила е пример за сила, която е трудна за разбиране, защото тази сила може да действа от определено разстояние без допир. За да се разбере електрическата сила, която може да действа от определено разстояние, се появява концепцията за електрическо поле. Концепцията за електрическо поле е разработена от британския учен Майкъл Фарадей (1791-1867).
Определение на електрическото поле (E)
Да предположим, че стъклото първоначално е било електрически неутрално. След като се разтърка с кърпа, стъклената пръчка се зарежда електрически. Когато стъклената пръчка се зарежда електрически, едновременно с това около стъклото се появява електрическо поле. Ако стъклото стане неутрално, едновременно с това електрическото поле изчезва. Следователно, съществуването на електрически заряд (Е) не може да бъде отделено от наличието на електрически заряд. Е не е вид вещество като въздуха, нито е вид вълна, като електромагнитните вълни. Е е нещо, причинено от електрически заряд и влияе на пространството около него, където други електрически заряди усещат само влиянието на Е.
За да се провери дали има електрическо заряд (E) в дадена стая, се приема, че в това пространство има тестов заряд. Тестовият заряд е минимален заряд (Q), така че той създава малко електрическо поле и може да бъде пренебрегнат. Тестовият заряд обаче може да усети влиянието на електрическото поле, генерирано от други електрически заряди. Тестовият заряд се представя само за да се изследва дали има E. Ако в пространството има E,
Тестовият заряд трябва да изпитва електрическата сила, докато ако няма E, тестовият заряд не изпитва електрическата сила.
Погледнете фигурата отстрани.
На фигура 1, зарядът +q1 и зарядът +q2 произвеждат E в околното пространство. Когато тестовият заряд +qo е поставен в точка в пространството, тестовият заряд + qo изпитва електрическа сила. F1 е електрическата сила, която се упражнява от заряда +q1 върху тестовия заряд +qo , а F2 е електрическата сила, упражнявана от заряда +q2 върху тестовия заряд +qo . На фигура 2, когато тестовият заряд се премахне, E остава и не изчезва от тази точка. E1 е електрическо поле, създадено от електрически заряд +q1 , а E2 е E, създадено от електрически заряд + q2.
Големината на електрическото поле
Е е векторна величина, където електрическото поле има големина и посока. Големината на Е обикновено се нарича сила на Е. Силата на Е в дадена точка се определя като силата на електричеството, упражнявана от електрически заряд върху положителен тестов заряд, поставен в тази точка, разделена на размера на тестовия заряд.
E = силата на електрическото поле
F = електрическа сила
q = тестов заряд
Единицата за електрическа сила е Нютон, а единицата за електрически заряд е Кулон, така че единицата за E е Нютон / Кулон, съкратено N/C.
Посоката на електрическото поле
На Фигура 1а, положителен електрически заряд (+Q) упражнява електрическа сила върху положителния тестов заряд (+q), където посоката на електрическата сила (F) е в противоположна посока от заряда на +Q.
На Фигура 1b, когато тестовият заряд е премахнат, в тази точка има електрическо поле (E), чиято посока е противоположна на електрическия заряд Q.
На Фигура 2а, отрицателен електрически заряд (-Q) упражнява електрическа сила в положителен тестов заряд (+q), където посоката на електрическата сила (F) се приближава към заряда -Q.
На Фигура 2b, когато тестовият заряд е премахнат, в тази точка има електрическо поле (E), чиято посока е близка до електрическия заряд -Q.
Въз основа на фигурата и обяснението по-горе може да се заключи, че посоката на електрическото поле е встрани от положителния електрически заряд и се приближава към отрицателния електрически заряд.
Линии за електрическо поле
Е се генерира от електрически заряд и влияе върху пространството около електрическия заряд, където влиянието на Е се усеща само от други електрически заряди. Когато друг електрически заряд се намира в Е, генерирано от електрически заряд, друг електрически заряд усеща влиянието на електрическа сила.
Разбирането на електрическото поле по-горе, както е описано в статията за електрическото поле (Е), може да се осъществи с ума, но може да се представи само в ума. За да се визуализира Е, се представят линии на електрическото поле. Линиите на електрическото поле са набор от линии, начертани около електрически заряд, за да се покаже съществуването на електрическо поле. Тъй като целта е да се покаже наличието на Е, съществува връзка между тези линии с Е. С други думи, величината и посоката на Е могат да се обяснят чрез начертаване на линии на електрическото поле.
Следва връзката между посоката и силата на електрическото поле с линиите на електрическото поле:
Първо, посоката на E се отдалечава от положителния заряд и се приближава към отрицателния заряд. По този начин посоката на линиите на електрическото поле също е встрани от положителния заряд и се приближава към отрицателния заряд.
Ако положителният заряд е в съседство с отрицателния заряд, линиите на електрическото поле се изтеглят от положителния заряд към отрицателния заряд. Обратно, ако положителен заряд е в съседство с положителен заряд, линиите на електрическото поле се изтеглят от всеки положителен заряд и се отдалечават една от друга.
Второ, силата на електрическото поле се представя от разстоянието между линиите на електрическото поле. Колкото по-близо е разстоянието между линиите на електрическото поле, толкова по-голяма е силата на електрическото поле, а колкото по-голямо е разстоянието между линиите на електрическото поле, толкова по-малка е силата на електрическото поле.
Защо, колкото по-малко е разстоянието между линиите, толкова по-висока е силата на електрическото поле? За да разберем това, разгледайте следното обяснение. Да предположим, че в центъра на сферата има положителен заряд и линиите на електрическото поле се разпростират в различни посоки през повърхността на сферата. Ако броят на линиите на електрическото поле е N, а площта на повърхността на сферата е 4πr² , тогава броят на линиите на единица площ или плътността на линиите е N / 4πr² . Въз основа на тази формула, за едно и също N, ако r стане по-малко, разстоянието между линиите се сближава, а ако r стане по-голямо, разстоянието между линиите се отдалечава.
Формулата за напрегнатостта на електрическото поле E = kq / r² също показва, че напрегнатостта на електрическото поле е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието. Ако r е по-малко, тогава напрегнатостта на електрическото поле става по-силна, а ако r стане по-силна, тогава напрегнатостта на електрическото поле става по-малка.
Въз основа на горния преглед може да се заключи, че ако r намалява (приближавайки се до заряда), силата на електрическото поле се увеличава и разстоянието между линиите също се увеличава. Обратно, ако r става по-изразено (колкото по-далеч от заряда), силата на електрическото поле намалява и разстоянието между линиите също се увеличава.
Трето, броят на E-линиите е пропорционален на силата на електрическото поле. Колкото повече линии на електрическото поле са, толкова по-висока е силата на електрическото поле. Колкото по-малко линии на електрическото поле са, толкова по-малка е силата на електрическото поле.
