Статия за електрическото поле
По темата за електрическия заряд беше установено, че еднообразните заряди се отблъскват взаимно, докато различнообразните 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 взаимно, 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, упражнявана 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 при... разстояние е сила на гравитациятаГравитационната сила се упражнява от обект с маса върху други обекти с маса.
Сила на триене, сила на тягата, нормална сила са примери за сили, които са лесни за разбиране, защото тези сили действат, когато възникне 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 в дадена стая има E, се приема, че в това пространство има тестов заряд. Тестовият заряд е минимален заряд. (Q) така че зарядът създава електрическо поле, което е малко, така че може да бъде пренебрегнато. 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, упражнявана от заряда +q1 върху тестовия заряд +qo, и Ф2 е електрическата сила, упражнявана от заряда +q2 върху тестовия заряд +qoНа Фигура 2, когато тестовият заряд се премахне, E остава и не изчезва от тази точка. E1 е електрическо поле, създадено от електрически заряд +q1и Е2 е E, произведено 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 на пространството около електрическия заряд, където влиянието на E се усеща само от други електрически заряди. Когато друг електрически заряд се намира в E, генерирано от електрически заряд, друг електрически заряд усеща влиянието на електрична 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 по 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 / 4πr2Въз основа на тази формула, за едно и също N, ако r стане по-малко, разстоянието между линиите се сближава, а ако r стане по-значително, разстоянието между линиите се отдалечава.
Формула за силата на електрическото поле E = kq / r2 също показва, че силата на електрическото поле е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието. Ако r е по-малко, тогава силата на електрическото поле става по-изразена, а ако r стане по-изразена, тогава силата 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.
