Članak o električnom polju
Što se tiče električnog naboja, naučeno je da se ista naboja odbijaju, dok se različita naboja privlače. Ako se pozitivno nabijeni objekt približi negativno nabijenom objektu, dva objekta se privlače tako da se kreću jedan prema drugom. Obrnuto, ako se pozitivno nabijeni objekt približi pozitivno nabijenom objektu, tada se dva objekta odbijaju tako da se udaljavaju jedan od drugog. Kao što je proučavano na temu Coulombovog zakona, električno nabijeni objekti mogu ubrzavati druge električno nabijene objekte jer postoji električna sila koja djeluje između tih električno nabijenih objekata. Električna sila koju električno nabijeni objekt vrši na druge električno nabijene objekte je jedan primjer sile koja može djelovati bez kontakta. Drugi primjer sile koja može djelovati na udaljenosti je sila gravitacije . Gravitacijska sila se vrši od objekta mase na druge objekte mase.
Sila trenja , sila potiska, normalna sila su primjeri sila koje je lako razumjeti jer ove sile djeluju kada dođe do kontakta. Naprotiv, električna sila je primjer sile koju je teško razumjeti jer ova sila može djelovati s određene udaljenosti bez dodira. Da bi se razumjela električna sila koja može djelovati s određene udaljenosti, pojavljuje se koncept električnog polja. Koncept električnog polja razvio je britanski naučnik Michael Faraday (1791-1867).
Definicija električnog polja (E)
Pretpostavimo da je staklo u početku bilo električno neutralno. Nakon što se protrlja krpom, stakleni štapić postaje električno nabijen. Kada se stakleni štapić nabije, istovremeno se oko stakla pojavljuje električno polje. Ako staklo postane neutralno, istovremeno električno polje nestaje. Dakle, postojanje električnog naboja (E) ne može se odvojiti od prisustva električnog naboja. E nije vrsta supstance poput zraka niti vrsta vala, poput elektromagnetskih valova. E je nešto što je uzrokovano električnim nabojem i utiče na prostor oko električnog naboja, gdje drugi električni naboji osjećaju samo utjecaj E.
Da bi se testiralo da li postoji E u prostoriji, pretpostavlja se da se u tom prostoru nalazi probni naboj. Probni naboj je minimalni naboj (Q) tako da proizvodi električno polje koje je malo, pa se može zanemariti. Međutim, probni naboj može osjetiti utjecaj električnog polja koje generiraju drugi električni naboji. Probni naboj se prezentira samo da bi se istražilo da li postoji E. Ako postoji E u prostoru,
Probni naboj mora osjetiti električnu silu, dok ako nema E, probni naboj ne osjeća električnu silu.
Pogledajte figuru sa strane.
Na slici 1, naboj +q1 i naboj +q2 proizvode E u okolnom prostoru. Kada se probni naboj +qo postavi u tačku u prostoru, na probni naboj + qo djeluje električna sila. F1 je električna sila koju naboj + q1 djeluje na probni naboj +qo , a F2 je električna sila koju naboj +q2 djeluje na probni naboj +qo . Na slici 2, kada se probni naboj ukloni, E ostaje i ne nestaje iz te tačke. E1 je električno polje koje proizvodi električni naboj +q1 , a E2 je E koje proizvodi električni naboj + q2.
Veličina električnog polja
E je vektorska veličina, gdje električno polje ima magnitudu i smjer. Magnituda E se obično naziva jačina E. Jačina E u nekoj tački se definiše kao sila elektriciteta koju električni naboj djeluje na pozitivni probni naboj postavljen u toj tački, podijeljena s veličinom probnog naboja.
E = jačina električnog polja
F = električna sila
q = probno naelektrisanje
Jedinica za električnu silu je Newton, a jedinica za električni naboj je Coulomb, tako da je jedinica za E Newton / Coulomb, skraćeno N/C.
Smjer električnog polja
Na slici 1a, pozitivno električno naelektrisanje (+Q) djeluje električnom silom na pozitivno probno naelektrisanje (+q), gdje je smjer električne sile (F) od naelektrisanja +Q.
Na slici 1b, kada se ukloni testni naboj, u ovoj tački postoji električno polje (E) čiji je smjer suprotan od električnog naboja Q.
Na slici 2a, negativni električni naboj (-Q) djeluje električnom silom u pozitivnom probnom naboju (+q), gdje se smjer električne sile (F) približava naboju -Q.
Na slici 2b, kada se ukloni probni naboj, u ovoj tački postoji električno polje (E) čiji je smjer blizak električnom naboju -Q.
Na osnovu gornje slike i objašnjenja, može se zaključiti da je smjer električnog polja od pozitivnog električnog naboja, a približava se negativnom električnom naboju.
Vodovi električnog polja
Električno naboje (E) generiraju električni naboji i utječu na prostor oko električnog naboja, gdje utjecaj E osjećaju samo drugi električni naboji. Kada se drugi električni naboj nalazi u E generiranom električnim nabojem, drugi električni naboj osjeća utjecaj električne sile.
Razumijevanje električnog polja iznad, kako je opisano u članku o naboju E, može se ostvariti umom, ali se može samo zamisliti u umu. Da bi se vizualizirao naboj E, predstavljene su linije električnog polja. Linije električnog polja su skup linija nacrtanih oko električnog naboja kako bi se ukazalo na postojanje električnog polja. Budući da cilj pokazuje prisustvo naboja E, postoji veza između ovih linija sa nabojem E. Drugim riječima, veličina i smjer naboja E mogu se objasniti crtanjem linija električnog polja.
Slijedeća je veza između smjera i jačine električnog polja s linijama električnog polja:
Prvo, smjer E se udaljava od pozitivnog naboja i približava se negativnom naboju. Dakle, smjer linija električnog polja je također udaljen od pozitivnog naboja i približava se negativnom naboju.
Ako je pozitivno naelektrisanje pored negativnog naelektrisanja, linije električnog polja se povlače od pozitivnog naelektrisanja ka negativnom naelektrisanju. Obrnuto, ako je pozitivno naelektrisanje pored pozitivnog naelektrisanja, linije električnog polja se povlače od svakog pozitivnog naelektrisanja i udaljavaju se jedna od druge.
Drugo, jačina električnog polja predstavljena je rastojanjem između linija električnog polja. Što je rastojanje između linija električnog polja manje, to je jačina električnog polja veća, a što je rastojanje između linija električnog polja veće, to je jačina električnog polja manja.
Zašto je, što je manja udaljenost između linija, veća jačina električnog polja? Da bismo ovo razumjeli, pogledajte sljedeće objašnjenje. Pretpostavimo da se pozitivno naelektrisanje nalazi u centru sfere i da se linije električnog polja šire u različitim smjerovima kroz površinu sfere. Ako je broj linija električnog polja N, a površina sfere 4πr² , tada je broj linija po jedinici površine ili gustoća linija N / 4πr² . Na osnovu ove formule, za isto N, ako se r smanji, udaljenost između linija se približava, a ako se r poveća, udaljenost između linija se udaljava.
Formula za jačinu električnog polja E = kq / r² također pokazuje da je jačina električnog polja obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti. Ako je r manje, tada jačina električnog polja postaje izraženija, a ako r postane izraženije, tada se jačina električnog polja smanjuje.
Na osnovu gore navedenog, može se zaključiti da ako se r smanjuje (približavamo se naelektrisanju), jačina električnog polja se povećava, a udaljenost između linija se također povećava. Suprotno tome, ako r postaje izraženiji (što smo dalje od naelektrisanja), jačina električnog polja se smanjuje, a udaljenost između linija se također povećava.
Treće, broj E linija je proporcionalan jačini električnog polja. Što je više linija električnog polja, to je jačina električnog polja veća. Što je manje linija električnog polja, to je jačina električnog polja manja.
