Article sobre el camp elèctric
Pel que fa a la càrrega elèctrica, es va aprendre que les càrregues iguals es repel·leixen, mentre que les càrregues diferents s'atreuen. Si un objecte carregat positivament s'acosta a un objecte carregat negativament, els dos objectes s'acosten i s'allunyen l'un de l'altre. Per contra, si un objecte carregat positivament s'acosta a un objecte carregat positivament, els dos objectes es repel·leixen i s'allunyen l'un de l'altre. Tal com s'ha estudiat sobre la llei de Coulomb, els objectes carregats elèctricament poden accelerar altres objectes carregats elèctricament perquè hi ha una força elèctrica que actua entre aquests objectes carregats elèctricament. La força elèctrica que exerceix un objecte carregat elèctricament sobre altres objectes carregats elèctricament és un exemple d'una força que pot actuar sense contacte. Un altre exemple de la força que pot actuar a... distància és el força de gravetatLa força gravitatòria és exercida per un objecte de massa sobre altres objectes de massa.
Força de fricció, la força d'empenta i la força normal són exemples de forces fàcils d'entendre perquè aquestes forces actuen quan es produeix contacte. Per contra, la força elèctrica és un exemple de força difícil d'entendre perquè aquesta força pot actuar des d'una certa distància sense contacte. Per entendre la força elèctrica que pot actuar des d'una certa distància, apareix el concepte de camp elèctric. El concepte de camp elèctric va ser desenvolupat pel científic britànic Michael Faraday (1791-1867).
Definició del camp elèctric (E)
Suposem que un vidre era inicialment elèctricament neutre. Després de fregar-lo amb un drap, la vareta de vidre es carrega elèctricament. Quan la vareta de vidre es carrega elèctricament, al mateix temps, apareix un camp elèctric al voltant del vidre. Si el vidre es torna neutre, al mateix temps el camp elèctric desapareix. Per tant, l'existència d'una E no es pot separar de la presència d'una càrrega elèctrica. L'E no és un tipus de substància com l'aire ni un tipus d'ona, com les ones electromagnètiques. Una E és quelcom causat per una càrrega elèctrica i afecta l'espai al voltant d'una càrrega elèctrica, mentre que altres càrregues elèctriques només senten la influència d'una E.
Per comprovar si hi ha un E en una habitació, se suposa que hi ha una càrrega de prova en aquest espai. La càrrega de prova és una càrrega mínima. (Q) de manera que la càrrega produeix un camp elèctric minúscul, per la qual cosa es pot ignorar. Tanmateix, la càrrega de prova pot sentir la influència del camp elèctric generat per altres càrregues elèctriques. La càrrega de prova es presenta només per investigar si hi ha una E. Si hi ha una E a l'espai,
La càrrega de prova ha d'experimentar la força elèctrica, mentre que si no hi ha E, la càrrega de prova no experimenta la força elèctrica.
Mireu la figura del costat.
A la figura 1, la càrrega +q1 i la càrrega +q2 produir una E a l'espai circumdant. Quan la càrrega de prova +qo es col·loca en un punt de l'espai, la càrrega de prova +qo experimenta la força elèctrica. F1 és la força elèctrica exercida per la càrrega +q1 sobre la càrrega de prova +qo, i F2 és la força elèctrica exercida per la càrrega +q2 sobre la càrrega de prova +qoA la figura 2, quan es retira la càrrega de prova, la E roman i no desapareix des d'aquest punt. E1 és un camp elèctric produït per una càrrega elèctrica +q1, i E2 és una E produïda per una càrrega elèctrica +q2.
La magnitud del camp elèctric
L'E és una quantitat vectorial, on el camp elèctric té una magnitud i una direcció. La magnitud d'una E se sol anomenar força d'E. La força de l'E en un punt es defineix com la força d'electricitat exercida per una càrrega elèctrica sobre una càrrega de prova positiva col·locada en aquest punt, dividida per la mida de la càrrega de prova.
E = intensitat del camp elèctric
F = força elèctrica
q = càrrega de prova
La unitat de la força elèctrica és el Newton i la unitat de la càrrega elèctrica és el Coulomb, de manera que la unitat de l'E és el Newton/Coulomb, abreujat com a N/C.
La direcció del camp elèctric
A la figura 1a, una càrrega elèctrica positiva (+Q) exerceix la força elèctrica sobre la càrrega de prova positiva (+q), on la direcció de la força elèctrica (F) s'oposa a la càrrega de +Q.
A la figura 1b, quan es retira la càrrega de prova, en aquest punt hi ha un camp elèctric (E) la direcció del qual s'oposa a la càrrega elèctrica Q.
A la figura 2a, una càrrega elèctrica negativa (-Q) exerceix la força elèctrica en una càrrega de prova positiva (+q), on la direcció de la força elèctrica (F) s'aproxima a la càrrega -Q.
A la figura 2b, quan es retira la càrrega de prova, en aquest punt hi ha un camp elèctric (E) la direcció del qual és propera a la càrrega elèctrica -Q.
A partir de la figura i l'explicació anteriors, es pot concloure que la direcció del camp elèctric s'allunya de la càrrega elèctrica positiva i s'acosta a la càrrega elèctrica negativa.
Línies de camp elèctric
L'E està generat per un càrrega elèctrica i afecta l'espai que envolta la càrrega elèctrica, on la influència de l'E només es fa sentir per altres càrregues elèctriques. Quan una altra càrrega elèctrica es troba a l'E generada per una càrrega elèctrica, una altra càrrega elèctrica detecta la influència d'una força elèctrica.
La comprensió del camp elèctric anterior, tal com es descriu a l'article sobre l'E, es pot aconseguir amb la ment però només es pot imaginar mentalment. Per visualitzar una E, es presenten línies de camp elèctric. Les línies de camp elèctric són un conjunt de línies dibuixades al voltant d'una càrrega elèctrica per indicar l'existència d'un camp elèctric. Com que pretén mostrar la presència d'una E, hi ha una connexió entre aquestes línies amb una E. En altres paraules, la magnitud i la direcció de l'E es poden explicar dibuixant línies de camp elèctric.
La següent és la relació entre la direcció i la intensitat del camp elèctric amb les línies de camp elèctric:
Primer, la direcció de l'E s'allunya de la càrrega positiva i s'acosta a la càrrega negativa. Per tant, la direcció de les línies de camp elèctric també s'allunya de la càrrega positiva i s'acosta a la càrrega negativa.
Si la càrrega positiva és adjacent a la càrrega negativa, les línies de camp elèctric surten de la càrrega positiva cap a la càrrega negativa. Per contra, si una càrrega positiva és adjacent a una càrrega positiva, les línies de camp elèctric surten de cada càrrega positiva i s'allunyen les unes de les altres.
En segon lloc, la intensitat del camp elèctric es representa per la distància entre les línies del camp elèctric. Com més propera sigui la distància entre les línies del camp elèctric, més alta serà la intensitat del camp elèctric, i com més gran sigui la distància entre les línies del camp elèctric, més petita serà la intensitat del camp elèctric.
Per què, com més petita sigui la distància entre les línies, més alta serà la intensitat del camp elèctric? Per entendre-ho, mireu la següent explicació. Suposem que una càrrega positiva es troba al centre de l'esfera i que les línies del camp elèctric s'estenen en diverses direccions a través de la superfície de l'esfera. Si el nombre de línies de camp elèctric és N i la superfície de l'esfera és 4πr2, aleshores el nombre de línies per unitat de superfície o densitat de línies és N / 4πr2Segons aquesta fórmula, per a la mateixa N, si r es fa més petit, la distància entre les línies s'acosta i si r es fa més significatiu, la distància entre les línies s'allunya.
La fórmula de la intensitat del camp elèctric E = kq / r2 també mostra que la intensitat del camp elèctric és inversament proporcional al quadrat de la distància. Si r és més petit, la intensitat del camp elèctric es fa més prominent, i si r es fa més prominent, la intensitat del camp elèctric es fa més petita.
Basant-nos en la revisió anterior, es pot concloure que si r es fa més petita (acostant-se a la càrrega), la intensitat del camp elèctric es fa més gran i la distància entre les línies també s'acosta. Per contra, si r es fa més prominent (com més lluny de la càrrega), la intensitat del camp elèctric es fa més petita i la distància entre les línies també s'allunya.
En tercer lloc, el nombre de línies E és proporcional a la intensitat del camp elèctric. Com més línies de camp elèctric, més alta serà la intensitat del camp elèctric. Com menys línies de camp elèctric, més petita serà la intensitat del camp elèctric.
