Maes Trydanol

Dysgwch hefyd Trafodaeth am Gwestiynau Maes Trydanol Dan Cwestiynau Enghreifftiol Maes Trydan

Er mwyn hwyluso dealltwriaeth o'r grym trydanol a all weithredu o bellter, cyflwynwyd y cysyniad o faes. Datblygwyd y cysyniad o faes trydanol gan y gwyddonydd Prydeinig Michael Faraday (1791–1867).

Dealltwriaeth

Tybiwch fod gwialen wydr yn niwtral yn drydanol i ddechrau. Ar ôl cael ei rhwbio â lliain, mae'r wialen wydr yn dod yn wefr drydanol. Pan fydd y wialen wydr wedi gwefr drydanol, ar yr un pryd mae maes yn ymddangos o amgylch y wialen wydr. Os daw'r wialen wydr yn niwtral, mae'r maes yn diflannu o'r gofod. Felly mae bodolaeth maes yn anwahanadwy o bresenoldeb gwefr drydanol. Nid yw maes trydanol yn fath o sylwedd fel aer nac yn fath o don fel tonnau electromagnetig, ond yn hytrach yn rhywbeth a gynhyrchir gan wefr drydanol ac sy'n effeithio ar y gofod o amgylch y gwefr drydanol, lle mae ei ddylanwad yn cael ei deimlo gan wefrau trydanol eraill yn unig.

I brofi a oes maes mewn gofod, tybir bod un llwyth prawf yn y gofod hwnnw. Mae'r gwefr brawf yn wefr (Q) sydd mor fach iawn fel ei bod yn cynhyrchu maes bach iawn ac felly gellir ei hanwybyddu. Fodd bynnag, gall y wefr brawf deimlo dylanwad y maes a gynhyrchir gan wefrau trydanol eraill. Dim ond i ymchwilio a oes maes trydanol yn bodoli y mae'r wefr brawf yn bresennol. Os oes un, bydd y wefr brawf yn sicr o brofi dylanwad ar ffurf grym trydanol i'r gwrthwyneb, os nad yw yno, ni fydd y tâl prawf yn cael ei brofi grym trydanol.

Edrychwch ar y llun ar yr ochr.
Yn ffigur 1, y gwefr +q₁ a gwefr +q₂ yn cynhyrchu maes trydan yn y gofod cyfagos. Pan osodir gwefr brawf +q_o mewn pwynt yn y gofod, y gwefr brawf +q_o yn profi grym trydanol. F₁ yw'r grym trydanol a roddir gan y gwefr +q₁ ar wefr prawf +q_o ac F₂ yw'r grym trydanol a roddir gan y gwefr +q₂ ar wefr prawf +q_oYn ffigur 2, pan gaiff y gwefr brawf ei thynnu, mae'r maes yn aros ac nid yw'n diflannu o'r pwynt hwnnw. E₁ yw'r maes a gynhyrchir gan wefr drydanol +q₁ ac E₂ yw'r maes a gynhyrchir gan wefr drydanol +q₂.

Cryfder y maes

Mae maes trydan yn faint fector, sydd â maint a chyfeiriad. Diffinnir cryfder y maes trydan mewn pwynt fel y grym trydanol a roddir gan wefr drydanol ar wefr brawf bositif a osodir yn y pwynt hwnnw, wedi'i rannu â maint y wefr brawf.
Gwybodaeth:
E = cryfder y maes
F = grym trydanol
q = maint y tâl prawf
Gwybodaeth:
Q = gwefr drydanol
r = pellter rhwng y gwefr drydanol a'r gwefr brawf
(darllenwch: epsilon sero) = trydanedd gofod gwag = 8,854 x 10^12- C²/Nm²
k = cysonyn Coulomb = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Newton yw uned grym trydanol a Coulomb yw uned gwefr drydanol felly Newton/Coulomb yw uned maes, wedi'i dalfyru'n N/C.

Arah

 
Edrychwch ar y llun ar yr ochr
Ymlaen Ffigur 1a, mae gwefr drydanol bositif (+Q) yn rhoi grym trydanol ar wefr brawf bositif (+q), lle mae cyfeiriad y grym trydanol (F) i ffwrdd o'r gwefr +Q.
Ymlaen Ffigur 1b, pan gaiff y gwefr brawf ei thynnu, yn y pwynt hwnnw mae maes (E) y mae ei gyfeiriad i ffwrdd o'r gwefr drydanol Q.
Ymlaen Ffigur 2a, mae gwefr drydanol negatif (-Q) yn rhoi grym trydanol ar wefr brawf bositif (+q), lle mae cyfeiriad y grym trydanol (F) yn agosáu at y wefr -Q.
Ymlaen Ffigur 2b, pan gaiff y gwefr brawf ei thynnu, yn y pwynt hwnnw mae maes (E) y mae ei gyfeiriad yn agos at y gwefr drydanol -Q.
Yn seiliedig ar y ddelwedd a'r esboniad uchod, gellir dod i'r casgliad bod cyfeiriad y maes i ffwrdd o'r gwefr drydanol bositif ac tuag at y gwefr drydanol negatif.

Enghraifft o broblemau

1. Mae pwynt A wedi'i leoli mewn maes trydanol. Cryfder y maes trydanol ym mhwynt A yw 0,4 N/C. Os rhoddir gwrthrych â gwefr o 0,2 C ym mhwynt A, bydd grym Coulomb o...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
Dwyrain 0,8 Gogledd
Trafodaeth:
Mae'n hysbys :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
Gofynnwyd :
Grym trydanol?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Yr ateb cywir yw E.

2. Pwynt wedi'i wefru q mae ym mhwynt A yn y maes trydanol a gynhyrchir gan y gwefr (+) fel ei fod yn profi grym o 0,1 N i gyfeiriad y gwefr q. Os yw cryfder y maes ym mhwynt A yn 0,02 N/C, yna maint a math y gwefr q yw...
A. 5,0 C, positif
B. 5,0 C, negatif
C. 4,0 C, positif
D. 2,5 C, negatif
E. 2,5 C, positif
Trafodaeth:
Mae'n hysbys :
F = 0,1N
E = 0,02 N/C
Gofynnwyd :
Beth yw maint a chyfeiriad y gwefr q?
Jawab :
Maint y gwefr q:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Math o wefr q:
Mae cyfeiriad grym Coulomb tuag at y gwefr q felly rhaid i'r gwefr q fod â gwerth positif.