Elektrisk felt

Lær også Diskussion af spørgsmål om elektriske felter dan Eksempelspørgsmål om elektriske felter

For at lette forståelsen af ​​den elektriske kraft, der kan virke på afstand, blev begrebet om et felt introduceret. Begrebet om et elektrisk felt blev udviklet af den britiske videnskabsmand Michael Faraday (1791-1867).

Definition

Antag, at en glasstav oprindeligt er elektrisk neutral. Efter at være blevet gnidet med en klud, bliver glasstavlen elektrisk ladet. Når glasstavlen har elektrisk ladning, samtidig opstår der et felt omkring glasstangen. Hvis glasstangen bliver neutral, forsvinder feltet fra rummet. Så eksistensen af ​​et felt er uadskillelig fra tilstedeværelsen af ​​en elektrisk ladning. Et elektrisk felt er ikke en type stof som luft eller en type bølge som elektromagnetiske bølger, men snarere noget, der genereres af en elektrisk ladning og påvirker rummet omkring den elektriske ladning, hvor dets indflydelse kun mærkes af andre elektriske ladninger.

For at teste om der er et felt i et rum, antages det, at der er et testbelastning i det rum. Testladningen er en ladning (Q), der er så lille, at den producerer et meget lille felt og derfor kan ignoreres. Testladningen kan dog mærke påvirkningen af ​​det felt, der genereres af andre elektriske ladninger. Testladningen er kun til stede for at undersøge, om der findes et elektrisk felt. Hvis der er et, vil testladningen helt sikkert opleve en påvirkning i form af elektrisk kraft Omvendt, hvis den ikke er der, vil testladningen ikke opleves elektrisk kraft.

Se på billedet på siden.
I figur 1 er ladningen +q₁ og ladning +q₂ producerer et elektrisk felt i det omgivende rum. Når en testladning +q placeres_o på et punkt i rummet, testladningen +q_o oplever elektrisk kraft. F₁ er den elektriske kraft, der udøves af ladningen +q₁ ved testladning +q_o og F₂ er den elektriske kraft, der udøves af ladningen +q₂ ved testladning +q_oI figur 2, når testladningen fjernes, forbliver feltet og forsvinder ikke fra det punkt. E₁ er feltet produceret af en elektrisk ladning +q₁ og E₂ er feltet produceret af en elektrisk ladning +q₂.

Feltstyrke

Et elektrisk felt er en vektorstørrelse, der har både størrelse og retning. Den elektriske feltstyrke i et punkt er defineret som den elektriske kraft, der udøves af en elektrisk ladning på en positiv testladning placeret i det punkt, divideret med størrelsen af ​​testladningen.
Information :
E = feltstyrke
F = elektrisk kraft
q = størrelsen af ​​testladningen
Information :
Q = elektrisk ladning
r = afstand mellem elektrisk ladning og testladning
(læs: epsilon nul) = permittiviteten af ​​det tomme rum = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulomb-konstant = 9 x 10⁹ nm²/C²

Enheden for elektrisk kraft er Newton, og enheden for elektrisk ladning er Coulomb, så enheden for felt er Newton/Coulomb, forkortet N/C.

arah

 
Se på billedet på siden
På Figur 1a, en positiv elektrisk ladning (+Q) udøver en elektrisk kraft på en positiv testladning (+q), hvor retningen af ​​den elektriske kraft (F) er væk fra +Q-ladningen.
På Figur 1b, når testladningen fjernes, er der på det punkt et felt (E), hvis retning er væk fra den elektriske ladning Q.
På Figur 2a, en negativ elektrisk ladning (-Q) udøver en elektrisk kraft på en positiv testladning (+q), hvor retningen af ​​den elektriske kraft (F) nærmer sig -Q-ladningen.
På Figur 2b, når testladningen fjernes, er der på det punkt et felt (E), hvis retning er tæt på den elektriske ladning -Q.
Baseret på billedet og forklaringen ovenfor kan det konkluderes, at feltets retning er væk fra den positive elektriske ladning og mod den negative elektriske ladning.

Eksempel på soal

1. Punkt A er placeret i et elektrisk felt. Den elektriske feltstyrke ved punkt A er 0,4 N/C. Hvis en genstand med en ladning på 0,2 C placeres ved punkt A, vil en Coulomb-kraft på...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
Ø. 0,8 N
Diskussion:
Det er kendt :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 °C
Spurgte :
Elektrisk kraft?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Det rigtige svar er E.

2. Et opladet punkt q er ved punkt A i det elektriske felt, der genereres af ladningen (+), således at den oplever en kraft på 0,1 N i retning mod ladningen q. Hvis feltstyrken ved punkt A er 0,02 N/C, så er størrelsen og typen af ​​ladning q...
A. 5,0 C, positiv
B. 5,0 C, negativ
C. 4,0 C, positiv
D. 2,5 C, negativ
E. 2,5 C, positiv
Diskussion:
Det er kendt :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Spurgte :
Hvad er størrelsen og retningen af ​​ladningen q?
Jawab :
Størrelsen af ​​ladningen q:
F = q E
q = F/E = 0,1 N: 0,02 N/C = 5C
Opladningstype q:
Coulomb-kraftens retning er mod ladningen q, så ladningen q skal have en positiv værdi.