Artikolo pri la elektra kampo
Pri la temo de la elektra ŝargo, oni lernis, ke similaj ŝargoj forpuŝas unu la alian, dum malsamaj ŝargoj altiras unu la alian. Se pozitive ŝargita objekto estas alportita proksimen al negative ŝargita objekto, la du objektoj tiras unu la alian tiel ke ili moviĝas unu al la alia. Male, se pozitive ŝargita objekto estas alportita proksimen al pozitive ŝargita objekto, tiam la du objektoj forpuŝas unu la alian tiel ke ili moviĝas for de unu la alia. Kiel studite pri la temo de la leĝo de Kulombo, elektre ŝargitaj objektoj povas akceli aliajn elektre ŝargitajn objektojn ĉar ekzistas elektra forto aganta inter ĉi tiuj elektre ŝargitaj objektoj. La elektra forto, kiun elektre ŝargita objekto penas sur aliajn elektre ŝargitajn objektojn, estas unu ekzemplo de forto, kiu povas agi sen kontakto. Alia ekzemplo de forto, kiu povas agi je distanco, estas la forto de gravito . La gravita forto estas penita de masa objekto sur aliajn masajn objektojn.
Frotforto , puŝforto, normala forto estas ekzemploj de fortoj facile kompreneblaj, ĉar ĉi tiuj fortoj funkcias kiam kontakto okazas. Male, la elektra forto estas ekzemplo de forto malfacile komprenebla, ĉar ĉi tiu forto povas funkcii de certa distanco sen tuŝo. Por kompreni la elektran forton, kiu povas agi de certa distanco, aperas la koncepto de elektra kampo. La koncepton de elektra kampo disvolvis la brita sciencisto Michael Faraday (1791-1867).
Difino de la elektra kampo (E)
Supozu, ke vitro komence estis elektre neŭtrala. Post frotado per tuko, la vitra stango elektre ŝarĝiĝas. Kiam la vitra stango elektre ŝarĝiĝas, samtempe aperas elektra kampo ĉirkaŭ la vitro. Se la vitro fariĝas neŭtrala, samtempe la elektra kampo malaperas. Do, la ekzisto de E ne povas esti apartigita de la ĉeesto de elektra ŝargo. E ne estas speco de substanco kiel aero kaj ne speco de ondo, kiel elektromagnetaj ondoj. E estas io kaŭzita de elektra ŝargo kaj influas la spacon ĉirkaŭ elektra ŝargo, dum aliaj elektraj ŝargoj nur sentas la influon de E.
Por testi ĉu estas E en ĉambro, oni supozas, ke estas testa ŝargo en tiu spaco. La testa ŝargo estas minimuma ŝargo (Q), tiel ke la ŝargo produktas elektran kampon, kiu estas eta, do ĝi povas esti ignorata. Tamen, la testa ŝargo povas senti la influon de la elektra kampo generita de aliaj elektraj ŝargoj. La testa ŝargo estas prezentita nur por esplori ĉu estas E. Se estas E en la spaco,
la testŝargo devas sperti la elektran forton, dum se ne ekzistas E, la testŝargo ne spertas la elektran forton.
Rigardu la figuron flanke.
En figuro 1, la ŝargo +q₁ kaj la ŝargo +q₂ produktas E-on en la ĉirkaŭa spaco. Kiam la testŝargo +q₂ estas metita je punkto en la spaco, la testŝargo +q₂ spertas la elektran forton. F₁ estas la elektra forto, kiun penas la ŝargo +q₁ sur la testŝargo +q₂ , kaj F₂ estas la elektra forto penita de la ŝargo +q₂ sur la testŝargo +q₂ . En Figuro 2, kiam la testŝargo estas forigita, la E restas kaj ne malaperas de tiu punkto. E₁ estas elektra kampo produktita de elektra ŝargo +q₁ , kaj E₂ estas E produktita de elektra ŝargo + q₂.
La grandeco de la elektra kampo
La E estas vektora kvanto, kie la elektra kampo havas magnitudon kaj direkton. La magnitudo de E estas kutime nomata E-forto. La forto de la E ĉe punkto estas difinita kiel la forto de elektro penita de elektra ŝargo sur pozitiva testŝargo metita ĉe tiu punkto, dividita per la grandeco de la testŝargo.
E = elektra kampa forto
F = elektra forto
q = testŝargo
La unuo de la elektra forto estas Neŭtono, kaj la unuo de la elektra ŝargo estas Kulombo, tiel ke la unuo de la E estas Neŭtono / Kulombo, mallongigita kiel N/C.
La direkto de la elektra kampo
En Figuro 1a, pozitiva elektra ŝargo (+Q) penas la elektran forton sur la pozitivan testŝargon (+q), kie la direkto de la elektra forto (F) estas for de la ŝargo de +Q.
En Figuro 1b, kiam la testŝargo estas forigita, ĉe tiu punkto ekzistas elektra kampo (E) kies direkto estas for de la elektra ŝargo Q.
En Figuro 2a, negativa elektra ŝargo (-Q) penas la elektran forton en pozitiva testŝargo (+q), kie la direkto de la elektra forto (F) alproksimiĝas al la ŝargo -Q.
En Figuro 2b, kiam la testŝargo estas forigita, ĉe tiu ĉi punkto ekzistas elektra kampo (E) kies direkto estas proksima al la elektra ŝargo -Q.
Surbaze de la figuro kaj klarigo supre, oni povas konkludi, ke la direkto de la elektra kampo estas for de la pozitiva elektra ŝargo kaj alproksimiĝas al la negativa elektra ŝargo.
Linioj de elektra kampo
La E estas generita de elektra ŝargo kaj influas la spacon ĉirkaŭ la elektra ŝargo, kie la influo de la E estas sentita nur de aliaj elektraj ŝargoj. Kiam alia elektra ŝargo estas en la E generita de elektra ŝargo, alia elektra ŝargo sentas la influon de elektra forto.
Kompreni la elektran kampon supre, kiel priskribite en la artikolo pri la E, povas esti realigita per la menso sed povas esti nur imagita en la menso. Por bildigi E-on, elektraj kampolinioj estas prezentitaj. Elektraj kampolinioj estas aro da linioj desegnitaj ĉirkaŭ elektra ŝargo por indiki la ekziston de elektra kampo. Ĉar ĝi celas montri la ĉeeston de E, ekzistas ligo inter ĉi tiuj linioj kun E. Alivorte, la grando kaj direkto de la E povas esti klarigitaj per desegnado de elektraj kampolinioj.
Jen la rilato inter direkto kaj intenseco de la elektra kampo kun linioj de la elektra kampo:
Unue, la direkto de la E moviĝas for de la pozitiva ŝargo kaj alproksimiĝas al la negativa ŝargo. Tiel, la direkto de la elektraj kampolinioj ankaŭ estas for de la pozitiva ŝargo kaj alproksimiĝas al la negativa ŝargo.
Se la pozitiva ŝargo estas apud la negativa ŝargo, la elektraj kampolinioj estas tiritaj el la pozitiva ŝargo al la negativa ŝargo. Male, se pozitiva ŝargo estas apud pozitiva ŝargo, la elektraj kampolinioj estas tiritaj el ĉiu pozitiva ŝargo kaj for unu de la alia.
Due, la intenseco de la elektra kampo estas reprezentata per la distanco inter la linioj de la elektra kampo. Ju pli proksima estas la distanco inter la linioj de la elektra kampo, des pli alta estas la intenseco de la elektra kampo, kaj ju pli malproksima estas la distanco inter la linioj de la elektra kampo, des pli malgranda estas la intenseco de la elektra kampo.
Kial ju pli proksima la distanco inter la linioj, des pli alta la intenseco de la elektra kampa? Por kompreni tion, rigardu la jenan klarigon. Supozu, ke pozitiva ŝargo estas en la centro de la sfero kaj la elektraj kampolinioj disvastiĝas en diversaj direktoj tra la surfaco de la sfero. Se la nombro de elektraj kampolinioj estas N kaj la surfaca areo de la sfero estas 4πr² , tiam la nombro de linioj por surfacunuo aŭ linidenseco estas N / 4πr² . Surbaze de ĉi tiu formulo, por la sama N, se r malpligrandiĝas, la distanco inter la linioj pligrandiĝas, kaj se r pligrandiĝas, la distanco inter la linioj plimalproksimiĝas.
La formulo pri elektra kampa forteco E = kq / r² ankaŭ montras, ke la elektra kampa forteco estas inverse proporcia al la kvadrato de la distanco. Se r estas pli malgranda, tiam la elektra kampa forteco fariĝas pli elstara, kaj se r fariĝas pli elstara, tiam la elektra kampa forteco fariĝas pli malgranda.
Surbaze de la supra recenzo, oni povas konkludi, ke se r malgrandiĝas (ju pli proksime al la ŝargo), la elektra kampa intenseco pligrandiĝas kaj la distanco inter la linioj ankaŭ pliproksimiĝas. Male, se r pli elstaras (ju pli malproksime de la ŝargo), la elektra kampa intenseco malpligrandiĝas kaj la distanco inter la linioj ankaŭ pli malproksimiĝas.
Trie, la nombro de E-linioj estas proporcia al la intenseco de la elektra kampa. Ju pli da elektraj kampolinioj, des pli alta la elektra kampa intenseco. Ju malpli da elektraj kampolinioj, des pli malgranda la elektra kampa intenseco.
