Elektriväli

Uurige ka elektrivälja küsimuste arutelu ja elektrivälja küsimuste näiteid.

Elektrilise jõu mõistmise hõlbustamiseks, mis võib toimida kaugel, võeti kasutusele elektrivälja mõiste. Elektrivälja mõiste töötas välja Briti teadlane Michael Faraday (1791–1867).

Mõistmine

Oletame, et klaaspulk on algselt elektriliselt neutraalne. Pärast lapiga hõõrumist laeb klaaspulk elektriliselt. Kui klaaspulgal on elektrilaeng , tekib samaaegselt selle ümber väli. Kui klaaspulk muutub neutraalseks, kaob väli samaaegselt ruumist. Seega on välja olemasolu lahutamatu elektrilaengu olemasolust. Elektriväli ei ole mingi aine tüüp nagu õhk ega mingi laine tüüp nagu elektromagnetlained, vaid midagi, mis tekib elektrilaengu poolt ja mõjutab elektrilaengut ümbritsevat ruumi, kus selle mõju on tunda ainult teiste elektrilaengute poolt.

Selleks, et kontrollida, kas ruumis on välja olemasolu, eeldatakse, et selles ruumis on testlaeng . Testlaeng on laeng (Q), mis on nii väike, et tekitab väga väikese välja ja seda võib seetõttu ignoreerida. Testlaeng võib aga tunda teiste elektrilaengute tekitatud välja mõju. Testlaeng on olemas ainult selleks, et uurida, kas elektriväli eksisteerib. Kui see on olemas, kogeb testlaeng mõju elektrijõu kujul. Vastupidiselt, kui seda ei ole, siis testlaeng elektrijõudu ei koge.

Vaadake küljel olevat pilti.
Joonisel 1 on laeng +q₁ ja laeng +q₂ tekitab ümbritsevas ruumis elektrivälja. Kui testlaeng +q asetatakse_o ruumipunktis testlaeng +q_o elektrilise jõu kogemine. F₁ on laengu +q poolt avaldatav elektriline jõud₁ testlaengu +q juures_o ja F₂ on laengu +q poolt avaldatav elektriline jõud₂ testlaengu +q juures_oJoonisel 2 on näha, et kui testlaeng eemaldatakse, jääb väli püsima ega kao sellest punktist. E₁ on elektrivälja, mille tekitab elektrilaeng +q₁ ja E₂ on elektrivälja, mille tekitab elektrilaeng +q₂.

Väljatugevus

Elektriväli on vektoriaalne suurus, millel on nii suurus kui ka suund. Elektrivälja tugevus punktis on defineeritud kui elektriline jõud, mida elektrilaeng avaldab selles punktis asetatud positiivsele testlaengule, jagatuna testlaengu suurusega.
Teave:
E = väljatugevus
F = elektriline jõud
q = testlaengu suurusjärk
Teave:
Q = elektrilaeng
r = elektrilaengu ja testlaengu vaheline kaugus
(loe: epsilon null) = tühja ruumi läbilaskvus = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulombi konstant = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Elektrijõu ühik on Newton ja elektrilaengu ühik on Coulomb, seega on välja ühik Newton/Coulomb, lühendatult N/C.

arah

 
Vaadake küljel olevat pilti
Peal Joonis 1a, avaldab positiivne elektrilaeng (+Q) positiivsele testlaengule (+q) elektrilist jõudu, kusjuures elektrilise jõu (F) suund on +Q laengust eemale.
Peal Joonis 1b, kui testlaeng eemaldatakse, tekib selles punktis väli (E), mille suund on elektrilaengust Q eemale suunatud.
Peal Joonis 2a, avaldab negatiivne elektrilaeng (-Q) positiivsele testlaengule (+q) elektrilist jõudu, kusjuures elektrilise jõu (F) suund läheneb -Q laengule.
Peal Joonis 2b, kui testlaeng eemaldatakse, tekib selles punktis väli (E), mille suund on lähedane elektrilaengule -Q.
Ülaltoodud pildi ja selgituse põhjal võib järeldada, et välja suund on positiivsest elektrilaengust eemale ja negatiivse elektrilaengu poole.

Probleemide näide

1. Punkt A asub elektriväljas. Elektrivälja tugevus punktis A on 0,4 N/C. Kui punkti A asetada 0,2 C laenguga objekt, siis mõjub sellele Coulombi jõud...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
E. 0,8 N
Arutelu:
On teada :
E = 0,4 °C
q = 0,2 °C
Küsis :
Elektriline jõud?
Jawab :
F = q E = (0,2 °C)(4 N/C) = 0,8 N
Õige vastus on E.

2. Laetud punkt q asub laengu (+) tekitatud elektriväljas punktis A nii, et see kogeb laengu q suunas 0,1 N jõudu. Kui väljatugevus punktis A on 0,02 N/C, siis laengu q suurus ja tüüp on...
A. 5,0 °C, positiivne
B. 5,0 °C, negatiivne
C. 4,0 C, positiivne
D. 2,5 °C, negatiivne
E. 2,5 C, positiivne
Arutelu:
On teada :
F = 0,1 N
E = 0,02 °C
Küsis :
Milline on laengu q suurus ja suund?
Jawab :
Laengu q suurus:
F = q E
q = F/E = 0,1 N: 0,02 N/C = 5C
Laengu tüüp q:
Coulombi jõu suund on laengu q suunas, seega peab laengu q väärtus olema positiivne.