Električno polje

Također naučite Rasprava o pitanjima električnog polja Dan Primjeri pitanja o električnom polju

Kako bi se olakšalo razumijevanje električne sile koja može djelovati na daljinu, uveden je koncept polja. Koncept električnog polja razvio je britanski znanstvenik Michael Faraday (1791. – 1867.).

Pengertian

Pretpostavimo da je stakleni štapić u početku električno neutralan. Nakon što se protrlja krpom, stakleni štapić postaje električno nabijen. Kada je stakleni štapić električni naboj, istovremeno se oko staklenog štapića pojavljuje polje. Ako stakleni štapić postane neutralan, polje nestaje iz prostora. Dakle, postojanje polja je neodvojivo od prisutnosti električnog naboja. Električno polje nije vrsta tvari poput zraka ili vrsta vala poput elektromagnetskih valova, već nešto što generira električni naboj i utječe na prostor oko električnog naboja, gdje njegov utjecaj osjećaju samo drugi električni naboji.

Da bi se provjerilo postoji li polje u prostoru, pretpostavlja se da postoji jedno probno opterećenje u tom prostoru. Probni naboj je naboj (Q) koji je toliko malen da stvara vrlo malo polje i stoga se može zanemariti. Međutim, probni naboj može osjetiti utjecaj polja koje generiraju drugi električni naboji. Probni naboj prisutan je samo kako bi se istražilo postoji li električno polje. Ako postoji, probni naboj će definitivno iskusiti utjecaj u obliku električna sila obrnuto, ako ga nema, testni naboj se neće osjetiti električna sila.

Pogledajte sliku sa strane.
Na slici 1, naboj +q₁ i naboj +q₂ proizvodi električno polje u okolnom prostoru. Kada se postavi probni naboj +q_o u točki u prostoru, probni naboj +q_o osjeća električnu silu. F₁ je električna sila koju vrši naboj +q₁ pri probnom naboju +q_o i F₂ je električna sila koju vrši naboj +q₂ pri probnom naboju +q_oNa slici 2, kada se ukloni testni naboj, polje ostaje i ne nestaje od te točke. E₁ je polje koje proizvodi električni naboj +q₁ i E₂ je polje koje proizvodi električni naboj +q₂.

Jačina polja

Električno polje je vektorska veličina koja ima i magnitudu i smjer. Jakost električnog polja u nekoj točki definirana je kao električna sila kojom električni naboj djeluje na pozitivni probni naboj smješten u toj točki, podijeljena s magnitudom probnog naboja.
Informacije:
E = jakost polja
F = električna sila
q = veličina probnog naboja
Informacije:
Q = električni naboj
r = udaljenost između električnog naboja i testnog naboja
(čitaj: epsilon nula) = permitivnost praznog prostora = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulombova konstanta = 9 x 10⁹ nm²/C²

Jedinica za električnu silu je Newton, a jedinica za električni naboj je Coulomb, pa je jedinica za polje Newton/Coulomb, skraćeno N/C.

Arah

 
Pogledajte sliku sa strane
Na Slika 1a, pozitivni električni naboj (+Q) djeluje električnom silom na pozitivni probni naboj (+q), gdje je smjer električne sile (F) od naboja +Q.
Na Slika 1b, kada se probni naboj ukloni, u toj točki postoji polje (E) čiji je smjer suprotan od električnog naboja Q.
Na Slika 2a, negativni električni naboj (-Q) djeluje električnom silom na pozitivni probni naboj (+q), gdje se smjer električne sile (F) približava naboju -Q.
Na Slika 2b, kada se probni naboj ukloni, u toj točki postoji polje (E) čiji je smjer blizak električnom naboju -Q.
Na temelju gornje slike i objašnjenja može se zaključiti da je smjer polja od pozitivnog električnog naboja prema negativnom električnom naboju.

Primjer problema

1. Točka A se nalazi u električnom polju. Jakost električnog polja u točki A iznosi 0,4 N/C. Ako se objekt s nabojem od 0,2 C postavi u točku A, na njega će djelovati Coulombova sila...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
I. 0,8 N
Rasprava:
Poznato je :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 °C
Pitao :
Električna sila?
Jawab :
F = q E = (0,2 °C)(4 N/C) = 0,8 N
Točan odgovor je E.

2. Nabijena točka q nalazi se u točki A u električnom polju koje generira naboj (+) tako da na njega djeluje sila od 0,1 N u smjeru prema naboju q. Ako je jakost polja u točki A 0,02 N/C, tada su veličina i vrsta naboja q...
A. 5,0 °C, pozitivno
B. 5,0 °C, negativno
C. 4,0 C, pozitivno
D. 2,5 °C, negativno
E. 2,5°C, pozitivno
Rasprava:
Poznato je :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Pitao :
Kolika je veličina i smjer naboja q?
Jawab :
Veličina naboja q:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Vrsta naboja q:
Smjer Coulombove sile je prema naboju q pa naboj q mora imati pozitivnu vrijednost.