Članak o električnom polju
Što se tiče električnog naboja, naučeno je da se istovrsni naboji odbijaju, dok se različiti naboji privlače. Ako se pozitivno nabijeni objekt približi negativno nabijenom objektu, dva objekta se privlače tako da se kreću jedan prema drugome. Obrnuto, ako se pozitivno nabijeni objekt približi pozitivno nabijenom objektu, tada se dva objekta odbijaju tako da se udaljavaju jedan od drugoga. Kao što je proučavano na temu Coulombovog zakona, električno nabijeni objekti mogu ubrzavati druge električno nabijene objekte jer postoji električna sila koja djeluje između tih električno nabijenih objekata. Električna sila koju električno nabijeni objekt vrši na druge električno nabijene objekte jedan je primjer sile koja može djelovati bez kontakta. Drugi primjer sile koja može djelovati na udaljenosti je sila gravitacije . Gravitacijska sila se vrši od tijela mase na druga tijela mase.
Sila trenja , sila potiska, normalna sila primjeri su sila koje je lako razumjeti jer djeluju kada dođe do kontakta. Naprotiv, električna sila primjer je sile koju je teško razumjeti jer može djelovati s određene udaljenosti bez dodira. Kako bi se razumjela električna sila koja može djelovati s određene udaljenosti, pojavljuje se koncept električnog polja. Koncept električnog polja razvio je britanski znanstvenik Michael Faraday (1791.-1867.).
Definicija električnog polja (E)
Pretpostavimo da je staklo u početku bilo električno neutralno. Nakon što se protrlja krpom, stakleni štapić postaje električno nabijen. Kada se stakleni štapić nabije, istovremeno se oko stakla pojavljuje električno polje. Ako staklo postane neutralno, istovremeno električno polje nestaje. Dakle, postojanje električnog naboja ne može se odvojiti od prisutnosti električnog naboja. Naboj nije vrsta tvari poput zraka niti vrsta vala, poput elektromagnetskih valova. Naboj je nešto što uzrokuje električni naboj i utječe na prostor oko električnog naboja, gdje drugi električni naboji osjećaju samo utjecaj naboja.
Kako bi se provjerilo postoji li E u prostoriji, pretpostavlja se da se u tom prostoru nalazi probni naboj. Probni naboj je minimalni naboj (Q) tako da naboj stvara električno polje koje je malo, pa se može zanemariti. Međutim, probni naboj može osjetiti utjecaj električnog polja koje generiraju drugi električni naboji. Probni naboj se prikazuje samo kako bi se istražilo postoji li E. Ako se u prostoru nalazi E,
Probni naboj mora osjetiti električnu silu, dok ako nema E, probni naboj ne osjeća električnu silu.
Pogledajte figuru sa strane.
Na slici 1, naboj +q1 i naboj +q2 proizvode E u okolnom prostoru. Kada se probni naboj +qo postavi u točku u prostoru, na probni naboj + qo djeluje električna sila. F1 je električna sila kojom naboj +q1 djeluje na probni naboj + qo , a F2 je električna sila kojom naboj +q2 djeluje na probni naboj +qo . Na slici 2, kada se probni naboj ukloni, E ostaje i ne nestaje iz te točke. E1 je električno polje koje proizvodi električni naboj +q1 , a E2 je E koje proizvodi električni naboj + q2.
Veličina električnog polja
E je vektorska veličina, gdje električno polje ima magnitudu i smjer. Magnituda E obično se naziva jakost E. Jakost E u nekoj točki definirana je kao sila elektriciteta koju električni naboj djeluje na pozitivni probni naboj postavljen u toj točki, podijeljena s veličinom probnog naboja.
E = jakost električnog polja
F = električna sila
q = probni naboj
Jedinica za električnu silu je Newton, a jedinica za električni naboj je Coulomb, tako da je jedinica za E Newton / Coulomb, skraćeno N/C.
Smjer električnog polja
Na slici 1a, pozitivni električni naboj (+Q) djeluje električnom silom na pozitivni probni naboj (+q), gdje je smjer električne sile (F) od naboja +Q.
Na slici 1b, kada se ukloni testni naboj, u toj točki postoji električno polje (E) čiji je smjer suprotan od električnog naboja Q.
Na slici 2a, negativni električni naboj (-Q) djeluje električnom silom u pozitivnom probnom naboju (+q), gdje se smjer električne sile (F) približava naboju -Q.
Na slici 2b, kada se ukloni testni naboj, u toj točki postoji električno polje (E) čiji je smjer blizak električnom naboju -Q.
Na temelju gornje slike i objašnjenja može se zaključiti da je smjer električnog polja od pozitivnog električnog naboja, a približava se negativnom električnom naboju.
Vodovi električnog polja
Električni naboj generira električni naboj i utječe na prostor oko električnog naboja, gdje utjecaj električnog naboja osjećaju samo drugi električni naboji. Kada se drugi električni naboj nalazi u električnom naboju generiranom električnim nabojem, drugi električni naboj osjeća utjecaj električne sile.
Razumijevanje električnog polja gore, kako je opisano u članku o naboju E, može se ostvariti umom, ali se može samo zamisliti u umu. Za vizualizaciju naboja E, prikazane su linije električnog polja. Linije električnog polja su skup linija nacrtanih oko električnog naboja kako bi se ukazalo na postojanje električnog polja. Budući da cilj pokazuje prisutnost naboja E, postoji veza između tih linija s nabojem E. Drugim riječima, veličina i smjer naboja E mogu se objasniti crtanjem linija električnog polja.
Slijedeći je odnos između smjera i jakosti električnog polja s linijama električnog polja:
Prvo, smjer E se udaljava od pozitivnog naboja i približava se negativnom naboju. Dakle, smjer linija električnog polja također je udaljen od pozitivnog naboja i približava se negativnom naboju.
Ako je pozitivni naboj uz negativni naboj, linije električnog polja povlače se od pozitivnog naboja prema negativnom naboju. Obrnuto, ako je pozitivni naboj uz pozitivni naboj, linije električnog polja povlače se od svakog pozitivnog naboja i udaljavaju se jedna od druge.
Drugo, jakost električnog polja predstavljena je udaljenošću između linija električnog polja. Što je udaljenost između linija električnog polja manja, to je jakost električnog polja veća, a što je udaljenost između linija električnog polja veća, to je jakost električnog polja manja.
Zašto je, što je manja udaljenost između linija, to je veća jakost električnog polja? Da bismo to razumjeli, pogledajte sljedeće objašnjenje. Pretpostavimo da se pozitivni naboj nalazi u središtu sfere i da se linije električnog polja šire u različitim smjerovima kroz površinu sfere. Ako je broj linija električnog polja N, a površina sfere 4πr² , tada je broj linija po jedinici površine ili gustoća linija N / 4πr² . Na temelju ove formule, za isti N, ako se r smanji, udaljenost između linija se približava, a ako se r poveća, udaljenost između linija se udaljava.
Formula za jakost električnog polja E = kq / r² također pokazuje da je jakost električnog polja obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti. Ako je r manje, tada jakost električnog polja postaje izraženija, a ako r postane izraženije, tada se jakost električnog polja smanjuje.
Na temelju gornjeg pregleda može se zaključiti da ako se r smanjuje (približavamo se naboju), jakost električnog polja se povećava, a udaljenost između linija se također povećava. Suprotno tome, ako r postaje istaknutiji (što smo dalje od naboja), jakost električnog polja se smanjuje, a udaljenost između linija se također povećava.
Treće, broj E linija proporcionalan je jakosti električnog polja. Što je više linija električnog polja, to je jakost električnog polja veća. Što je manje linija električnog polja, to je jakost električnog polja manja.
