Tanulj is Elektromos mezővel kapcsolatos kérdések megvitatása dan Elektromos mező példakérdések
A távolról ható elektromos erő megértésének megkönnyítése érdekében bevezették az elektromos mező fogalmát. Az elektromos mező fogalmát a brit tudós, Michael Faraday (1791–1867) dolgozta ki.
Meghatározás
Tegyük fel, hogy egy üvegrúd kezdetben elektromosan semleges. Miután egy ruhával dörzsöljük, az üvegrúd elektromosan töltődik. Amikor az üvegrúd elektromos töltés, ugyanakkor egy mező jelenik meg az üvegrúd körül. Ha az üvegrúd semlegessé válik, a mező eltűnik a térből. Tehát a mező létezése elválaszthatatlan az elektromos töltés jelenlététől. Az elektromos mező nem egyfajta anyag, mint a levegő, vagy egyfajta hullám, mint az elektromágneses hullámok, hanem valami, amit egy elektromos töltés generál, és amely hatással van az elektromos töltés körüli térre, ahol a hatását csak más elektromos töltések érzik.
Annak teszteléséhez, hogy van-e mező egy térben, feltételezzük, hogy van egy tesztterhelés abban a térben. A teszttöltés egy olyan töltés (Q), amely annyira kicsi, hogy nagyon kis teret hoz létre, ezért figyelmen kívül hagyható. A teszttöltés azonban érezheti más elektromos töltések által generált tér hatását. A teszttöltés csak azért van jelen, hogy megvizsgálja, létezik-e elektromos tér. Ha van, a teszttöltés mindenképpen hatást fog tapasztalni a következő formában: elektromos erő ellenkezőleg, ha nincs ott, akkor a teszttöltés nem lesz érzékelhető elektromos erő.
Nézd meg az oldalán lévő képet.
Az 1. ábrán a töltés +q1 és töltés +q2 elektromos mezőt hoz létre a környező térben. Amikor egy +q töltést helyezünk a tesztreo a tér egy pontjában a teszttöltés +qo elektromos erőhatást tapasztal. F1 a töltés +q által kifejtett elektromos erő1 teszttöltésnél +qo és F.2 a töltés +q által kifejtett elektromos erő2 teszttöltésnél +qoA 2. ábrán látható, hogy a teszttöltés eltávolításakor a mező megmarad, és nem tűnik el onnan. E1 az elektromos töltés +q által keltett mező1 és E2 az elektromos töltés +q által keltett mező2.
Térerősség
Az elektromos tér egy vektormennyiség, amelynek nagysága és iránya is van. Egy pontban az elektromos térerősség az adott pontban elhelyezett pozitív teszttöltésre kifejtett elektromos erő és a teszttöltés nagyságának hányadosa.
Információ:
E = térerősség
F = elektromos erő
q = a teszttöltés nagysága
Információ:
Q = elektromos töltés
r = az elektromos töltés és a teszttöltés közötti távolság
(értsd: epszilon nulla) = az üres tér permittivitása = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = Coulomb-állandó = 9 × 109 nm2/C2
Az elektromos erő mértékegysége Newton, az elektromos töltés mértékegysége Coulomb, tehát a térerősség mértékegysége Newton/Coulomb, rövidítve N/C.
Arah
Nézd meg az oldalsó képet
Tovább 1a. ábra, egy pozitív elektromos töltés (+Q) elektromos erőt fejt ki a pozitív teszttöltésre (+q), ahol az elektromos erő (F) iránya a +Q töltéstől elfelé irányul.
Tovább 1b. ábra, amikor a teszttöltést eltávolítjuk, ezen a ponton egy mező (E) keletkezik, amelynek iránya eltér a Q elektromos töltéstől.
Tovább 2a. ábra, egy negatív elektromos töltés (-Q) elektromos erőt fejt ki egy pozitív teszttöltésre (+q), ahol az elektromos erő (F) iránya közeledik a -Q töltéshez.
Tovább 2b. ábra, amikor a teszttöltést eltávolítjuk, ezen a ponton egy mező (E) keletkezik, amelynek iránya közel van a -Q elektromos töltés irányához.
A fenti kép és magyarázat alapján arra lehet következtetni, hogy a mező iránya a pozitív elektromos töltéstől elfelé és a negatív elektromos töltés felé mutat.
Problémákra példa
1. Az A pont elektromos térben található. Az A pontban az elektromos térerősség 0,4 N/C. Ha egy 0,2 C töltésű tárgyat helyezünk az A pontba, akkor egy Coulomb-erő hat rá...
A. 0,2 É
B. 0,4 É
C. 0,6 É
D. 0,7 É
E. 0,8 É
Megbeszélés:
Ismert :
E = 0,4 N/C
q = 0,2°C
Kérdezte :
Elektromos erő?
Jawab :
F = q E = (0,2 °C)(4 N/C) = 0,8 N
A helyes válasz az E.
2. Feltöltött pont q az A pontban van a (+) töltés által generált elektromos térben úgy, hogy 0,1 N erő hat rá a q töltés irányában. Ha az A pontban a térerősség 0,02 N/C, akkor a q töltés nagysága és típusa...
A. 5,0 °C, pozitív
B. 5,0 °C, negatív
C. 4,0 C, pozitív
D. 2,5 °C, negatív
E. 2,5 C, pozitív
Megbeszélés:
Ismert :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Kérdezte :
Mekkora a q töltés nagysága és iránya?
Jawab :
A töltés nagysága q:
F = q E
q = F/E = 0,1 N: 0,02 N/C = 5 C
Töltés típusa q:
A Coulomb-erő iránya a q töltés felé mutat, tehát a q töltésnek pozitív értékűnek kell lennie.
