Straipsnis apie elektrinį lauką
Kalbant apie elektros krūvį, buvo sužinota, kad panašūs krūviai vienas kitą stumia, o skirtingi krūviai – traukia. Jei teigiamai įkrautas objektas priartinamas prie neigiamai įkrauto objekto, jie traukiasi vienas kito link. Ir atvirkščiai, jei teigiamai įkrautas objektas priartinamas prie teigiamai įkrauto objekto, jie stumia vienas kitą ir tolsta vienas nuo kito. Studijuojant Kulono dėsnį, elektra įkrauti objektai gali greitinti kitus elektra įkrautus objektus, nes tarp šių elektra įkrautų objektų veikia elektrinė jėga. Elektrinė jėga, kuria vienas elektra įkrautas objektas veikia kitus elektra įkrautus objektus, yra vienas iš jėgos, galinčios veikti be sąlyčio, pavyzdžių. Kitas jėgos, galinčios veikti per atstumą, pavyzdys yra gravitacijos jėga . Gravitacinę jėgą masės objektas veikia kitus masės objektus.
Trinties jėga , stūmos jėga, normalioji jėga yra lengvai suprantamų jėgų pavyzdžiai, nes šios jėgos veikia kontakto metu. Priešingai, elektros jėga yra sunkiai suprantamos jėgos pavyzdys, nes ši jėga gali veikti iš tam tikro atstumo be prisilietimo. Norint suprasti elektros jėgą, kuri gali veikti iš tam tikro atstumo, atsiranda elektrinio lauko sąvoka. Elektrinio lauko sąvoką sukūrė britų mokslininkas Michaelas Faradėjus (1791–1867).
Elektrinio lauko (E) apibrėžimas
Tarkime, kad stiklas iš pradžių buvo elektriškai neutralus. Patrynus jį audiniu, stiklinis strypas įkraunamas elektriniu krūviu. Kai stiklinis strypas įkraunamas elektriniu krūviu, aplink stiklą atsiranda elektrinis laukas. Jei stiklas tampa neutralus, tuo pačiu metu elektrinis laukas išnyksta. Taigi, E egzistavimo negalima atskirti nuo elektros krūvio buvimo. E nėra tam tikra medžiaga kaip oras ir nėra bangos rūšis, kaip elektromagnetinės bangos. E yra kažkas, ką sukelia elektros krūvis ir kas veikia erdvę aplink elektros krūvį, kur kiti elektros krūviai jaučia tik E įtaką.
Norint patikrinti, ar kambaryje yra E, daroma prielaida, kad toje erdvėje yra bandomasis krūvis. Bandomasis krūvis yra minimalus krūvis (Q), todėl sukuria labai mažą elektrinį lauką, todėl jį galima ignoruoti. Tačiau bandomasis krūvis gali jausti kitų elektrinių krūvių sukuriamo elektrinio lauko įtaką. Bandomasis krūvis pateikiamas tik tam, kad būtų galima ištirti, ar yra E. Jei erdvėje yra E,
Bandomasis krūvis turi patirti elektros jėgą, o jei E nėra, bandomasis krūvis nepatiria elektros jėgos.
Pažvelkite į figūrą šone.
1 paveiksle krūvis +q⁻¹ ir krūvis +q₂ aplinkinėje erdvėje sukuria E. Kai bandomasis krūvis +q₂ yra patalpintas erdvės taške, bandomasis krūvis +q₂ veikia elektros jėgą. F⁻ yra elektrinė jėga, kuria krūvis +q₁ veikia bandomąjį krūvį +q₂ , o F₂ yra elektrinė jėga, kuria krūvis +q₂ veikia bandomąjį krūvį +q₂ . 2 paveiksle, pašalinus bandomąjį krūvį, E išlieka ir iš to taško neišnyksta. E⁻ yra elektrinis laukas, kurį sukuria elektrinis krūvis +q₁ , o E₂ yra E, kurį sukuria elektrinis krūvis + q₂.
Elektrinio lauko stiprumas
E yra vektorinis dydis, kur elektrinis laukas turi dydį ir kryptį. E dydis paprastai vadinamas E stipriu. E stipris taške apibrėžiamas kaip elektros jėga, kuria elektros krūvis veikia tame taške esantį teigiamą bandomąjį krūvį, padalyta iš bandomojo krūvio dydžio.
E = elektrinio lauko stiprumas
F = elektrinė jėga
q = bandymo krūvis
Elektros jėgos vienetas yra Niutonas, o elektros krūvio vienetas – Kulonas, todėl E vienetas yra Niutonas / Kulonas, sutrumpintai N/C.
Elektrinio lauko kryptis
1a paveiksle teigiamas elektros krūvis (+Q) veikia teigiamą bandymo krūvį (+q) elektrine jėga, kur elektrinės jėgos (F) kryptis yra priešinga +Q krūvio kryptimi.
1b paveiksle, pašalinus bandomąjį krūvį, šiame taške yra elektrinis laukas (E), kurio kryptis yra tolyn nuo elektros krūvio Q.
2a paveiksle neigiamas elektros krūvis (-Q) veikia elektrinę jėgą teigiamame bandymo krūvyje (+q), kur elektrinės jėgos (F) kryptis artėja prie krūvio -Q.
2b paveiksle, pašalinus bandomąjį krūvį, šiame taške susidaro elektrinis laukas (E), kurio kryptis artima elektrinio krūvio -Q krypčiai.
Remiantis aukščiau pateiktu paveikslu ir paaiškinimu, galima daryti išvadą, kad elektrinio lauko kryptis yra tolyn nuo teigiamo elektros krūvio ir artėja prie neigiamo elektros krūvio.
Elektrinio lauko linijos
E sukuriamas elektros krūvio ir veikia erdvę aplink elektros krūvį, kur E įtaką jaučia tik kiti elektros krūviai. Kai kitas elektros krūvis yra elektros krūvio sukurtame E, kitas elektros krūvis jaučia elektros jėgos įtaką.
Suprasti elektrinį lauką, aprašytą straipsnyje apie E, galima protu, bet tik įsivaizduoti. Norint vizualizuoti E, pateikiamos elektrinio lauko linijos. Elektrinio lauko linijos – tai linijų rinkinys, nubrėžtas aplink elektros krūvį, rodantis elektrinio lauko egzistavimą. Kadangi siekiama parodyti E buvimą, tarp šių linijų yra ryšys su E. Kitaip tariant, E dydį ir kryptį galima paaiškinti nubrėžiant elektrinio lauko linijas.
Toliau pateikiamas krypties ir elektrinio lauko stiprumo ryšys su elektrinio lauko linijomis:
Pirma, E kryptis tolsta nuo teigiamo krūvio ir artėja prie neigiamo krūvio. Taigi, elektrinio lauko linijų kryptis taip pat tolsta nuo teigiamo krūvio ir artėja prie neigiamo krūvio.
Jei teigiamas krūvis yra greta neigiamo krūvio, elektrinio lauko linijos traukiamos iš teigiamo krūvio į neigiamą krūvį. Ir atvirkščiai, jei teigiamas krūvis yra greta teigiamo krūvio, elektrinio lauko linijos traukiamos iš kiekvieno teigiamo krūvio ir tolyn viena nuo kitos.
Antra, elektrinio lauko stiprumas apibūdinamas atstumu tarp elektrinio lauko linijų. Kuo mažesnis atstumas tarp elektrinio lauko linijų, tuo didesnis elektrinio lauko stiprumas, o kuo didesnis atstumas tarp elektrinio lauko linijų, tuo mažesnis elektrinio lauko stiprumas.
Kodėl kuo mažesnis atstumas tarp linijų, tuo didesnis elektrinio lauko stipris? Norėdami tai suprasti, panagrinėkime šį paaiškinimą. Tarkime, kad sferos centre yra teigiamas krūvis, o elektrinio lauko linijos sferos paviršiumi tęsiasi įvairiomis kryptimis. Jei elektrinio lauko linijų skaičius yra N, o sferos paviršiaus plotas yra 4πr² , tai linijų skaičius ploto vienete arba linijų tankis yra N / 4πr² . Remiantis šia formule, esant tam pačiam N, jei r mažėja, atstumas tarp linijų mažėja, o jei r padidėja, atstumas tarp linijų tolsta.
Elektrinio lauko stiprumo formulė E = kq / r² taip pat rodo, kad elektrinio lauko stiprumas yra atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui. Jei r yra mažesnis, elektrinio lauko stiprumas tampa didesnis, o jei r tampa didesnis, elektrinio lauko stiprumas tampa mažesnis.
Remiantis aukščiau pateikta apžvalga, galima daryti išvadą, kad kuo r mažėja (artėja prie krūvio), tuo didesnis elektrinio lauko stiprumas ir tolsta atstumas tarp linijų. Ir atvirkščiai, kuo r didėja (kuo toliau nuo krūvio), tuo mažesnis elektrinio lauko stiprumas ir tolsta atstumas tarp linijų.
Trečia, E linijų skaičius yra proporcingas elektrinio lauko stiprumui. Kuo daugiau elektrinio lauko linijų, tuo didesnis elektrinio lauko stiprumas. Kuo mažiau elektrinio lauko linijų, tuo mažesnis elektrinio lauko stiprumas.
