Elektriskais lauks

Izpētiet arī elektriskā lauka jautājumu apspriešanu un elektriskā lauka jautājumu piemērus.

Lai atvieglinātu izpratni par elektrisko spēku, kas var darboties attālumā, tika ieviests lauka jēdziens. Elektriskā lauka jēdzienu izstrādāja britu zinātnieks Maikls Faradejs (1791–1867).

Pengertian

Pieņemsim, ka stikla stienis sākotnēji ir elektriski neitrāls. Pēc berzēšanas ar audumu tas kļūst elektriski uzlādēts. Kad stikla stienim ir elektriskais lādiņš , ap to vienlaikus parādās lauks. Ja stikla stienis kļūst neitrāls, lauks vienlaikus izzūd no telpas. Tātad lauka esamība ir neatdalāma no elektriskā lādiņa klātbūtnes. Elektriskais lauks nav vielas veids, piemēram, gaiss, un nav viļņa veids, piemēram, elektromagnētiskie viļņi, bet gan kaut kas tāds, ko rada elektriskais lādiņš un kas ietekmē telpu ap elektrisko lādiņu, kur tā ietekmi izjūt tikai citi elektriskie lādiņi.

Lai pārbaudītu, vai telpā pastāv lauks, tiek pieņemts, ka šajā telpā atrodas testa lādiņš . Testa lādiņš ir lādiņš (Q), kas ir tik mazs, ka rada ļoti mazu lauku, un tāpēc to var ignorēt. Tomēr testa lādiņš var just citu elektrisko lādiņu radītā lauka ietekmi. Testa lādiņš atrodas tikai, lai pārbaudītu, vai elektriskais lauks pastāv. Ja tāds ir, testa lādiņš izjutīs ietekmi elektriskā spēka veidā. Un otrādi, ja tāda nav, testa lādiņš neizjutīs elektrisko spēku.

Paskaties uz attēlu sānos.
1. attēlā lādiņš +q₁ un lādiņš +q₂ rada elektrisko lauku apkārtējā telpā. Kad testa lādiņš +q ir novietots_o telpas punktā testa lādiņš +q_o elektriskā spēka izjūta. F₁ ir lādiņa +q radītais elektriskais spēks₁ pie testa lādiņa +q_o un F₂ ir lādiņa +q radītais elektriskais spēks₂ pie testa lādiņa +q_o2. attēlā, kad testa lādiņš tiek noņemts, lauks saglabājas un nepazūd no šī punkta. E₁ ir lauks, ko rada elektriskais lādiņš +q₁ un E₂ ir lauks, ko rada elektriskais lādiņš +q₂.

Lauka stiprums

Elektriskais lauks ir vektora lielums, kam ir gan lielums, gan virziens. Elektriskā lauka stiprums punktā ir definēts kā elektriskais spēks, ko elektriskais lādiņš iedarbojas uz pozitīvu testa lādiņu, kas novietots šajā punktā, dalīts ar testa lādiņa lielumu.
Informācija:
E = lauka stiprums
F = elektriskais spēks
q = testa lādiņa lielums
Informācija:
Q = elektriskais lādiņš
r = attālums starp elektrisko lādiņu un testa lādiņu
(lasīt: epsilons nulle) = tukšas telpas caurlaidība = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Kulona konstante = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Elektriskā spēka mērvienība ir Ņūtons, un elektriskā lādiņa mērvienība ir Kulons, tāpēc lauka mērvienība ir Ņūtons/Kulons, saīsināti N/C.

Virziens

 
Paskaties uz attēlu sānos
Ieslēgts 1.a attēls, pozitīvs elektriskais lādiņš (+Q) iedarbojas uz pozitīvu testa lādiņu (+q) ar elektrisko spēku, kur elektriskā spēka (F) virziens ir prom no +Q lādiņa.
Ieslēgts 1.b attēls, kad testa lādiņš tiek noņemts, šajā punktā rodas lauks (E), kura virziens ir prom no elektriskā lādiņa Q.
Ieslēgts 2.a attēls, negatīvs elektriskais lādiņš (-Q) iedarbojas uz pozitīvu testa lādiņu (+q) ar elektrisko spēku, kur elektriskā spēka (F) virziens tuvojas -Q lādiņam.
Ieslēgts 2.b attēls, kad testa lādiņš tiek noņemts, šajā brīdī rodas lauks (E), kura virziens ir tuvs elektriskajam lādiņam -Q.
Pamatojoties uz iepriekš redzamo attēlu un skaidrojumu, var secināt, ka lauka virziens ir prom no pozitīvā elektriskā lādiņa un virzienā uz negatīvo elektrisko lādiņu.

Problēmu piemērs

1. Punkts A atrodas elektriskajā laukā. Elektriskā lauka stiprums punktā A ir 0,4 N/C. Ja punktā A novieto objektu ar lādiņu 0,2 C, Kulona spēks...
A. 0,2 Z
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 Z
E. 0,8 N
Diskusija:
Ir zināms :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 °C
Jautāts :
Elektriskais spēks?
Jawab :
F = q E = (0,2 °C)(4 N/C) = 0,8 N
Pareizā atbilde ir E.

2. Uzlādēts punkts q atrodas lādiņa (+) radītā elektriskā lauka punktā A tā, ka tas piedzīvo 0,1 N spēku lādiņa q virzienā. Ja lauka stiprums punktā A ir 0,02 N/C, tad lādiņa q lielums un tips ir...
A. 5,0 C, pozitīvs
B. 5,0 C, negatīvs
C. 4,0 C, pozitīvs
D. 2,5 °C, negatīvs
E. 2,5 C, pozitīvs
Diskusija:
Ir zināms :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Jautāts :
Kāds ir lādiņa q lielums un virziens?
Jawab :
Lādiņa q lielums:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5 C
Lādiņa veids q:
Kulona spēka virziens ir lādiņa q virzienā, tāpēc lādiņam q jābūt pozitīvai vērtībai.