Elektriskais lauks

Raksts par elektrisko lauku

Runājot par elektrisko lādiņu, tika noskaidrots, ka līdzīgi lādiņi atgrūž viens otru, savukārt atšķirīgi lādiņi pievelk viens otru. Ja pozitīvi lādētu objektu tuvina negatīvi lādētam objektam, abi objekti pievelkas kopā, tāpēc tie pārvietojas viens otra virzienā. Un otrādi, ja pozitīvi lādētu objektu tuvina pozitīvi lādētam objektam, tad abi objekti atgrūž viens otru, tāpēc tie attālinās viens no otra. Kā pētīts Kulona likuma jomā, elektriski lādēti objekti var paātrināt citus elektriski lādētus objektus, jo starp šiem elektriski lādētajiem objektiem darbojas elektriskais spēks. Elektriskais spēks, ko elektriski lādēts objekts iedarbojas uz citiem elektriski lādētiem objektiem, ir viens no spēka piemēriem, kas var darboties bez kontakta. Vēl viens spēka piemērs, kas var darboties pie attālums ir gravitācijas spēksMasas objekts gravitācijas spēku iedarbojas uz citiem masas objektiem.

Berzes spēks, vilces spēks, normālais spēks ir viegli saprotamu spēku piemēri, jo šie spēki darbojas, kad notiek saskare. Turpretī elektriskais spēks ir grūti saprotama spēka piemērs, jo šis spēks var darboties no noteikta attāluma bez pieskaršanās. Lai izprastu elektrisko spēku, kas var darboties no noteikta attāluma, parādās elektriskā lauka jēdziens. Elektriskā lauka jēdzienu izstrādāja britu zinātnieks Maikls Faradejs (1791–1867).

Elektriskā lauka (E) definīcija

Pieņemsim, ka stikls sākotnēji bija elektriski neitrāls. Pēc berzēšanas ar drānu stikla stienis kļūst elektriski uzlādēts. Kad stikla stienis kļūst elektriski uzlādēts, vienlaikus ap stiklu parādās elektriskais lauks. Ja stikls kļūst neitrāls, vienlaikus elektriskais lauks izzūd. Tātad E esamību nevar atdalīt no elektriskā lādiņa klātbūtnes. E nav vielas veids, piemēram, gaiss, un nav viļņa veids, piemēram, elektromagnētiskie viļņi. E ir kaut kas tāds, ko izraisa elektriskais lādiņš un kas ietekmē telpu ap elektrisko lādiņu, kur citi elektriskie lādiņi izjūt tikai E ietekmi.

Lai pārbaudītu, vai telpā ir E, tiek pieņemts, ka šajā telpā ir testa lādiņš. Testa lādiņš ir minimālais lādiņš. (Q) tā, ka lādiņš rada niecīgu elektrisko lauku, tāpēc to var ignorēt. Tomēr testa lādiņš var just citu elektrisko lādiņu radītā elektriskā lauka ietekmi. Testa lādiņš tiek parādīts tikai, lai pārbaudītu, vai telpā ir E. Ja telpā ir E,

Testa lādiņam ir jāizjūt elektriskais spēks, savukārt, ja nav E, testa lādiņš neizjūt elektrisko spēku.

Paskaties uz figūru sānos.

1. attēlā lādiņš +q₁ un lādiņš +q₂ apkārtējā telpā rada E. Kad testa lādiņš +q_o tiek novietots telpas punktā, testa lādiņš +q_o izjūt elektrisko spēku. F₁ ir elektriskais spēks, ko rada lādiņš +q₁ uz testa lādiņa +q_oun F₂ ir lādiņa +q radītais elektriskais spēks₂ uz testa lādiņa +q_o2. attēlā, kad testa lādiņš tiek noņemts, E paliek un nepazūd no šī punkta. E₁ ir elektriskais lauks, ko rada elektriskais lādiņš +q₁un E₂ ir E, ko rada elektriskais lādiņš +q₂.

Elektriskā lauka lielums

E ir vektora lielums, kur elektriskajam laukam ir lielums un virziens. E lielumu parasti sauc par E stiprumu. E stiprums punktā ir definēts kā elektrības spēks, ko elektriskais lādiņš iedarbojas uz pozitīvu testa lādiņu, kas novietots šajā punktā, dalīts ar testa lādiņa lielumu.

E = elektriskā lauka stiprums

F = elektriskais spēks

q = testa lādiņš

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

Elektriskā lauka virziens

1.a attēlā pozitīvs elektriskais lādiņš (+Q) iedarbojas uz pozitīvo testa lādiņu (+q) ar elektrisko spēku, kur elektriskā spēka (F) virziens ir prom no +Q lādiņa.

1.b attēlā, kad testa lādiņš ir noņemts, šajā brīdī rodas elektriskais lauks (E), kura virziens ir prom no elektriskā lādiņa Q.

2.a attēlā negatīvs elektriskais lādiņš (-Q) iedarbojas uz elektrisko spēku pozitīvā testa lādiņā (+q), kur elektriskā spēka (F) virziens tuvojas lādiņam -Q.

2.b attēlā, kad testa lādiņš tiek noņemts, šajā brīdī rodas elektriskais lauks (E), kura virziens ir tuvs elektriskā lādiņa virzienam -Q.

Pamatojoties uz iepriekš redzamo attēlu un skaidrojumu, var secināt, ka elektriskā lauka virziens ir prom no pozitīvā elektriskā lādiņa un tuvojas negatīvajam elektriskajam lādiņam.

Elektriskā lauka līnijas

E ģenerē elektriskais lādiņš un ietekmē telpu ap elektrisko lādiņu, kur E ietekmi jūt tikai citi elektriskie lādiņi. Kad elektriskā lādiņa radītajā E atrodas cits elektriskais lādiņš, cits elektriskais lādiņš uztver elektriskā spēka ietekmi.

Izpratne par iepriekš minēto elektrisko lauku, kā aprakstīts rakstā par E, var tikt realizēta ar prātu, bet to var tikai iztēloties prātā. Lai vizualizētu E, tiek attēlotas elektriskā lauka līnijas. Elektriskā lauka līnijas ir līniju kopums, kas novilkts ap elektrisko lādiņu, lai norādītu uz elektriskā lauka esamību. Tā kā mērķis ir parādīt E klātbūtni, pastāv saikne starp šīm līnijām un E. Citiem vārdiem sakot, E lielumu un virzienu var izskaidrot, uzzīmējot elektriskā lauka līnijas.

Tālāk ir parādīta saistība starp virzienu un elektriskā lauka stiprumu, izmantojot elektriskā lauka līnijas:

Pirmkārt, E virziens attālinās no pozitīvā lādiņa un tuvojas negatīvajam lādiņam. Tādējādi arī elektriskā lauka līniju virziens attālinās no pozitīvā lādiņa un tuvojas negatīvajam lādiņam.

Ja pozitīvais lādiņš atrodas blakus negatīvajam lādiņam, elektriskā lauka līnijas tiek novilktas no pozitīvā lādiņa uz negatīvo lādiņu. Un otrādi, ja pozitīvs lādiņš atrodas blakus pozitīvajam lādiņam, elektriskā lauka līnijas tiek novilktas no katra pozitīvā lādiņa un prom viena no otras.

Otrkārt, elektriskā lauka stiprumu attēlo attālums starp elektriskā lauka līnijām. Jo mazāks attālums starp elektriskā lauka līnijām, jo ​​lielāks elektriskā lauka stiprums, un jo lielāks attālums starp elektriskā lauka līnijām, jo ​​mazāks elektriskā lauka stiprums.

Kāpēc, jo mazāks attālums starp līnijām, jo ​​lielāks elektriskā lauka stiprums? Lai to saprastu, aplūkojiet šo skaidrojumu. Pieņemsim, ka sfēras centrā atrodas pozitīvs lādiņš un elektriskā lauka līnijas izplešas dažādos virzienos pa sfēras virsmu. Ja elektriskā lauka līniju skaits ir N un sfēras virsmas laukums ir 4πr², tad līniju skaits uz laukuma vienību jeb līniju blīvums ir N / 4πr²Balstoties uz šo formulu, tai pašai N vērtībai, ja r samazinās, attālums starp līnijām samazinās, un, ja r kļūst lielāks, attālums starp līnijām palielinās.

Elektriskā lauka stipruma formula E = kq / r² arī parāda, ka elektriskā lauka stiprums ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam. Ja r ir mazāks, tad elektriskā lauka stiprums kļūst izteiktāks, un, ja r kļūst izteiktāks, tad elektriskā lauka stiprums kļūst mazāks.

Balstoties uz iepriekš minēto pārskatu, var secināt, ka, ja r samazinās (jo tuvojas lādiņam), elektriskā lauka stiprums palielinās, un arī attālums starp līnijām samazinās. Un otrādi, ja r kļūst izteiktāks (jo tālāk no lādiņa), elektriskā lauka stiprums samazinās, un arī attālums starp līnijām palielinās.

Treškārt, E līniju skaits ir proporcionāls elektriskā lauka stiprumam. Jo vairāk elektriskā lauka līniju, jo lielāks elektriskā lauka stiprums. Jo mazāk elektriskā lauka līniju, jo mazāks elektriskā lauka stiprums.