Artikel tentang Medan Elektrik
Mengenai subjek cas elektrik, telah dipelajari bahawa cas yang sama menolak antara satu sama lain, manakala cas yang tidak berbeza menarik antara satu sama lain. Jika objek yang bercas positif didekatkan kepada objek yang bercas negatif, kedua-dua objek tersebut akan menarik bersama supaya ia bergerak ke arah satu sama lain. Sebaliknya, jika objek yang bercas positif didekatkan kepada objek yang bercas positif, maka kedua-dua objek tersebut akan menolak antara satu sama lain supaya ia bergerak menjauhi satu sama lain. Seperti yang dikaji mengenai subjek hukum Coulomb, objek yang bercas elektrik boleh memecut objek bercas elektrik lain kerana terdapat daya elektrik yang bertindak di antara objek yang bercas elektrik ini. Daya elektrik yang dikenakan oleh objek yang bercas elektrik ke atas objek lain yang bercas elektrik adalah salah satu contoh daya yang boleh bertindak tanpa sentuhan. Satu lagi contoh daya yang boleh bertindak pada jarak tertentu ialah daya graviti . Daya graviti dikenakan oleh objek berjisim ke atas objek berjisim lain.
Daya geseran , daya tujahan, daya normal adalah contoh daya yang mudah difahami kerana daya ini berfungsi apabila sentuhan berlaku. Sebaliknya, daya elektrik adalah contoh daya yang sukar difahami kerana daya ini boleh berfungsi dari jarak tertentu tanpa sentuhan. Untuk memahami daya elektrik yang boleh bertindak dari jarak tertentu, konsep medan elektrik muncul. Konsep medan elektrik telah dibangunkan oleh saintis British Michael Faraday (1791-1867).
Takrifan medan elektrik (E)
Katakan sebiji kaca pada mulanya neutral secara elektrik. Selepas digosok dengan kain, rod kaca menjadi bercas elektrik. Apabila rod kaca menjadi bercas elektrik, pada masa yang sama, medan elektrik muncul di sekeliling kaca. Jika kaca bertukar menjadi neutral, pada masa yang sama medan elektrik hilang. Jadi, kewujudan E tidak dapat dipisahkan daripada kehadiran cas elektrik. E bukanlah sejenis bahan seperti udara dan bukan sejenis gelombang, seperti gelombang elektromagnet. E ialah sesuatu yang disebabkan oleh cas elektrik dan mempengaruhi ruang di sekeliling cas elektrik, di mana cas elektrik lain hanya merasakan pengaruh E.
Untuk menguji sama ada terdapat E di dalam sesebuah bilik, diandaikan bahawa terdapat cas ujian di ruang tersebut. Cas ujian ialah cas minimum (Q) supaya cas tersebut menghasilkan medan elektrik yang kecil, jadi ia boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, cas ujian boleh merasakan pengaruh medan elektrik yang dihasilkan oleh cas elektrik lain. Cas ujian dibentangkan hanya untuk menyiasat sama ada terdapat E. Jika terdapat E di dalam ruang tersebut,
Cas ujian mesti mengalami daya elektrik, manakala jika tiada E, cas ujian tidak mengalami daya elektrik.
Lihatlah rajah di sisi.
Dalam rajah 1, cas +q1 dan cas +q2 menghasilkan E di ruang sekeliling. Apabila cas ujian +qo diletakkan pada satu titik dalam ruang, cas ujian +qo mengalami daya elektrik. F1 ialah daya elektrik yang dikenakan oleh cas +q1 pada cas ujian +qo , dan F2 ialah daya elektrik yang dikenakan oleh cas +q2 pada cas ujian +qo . Dalam Rajah 2, apabila cas ujian dikeluarkan, E kekal dan tidak hilang dari titik itu. E1 ialah medan elektrik yang dihasilkan oleh cas elektrik +q1 , dan E2 ialah E yang dihasilkan oleh cas elektrik + q2.
Magnitud medan elektrik
E ialah kuantiti vektor, di mana medan elektrik mempunyai magnitud dan arah. Magnitud E biasanya dirujuk sebagai kekuatan E. Kekuatan E pada sesuatu titik ditakrifkan sebagai daya elektrik yang dikenakan oleh cas elektrik pada cas ujian positif yang diletakkan pada titik tersebut, dibahagikan dengan saiz cas ujian.
E = kekuatan medan elektrik
F = daya elektrik
q = cas ujian
Unit daya elektrik ialah Newton, dan unit cas elektrik ialah Coulomb jadi unit E ialah Newton/Coulomb, disingkatkan sebagai N/C.
Arah medan elektrik
Dalam Rajah 1a, cas elektrik positif (+Q) mengenakan daya elektrik ke atas cas ujian positif (+q), di mana arah daya elektrik (F) adalah menjauhi cas +Q.
Dalam Rajah 1b, apabila cas ujian disingkirkan, pada titik ini terdapat medan elektrik (E) yang arahnya menjauhi cas elektrik Q.
Dalam Rajah 2a, cas elektrik negatif (-Q) mengenakan daya elektrik dalam cas ujian positif (+q), di mana arah daya elektrik (F) menghampiri cas -Q.
Dalam Rajah 2b, apabila cas ujian disingkirkan, pada titik ini terdapat medan elektrik (E) yang arahnya hampir dengan cas elektrik -Q.
Berdasarkan rajah dan penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahawa arah medan elektrik adalah menjauhi cas elektrik positif dan menghampiri cas elektrik negatif.
Garisan medan elektrik
E dijana oleh cas elektrik dan mempengaruhi ruang di sekeliling cas elektrik, di mana pengaruh E hanya dirasai oleh cas elektrik lain. Apabila cas elektrik lain berada dalam E yang dijana oleh cas elektrik, cas elektrik lain akan mengesan pengaruh daya elektrik.
Memahami medan elektrik di atas, seperti yang diterangkan dalam artikel tentang E, boleh direalisasikan dengan minda tetapi hanya boleh dibayangkan dalam minda. Untuk menggambarkan E, garis medan elektrik dibentangkan. Garis medan elektrik ialah satu set garis yang dilukis di sekeliling cas elektrik untuk menunjukkan kewujudan medan elektrik. Oleh kerana ia bertujuan untuk menunjukkan kehadiran E, terdapat hubungan antara garis-garis ini dengan E. Dalam erti kata lain, magnitud dan arah E boleh dijelaskan dengan melukis garis medan elektrik.
Berikut adalah hubungan antara arah dan kekuatan medan elektrik dengan garis medan elektrik:
Pertama, arah E bergerak menjauhi cas positif dan menghampiri cas negatif. Oleh itu, arah garis medan elektrik juga menjauhi cas positif dan menghampiri cas negatif.
Jika cas positif bersebelahan dengan cas negatif, garis medan elektrik akan ditarik keluar dari cas positif ke cas negatif. Sebaliknya, jika cas positif bersebelahan dengan cas positif, garis medan elektrik akan ditarik keluar dari setiap cas positif dan menjauhi satu sama lain.
Kedua, kekuatan medan elektrik diwakili oleh jarak antara garis medan elektrik. Semakin dekat jarak antara garis medan elektrik, semakin tinggi kekuatan medan elektrik dan semakin jauh jarak antara garis medan elektrik, semakin kecil kekuatan medan elektrik.
Mengapakah semakin dekat jarak antara garisan, semakin tinggi kekuatan medan elektrik? Untuk memahami perkara ini, lihat penjelasan berikut. Katakan cas positif berada di pusat sfera dan garisan medan elektrik tersebar ke pelbagai arah melalui permukaan sfera. Jika bilangan garisan medan elektrik ialah N dan luas permukaan sfera ialah 4πr² , maka bilangan garisan per unit luas atau ketumpatan garisan ialah N / 4πr² . Berdasarkan formula ini, untuk N yang sama, jika r semakin kecil, jarak antara garisan semakin dekat dan jika r semakin ketara, jarak antara garisan semakin jauh.
Formula kekuatan medan elektrik E = kq / r 2 juga menunjukkan bahawa kekuatan medan elektrik adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak. Jika r lebih kecil, maka kekuatan medan elektrik menjadi lebih ketara, dan jika r menjadi lebih ketara, maka kekuatan medan elektrik menjadi lebih kecil.
Berdasarkan ulasan di atas, dapat disimpulkan bahawa jika r semakin kecil (semakin dekat dengan cas), kekuatan medan elektrik semakin besar dan jarak antara garisan juga semakin dekat. Sebaliknya, jika r semakin menonjol (semakin jauh dari cas), kekuatan medan elektrik semakin kecil dan jarak antara garisan juga semakin jauh.
Ketiga, bilangan garisan E adalah berkadar terus dengan kekuatan medan elektrik. Lebih banyak garisan medan elektrik, lebih tinggi kekuatan medan elektrik. Lebih sedikit garisan medan elektrik, lebih kecil kekuatan medan elektrik.
