Elektrisch veld

Bestudeer ook de bespreking van vragen over elektrische velden en de voorbeelden van vragen over elektrische velden.

Om het begrip van de elektrische kracht die op afstand kan werken te vergemakkelijken, werd het concept van een veld geïntroduceerd. Het concept van een elektrisch veld werd ontwikkeld door de Britse wetenschapper Michael Faraday (1791-1867).

Definitie

Stel dat een glazen staaf aanvankelijk elektrisch neutraal is. Nadat deze met een doek is gewreven, raakt de glazen staaf elektrisch geladen. Wanneer de glazen staaf een elektrische lading heeft , ontstaat er tegelijkertijd een veld rond de staaf. Als de glazen staaf neutraal wordt, verdwijnt het veld tegelijkertijd uit de ruimte. Het bestaan ​​van een veld is dus onlosmakelijk verbonden met de aanwezigheid van een elektrische lading. Een elektrisch veld is geen soort substantie zoals lucht en geen soort golf zoals elektromagnetische golven, maar iets dat wordt gegenereerd door een elektrische lading en de ruimte rond de elektrische lading beïnvloedt, waar de invloed ervan alleen wordt gevoeld door andere elektrische ladingen.

Om te testen of er een elektrisch veld in een ruimte bestaat, wordt aangenomen dat er een testlading in die ruimte aanwezig is. De testlading is een lading (Q) die zo klein is dat deze een zeer zwak veld produceert en daarom kan worden verwaarloosd. De testlading kan echter wel de invloed voelen van het veld dat door andere elektrische ladingen wordt gegenereerd. De testlading is alleen aanwezig om te onderzoeken of er een elektrisch veld bestaat. Als er een veld is, zal de testlading een invloed ondervinden in de vorm van een elektrische kracht. Omgekeerd, als er geen veld is, zal de testlading geen elektrische kracht ondervinden.

Kijk naar de afbeelding aan de zijkant.
In figuur 1 is de lading +q₁ en lading +q₂ produceert een elektrisch veld in de omringende ruimte. Wanneer een testlading +q wordt geplaatst_o Op een punt in de ruimte bevindt zich de testlading +q_o elektrische kracht ervaren. F₁ is de elektrische kracht die wordt uitgeoefend door de lading +q₁ bij testlading +q_o en F₂ is de elektrische kracht die wordt uitgeoefend door de lading +q₂ bij testlading +q_oIn figuur 2 blijft het veld aanwezig en verdwijnt het niet vanaf dat punt wanneer de testlading wordt verwijderd. E₁ is het veld dat wordt opgewekt door een elektrische lading +q₁ en E₂ is het veld dat wordt opgewekt door een elektrische lading +q₂.

Veldsterkte

Een elektrisch veld is een vectorgrootheid met zowel grootte als richting. De elektrische veldsterkte op een punt wordt gedefinieerd als de elektrische kracht die een elektrische lading uitoefent op een positieve testlading die op dat punt is geplaatst, gedeeld door de grootte van de testlading.
Informatie :
E = veldsterkte
F = elektrische kracht
q = grootte van de testlading
Informatie :
Q = elektrische lading
r = afstand tussen elektrische lading en testlading
(lees: epsilon nul) = permittiviteit van de lege ruimte = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulombconstante = 9 x 10⁹ nm²/C²

De eenheid van elektrische kracht is Newton en de eenheid van elektrische lading is Coulomb, dus de eenheid van veld is Newton/Coulomb, afgekort N/C.

arah

 
Kijk naar de afbeelding aan de zijkant.
Aan Figuur 1aEen positieve elektrische lading (+Q) oefent een elektrische kracht uit op een positieve testlading (+q), waarbij de richting van de elektrische kracht (F) van de +Q-lading af is gericht.
Aan Figuur 1bWanneer de testlading wordt verwijderd, ontstaat er op dat punt een veld (E) waarvan de richting van de elektrische lading Q afwijst.
Aan Figuur 2aEen negatieve elektrische lading (-Q) oefent een elektrische kracht uit op een positieve testlading (+q), waarbij de richting van de elektrische kracht (F) de -Q-lading nadert.
Aan Figuur 2bWanneer de testlading wordt verwijderd, ontstaat er op dat punt een veld (E) waarvan de richting dicht bij de elektrische lading -Q ligt.
Op basis van de afbeelding en de bovenstaande uitleg kan worden geconcludeerd dat het veld zich van de positieve elektrische lading af en naar de negatieve elektrische lading toe richt.

Contoh soal

1. Punt A bevindt zich in een elektrisch veld. De veldsterkte op punt A is 0,4 N/C. Als een object met een lading van 0,2 C op punt A wordt geplaatst, ontstaat er een Coulombkracht van...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
O. 0,8 N
Discussie:
Het is bekend :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
gevraagd :
Elektrische kracht?
Antwoorden :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Het juiste antwoord is E.

2. Een geladen punt q Een lading bevindt zich op punt A in het elektrische veld dat wordt opgewekt door de lading (+), waardoor deze een kracht van 0,1 N ondervindt in de richting van de lading q. Als de veldsterkte op punt A 0,02 N/C is, dan zijn de grootte en het type van lading q...
A. 5,0 C, positief
B. 5,0 C, negatief
C. 4,0 C, positief
D. 2,5 C, negatief
E. 2,5 C, positief
Discussie:
Het is bekend :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
gevraagd :
Wat is de grootte en richting van lading q?
Antwoorden :
De grootte van de lading q:
F = q E
q = F / E = 0,1 N: 0,02 N/C = 5C
Soort lading q:
De richting van de Coulombkracht is naar de lading q gericht, dus de lading q moet een positieve waarde hebben.