Elektrisk felt

Lær også Diskusjon om spørsmål om elektriske felt dan Eksempelspørsmål om elektriske felt

For å lette forståelsen av den elektriske kraften som kan virke på avstand, ble konseptet med et felt introdusert. Konseptet med et elektrisk felt ble utviklet av den britiske vitenskapsmannen Michael Faraday (1791–1867).

Pengertian

Anta at en glasstav i utgangspunktet er elektrisk nøytral. Etter å ha blitt gnidd med en klut, blir glasstavlen elektrisk ladet. Når glasstavlen har elektrisk ladning, samtidig oppstår et felt rundt glassstaven. Hvis glassstaven blir nøytral, forsvinner feltet fra rommet. Så eksistensen av et felt er uatskillelig fra tilstedeværelsen av en elektrisk ladning. Et elektrisk felt er ikke en type stoff som luft eller en type bølge som elektromagnetiske bølger, men snarere noe som genereres av en elektrisk ladning og påvirker rommet rundt den elektriske ladningen, hvor dens innflytelse bare merkes av andre elektriske ladninger.

For å teste om det finnes et felt i et rom, antas det at det finnes ett testbelastning i det rommet. Testladningen er en ladning (Q) som er så liten at den produserer et veldig lite felt og derfor kan ignoreres. Testladningen kan imidlertid føle påvirkningen fra feltet generert av andre elektriske ladninger. Testladningen er kun til stede for å undersøke om et elektrisk felt eksisterer. Hvis det finnes et, vil testladningen definitivt oppleve en påvirkning i form av elektrisk kraft omvendt, hvis den ikke er der, vil ikke testladningen oppleves elektrisk kraft.

Se på bildet på siden.
I figur 1 er ladningen +q₁ og ladning +q₂ produserer et elektrisk felt i det omkringliggende rommet. Når en testladning +q plasseres_o på et punkt i rommet, testladningen +q_o opplever elektrisk kraft. F₁ er den elektriske kraften som utøves av ladningen +q₁ ved testladning +q_o og F₂ er den elektriske kraften som utøves av ladningen +q₂ ved testladning +q_oI figur 2, når testladningen fjernes, forblir feltet og forsvinner ikke fra det punktet. E₁ er feltet produsert av en elektrisk ladning +q₁ og E₂ er feltet produsert av en elektrisk ladning +q₂.

Feltstyrke

Et elektrisk felt er en vektormengde som har både størrelse og retning. Den elektriske feltstyrken i et punkt er definert som den elektriske kraften som utøves av en elektrisk ladning på en positiv testladning plassert i det punktet, delt på størrelsen på testladningen.
Informasjon :
E = feltstyrke
F = elektrisk kraft
q = størrelsen på testladningen
Informasjon :
Q = elektrisk ladning
r = avstand mellom elektrisk ladning og testladning
(les: epsilon null) = permittiviteten til tomrommet = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulomb-konstant = 9 x 10⁹ nm²/C²

Enheten for elektrisk kraft er Newton og enheten for elektrisk ladning er Coulomb, så enheten for felt er Newton/Coulomb, forkortet N/C.

Retning

 
Se på bildet på siden
På Figur 1a, en positiv elektrisk ladning (+Q) utøver en elektrisk kraft på en positiv testladning (+q), hvor retningen på den elektriske kraften (F) er bort fra +Q-ladningen.
På Figur 1b, når testladningen fjernes, er det på det punktet et felt (E) hvis retning er vekk fra den elektriske ladningen Q.
På Figur 2a, en negativ elektrisk ladning (-Q) utøver en elektrisk kraft på en positiv testladning (+q), hvor retningen til den elektriske kraften (F) nærmer seg -Q-ladningen.
På Figur 2b, når testladningen fjernes, er det på det punktet et felt (E) hvis retning er nær den elektriske ladningen -Q.
Basert på bildet og forklaringen ovenfor, kan det konkluderes med at feltets retning er vekk fra den positive elektriske ladningen og mot den negative elektriske ladningen.

Eksempel på hva

1. Punkt A befinner seg i et elektrisk felt. Den elektriske feltstyrken ved punkt A er 0,4 N/C. Hvis en gjenstand med en ladning på 0,2 C plasseres ved punkt A, vil en Coulomb-kraft på...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
Ø. 0,8 N
Diskusjon:
Det er kjent :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 °C
Spurt :
Elektrisk kraft?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Det riktige svaret er E.

2. Et ladet punkt q er i punkt A i det elektriske feltet generert av ladningen (+) slik at den opplever en kraft på 0,1 N i retning mot ladningen q. Hvis feltstyrken i punkt A er 0,02 N/C, er størrelsen og typen av ladning q...
A. 5,0 C, positiv
B. 5,0 C, negativ
C. 4,0 C, positiv
D. 2,5 C, negativ
E. 2,5 C, positiv
Diskusjon:
Det er kjent :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Spurt :
Hva er størrelsen og retningen til ladningen q?
Jawab :
Størrelsen på ladningen q:
F = q E
q = F/E = 0,1 N: 0,02 N/C = 5C
Type ladning q:
Coulomb-kraften har en positiv retning mot ladningen q, så ladningen q må ha en positiv verdi.