Artikkel om det elektriske feltet
Når det gjelder elektrisk ladning, lærte man at like ladninger frastøter hverandre, mens ulik ladning tiltrekker hverandre. Hvis et positivt ladet objekt bringes nær et negativt ladet objekt, trekkes de to objektene sammen slik at de beveger seg mot hverandre. Omvendt, hvis et positivt ladet objekt bringes nær et positivt ladet objekt, frastøter de to objektene hverandre slik at de beveger seg bort fra hverandre. Som studert i forbindelse med Coulombs lov, kan elektrisk ladede objekter akselerere andre elektrisk ladede objekter fordi det virker en elektrisk kraft mellom disse elektrisk ladede objektene. Den elektriske kraften som utøves av et elektrisk ladet objekt på andre elektrisk ladede objekter er et eksempel på en kraft som kan virke uten kontakt. Et annet eksempel på kraften som kan virke på avstand er tyngdekraften . Tyngdekraften utøves av et massivt objekt på andre massive objekter.
Friksjonskraft , skyvekraft og normalkraft er eksempler på krefter som er lette å forstå fordi disse kreftene virker når det oppstår kontakt. Tvert imot er den elektriske kraften et eksempel på en kraft som er vanskelig å forstå fordi denne kraften kan virke fra en viss avstand uten berøring. For å forstå den elektriske kraften som kan virke fra en viss avstand, brukes konseptet elektrisk felt. Konseptet med elektrisk felt ble utviklet av den britiske vitenskapsmannen Michael Faraday (1791-1867).
Definisjon av det elektriske feltet (E)
Anta at et glass i utgangspunktet var elektrisk nøytralt. Etter å ha blitt gnidd med en klut, blir glasstangen elektrisk ladet. Når glasstangen blir elektrisk ladet, oppstår det samtidig et elektrisk felt rundt glasset. Hvis glasset blir nøytralt, forsvinner det elektriske feltet samtidig. Så eksistensen av en E kan ikke skilles fra tilstedeværelsen av en elektrisk ladning. E-en er ikke en type stoff som luft og ikke en type bølge, som elektromagnetiske bølger. En E er noe som er forårsaket av en elektrisk ladning og påvirker rommet rundt en elektrisk ladning, der andre elektriske ladninger bare føler påvirkningen av en E.
For å teste om det finnes en E i et rom, antas det at det finnes en testladning i det rommet. Testladningen er en minimal ladning (Q), slik at ladningen produserer et elektrisk felt som er lite, så det kan ignoreres. Testladningen kan imidlertid føle påvirkningen av det elektriske feltet generert av andre elektriske ladninger. Testladningen presenteres kun for å undersøke om det finnes en E. Hvis det finnes en E i rommet,
Testladningen må oppleve den elektriske kraften, mens hvis det ikke er noen E, opplever ikke testladningen den elektriske kraften.
Se på figuren på siden.
I figur 1 produserer ladningen +q1 og ladningen +q2 en E i det omkringliggende rommet. Når testladningen +qo plasseres i et punkt i rommet, opplever testladningen +qo den elektriske kraften. F1 er den elektriske kraften som utøves av ladningen +q1 på testladningen +qo , og F2 er den elektriske kraften som utøves av ladningen +q2 på testladningen +qo . I figur 2, når testladningen fjernes, forblir E og forsvinner ikke fra det punktet. E1 er et elektrisk felt produsert av en elektrisk ladning +q1 , og E2 er en E produsert av en elektrisk ladning + q2.
Størrelsen på det elektriske feltet
E er en vektormengde, der det elektriske feltet har en størrelse og retning. Størrelsen på en E blir vanligvis referert til som en E-styrke. Styrken til E i et punkt er definert som den elektriske kraften som utøves av en elektrisk ladning på en positiv testladning plassert på det punktet, delt på størrelsen på testladningen.
E = elektrisk feltstyrke
F = elektrisk kraft
q = testladning
Enheten for elektrisk kraft er Newton, og enheten for elektrisk ladning er Coulomb, slik at enheten for E er Newton / Coulomb, forkortet til N/C.
Retningen til det elektriske feltet
I figur 1a utøver en positiv elektrisk ladning (+Q) den elektriske kraften på den positive testladningen (+q), hvor retningen til den elektriske kraften (F) er bort fra ladningen til +Q.
I figur 1b, når testladningen fjernes, er det på dette punktet et elektrisk felt (E) hvis retning er vekk fra den elektriske ladningen Q.
I figur 2a utøver en negativ elektrisk ladning (-Q) den elektriske kraften i en positiv testladning (+q), hvor retningen til den elektriske kraften (F) nærmer seg ladningen -Q.
I figur 2b, når testladningen fjernes, er det på dette punktet et elektrisk felt (E) hvis retning er nær den elektriske ladningen -Q.
Basert på figuren og forklaringen ovenfor, kan det konkluderes med at retningen til det elektriske feltet er vekk fra den positive elektriske ladningen og nærmer seg den negative elektriske ladningen.
Elektriske feltlinjer
E-en genereres av en elektrisk ladning og påvirker rommet rundt den elektriske ladningen, der påvirkningen fra E-en bare merkes av andre elektriske ladninger. Når en annen elektrisk ladning er i E-en som genereres av en elektrisk ladning, registrerer en annen elektrisk ladning påvirkningen fra en elektrisk kraft.
Å forstå det elektriske feltet ovenfor, slik det er beskrevet i artikkelen om E, kan realiseres med sinnet, men kan bare forestilles med sinnet. For å visualisere en E presenteres elektriske feltlinjer. Elektriske feltlinjer er et sett med linjer tegnet rundt en elektrisk ladning for å indikere eksistensen av et elektrisk felt. Fordi det tar sikte på å vise tilstedeværelsen av en E, er det en forbindelse mellom disse linjene med en E. Med andre ord kan størrelsen og retningen til E forklares ved å tegne elektriske feltlinjer.
Følgende er forholdet mellom retning og elektrisk feltstyrke med elektriske feltlinjer:
Først beveger retningen til E seg bort fra den positive ladningen og nærmer seg den negative ladningen. Dermed er retningen til de elektriske feltlinjene også bort fra den positive ladningen og nærmer seg den negative ladningen.
Hvis den positive ladningen ligger inntil den negative ladningen, trekkes de elektriske feltlinjene ut fra den positive ladningen til den negative ladningen. Omvendt, hvis en positiv ladning ligger inntil en positiv ladning, trekkes de elektriske feltlinjene ut fra hver positiv ladning og bort fra hverandre.
For det andre er den elektriske feltstyrken representert ved avstanden mellom de elektriske feltlinjene. Jo nærmere avstanden mellom linjene i det elektriske feltet er, desto høyere er styrken på det elektriske feltet, og jo lenger avstanden mellom linjene i det elektriske feltet er, desto mindre er den elektriske feltstyrken.
Hvorfor er det slik at jo kortere avstanden mellom linjene er, desto høyere er den elektriske feltstyrken? For å forstå dette, se på følgende forklaring. Anta at en positiv ladning er i sentrum av kulen, og at de elektriske feltlinjene sprer seg i forskjellige retninger gjennom kulens overflate. Hvis antallet elektriske feltlinjer er N og kulens overflateareal er 4πr² , er antallet linjer per arealenhet eller linjetetthet N / 4πr² . Basert på denne formelen, for den samme N, hvis r blir mindre, blir avstanden mellom linjene kortere, og hvis r blir mer signifikant, blir avstanden mellom linjene lengre unna.
Formelen for elektrisk feltstyrke E = kq / r² viser også at den elektriske feltstyrken er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden. Hvis r er mindre, blir den elektriske feltstyrken mer fremtredende, og hvis r blir mer fremtredende, blir den elektriske feltstyrken mindre.
Basert på gjennomgangen ovenfor kan det konkluderes med at hvis r blir mindre (nærmere ladningen), blir den elektriske feltstyrken større, og avstanden mellom linjene blir også nærmere. Omvendt, hvis r blir mer fremtredende (jo lenger unna ladningen), blir den elektriske feltstyrken mindre, og avstanden mellom linjene blir også lenger unna.
For det tredje er antallet E-linjer proporsjonalt med den elektriske feltstyrken. Jo flere elektriske feltlinjer, desto høyere er den elektriske feltstyrken. Jo færre elektriske feltlinjer, desto mindre er den elektriske feltstyrken.
