Pole elektryczne

Naucz się także Dyskusja na temat pytań dotyczących pola elektrycznego dan Przykładowe pytania dotyczące pola elektrycznego

Aby ułatwić zrozumienie siły elektrycznej działającej na odległość, wprowadzono koncepcję pola elektrycznego. Koncepcję pola elektrycznego opracował brytyjski naukowiec Michael Faraday (1791–1867).

Definicja

Załóżmy, że szklana pałeczka jest początkowo elektrycznie obojętna. Po potarciu szmatką, szklana pałeczka naelektryzuje się. Gdy szklana pałeczka… ładunek elektrycznyJednocześnie wokół szklanego pręta pojawia się pole. Jeśli szklany pręt stanie się neutralny, pole zniknie z przestrzeni. Zatem istnienie pola jest nierozerwalnie związane z obecnością ładunku elektrycznego. Pole elektryczne nie jest rodzajem substancji, takiej jak powietrze, ani rodzajem fali, takiej jak fale elektromagnetyczne, lecz raczej czymś generowanym przez ładunek elektryczny i oddziałującym na przestrzeń wokół niego, gdzie jego wpływ jest odczuwalny jedynie przez inne ładunki elektryczne.

Aby sprawdzić, czy w przestrzeni znajduje się pole, zakłada się, że istnieje jedno pole obciążenie testowe w tej przestrzeni. Ładunek testowy to ładunek (Q), który jest tak mały, że wytwarza bardzo małe pole i dlatego można go pominąć. Jednak ładunek testowy może odczuwać wpływ pola generowanego przez inne ładunki elektryczne. Ładunek testowy jest obecny tylko w celu sprawdzenia, czy istnieje pole elektryczne. Jeśli takowe istnieje, ładunek testowy z pewnością doświadczy wpływu w postaci siła elektryczna odwrotnie, jeśli go nie ma, ładunek testowy nie będzie odczuwalny siła elektryczna.

Spójrz na obrazek obok.
Na rysunku 1 ładunek +q₁ i ładunek +q₂ wytwarza pole elektryczne w otaczającej przestrzeni. Po umieszczeniu ładunku testowego +q_o w punkcie przestrzeni ładunek testowy +q_o doświadczanie siły elektrycznej. F₁ jest siłą elektryczną wywieraną przez ładunek +q₁ przy obciążeniu testowym +q_o i F.₂ jest siłą elektryczną wywieraną przez ładunek +q₂ przy obciążeniu testowym +q_oNa rysunku 2, po usunięciu ładunku testowego, pole pozostaje i nie znika od tego punktu.₁ jest polem wytwarzanym przez ładunek elektryczny +q₁ i E₂ jest polem wytwarzanym przez ładunek elektryczny +q₂.

Siła pola

Pole elektryczne to wielkość wektorowa, mająca zarówno wartość, jak i kierunek. Natężenie pola elektrycznego w punkcie definiuje się jako siłę elektryczną wywieraną przez ładunek elektryczny na dodatni ładunek próbny umieszczony w tym punkcie, podzieloną przez wartość ładunku próbnego.
Keterangan:
E = natężenie pola
F = siła elektryczna
q = wielkość ładunku testowego
Keterangan:
Q = ładunek elektryczny
r = odległość między ładunkiem elektrycznym a ładunkiem testowym
(czytaj: epsilon zero) = przenikalność elektryczna pustej przestrzeni = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = stała Coulomba = 9 x 10⁹ nm²/C²

Jednostką siły elektrycznej jest niuton, a jednostką ładunku elektrycznego kulomb, więc jednostką pola jest niuton/kulomb, w skrócie N/C.

Kierunek

 
Spójrz na zdjęcie z boku
Na Rysunek 1a, dodatni ładunek elektryczny (+Q) wywiera siłę elektryczną na dodatni ładunek testowy (+q), przy czym kierunek siły elektrycznej (F) jest odwrotny od ładunku +Q.
Na Rysunek 1b, gdy ładunek testowy zostanie usunięty, w tym punkcie występuje pole (E), którego kierunek jest odwrotny od ładunku elektrycznego Q.
Na Rysunek 2a, ujemny ładunek elektryczny (-Q) wywiera siłę elektryczną na dodatni ładunek testowy (+q), przy czym kierunek siły elektrycznej (F) zbliża się do ładunku -Q.
Na Rysunek 2b, gdy ładunek testowy zostanie usunięty, w tym punkcie występuje pole (E), którego kierunek jest bliski kierunkowi ładunku elektrycznego -Q.
Na podstawie powyższego obrazu i wyjaśnienia można wywnioskować, że pole kieruje się od ładunku elektrycznego dodatniego w stronę ładunku ujemnego.

Przykłady soal

1. Punkt A znajduje się w polu elektrycznym. Natężenie pola elektrycznego w punkcie A wynosi 0,4 N/C. Jeśli w punkcie A umieścimy obiekt o ładunku 0,2 C, siła Coulomba...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D.0,7 N
E. 0,8 N
Dyskusja:
Wiadomo, że :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
Zapytano :
Siła elektryczna?
Odpowiedź :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Prawidłowa odpowiedź to E.

2. Punkt naładowany q znajduje się w punkcie A w polu elektrycznym generowanym przez ładunek (+), tak że działa na niego siła 0,1 N w kierunku ładunku q. Jeżeli natężenie pola w punkcie A wynosi 0,02 N/C, to wielkość i rodzaj ładunku q są...
A. 5,0 C, dodatnie
B. 5,0 C, ujemne
C. 4,0 C, dodatnie
D. 2,5 C, ujemne
E. 2,5 C, dodatni
Dyskusja:
Wiadomo, że :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Zapytano :
Jaka jest wartość i kierunek ładunku q?
Odpowiedź :
Wielkość ładunku q:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Rodzaj opłaty q:
Siła Coulomba działa w kierunku ładunku q, więc ładunek q musi mieć wartość dodatnią.