Articol despre câmpul electric
În ceea ce privește sarcina electrică, s-a aflat că sarcinile similare se resping reciproc, în timp ce sarcinile diferite se atrag reciproc. Dacă un obiect încărcat pozitiv este adus aproape de un obiect încărcat negativ, cele două obiecte se trag unul spre celălalt. Invers, dacă un obiect încărcat pozitiv este adus aproape de un obiect încărcat pozitiv, atunci cele două obiecte se resping reciproc, astfel încât se îndepărtează unul de celălalt. Așa cum s-a studiat în legătură cu legea lui Coulomb, obiectele încărcate electric pot accelera alte obiecte încărcate electric, deoarece există o forță electrică care acționează între aceste obiecte încărcate electric. Forța electrică exercitată de un obiect încărcat electric asupra altor obiecte încărcate electric este un exemplu de forță care poate acționa fără contact. Un alt exemplu de forță care poate acționa la... distanţă este forta gravitatieiForța gravitațională este exercitată de un obiect cu masă asupra altor obiecte cu masă.
Forța de frecare, forța de împingere, forța normală sunt exemple de forțe ușor de înțeles deoarece aceste forțe acționează atunci când are loc contactul. Dimpotrivă, forța electrică este un exemplu de forță dificil de înțeles deoarece această forță poate acționa de la o anumită distanță fără atingere. Pentru a înțelege forța electrică care poate acționa de la o anumită distanță, apare conceptul de câmp electric. Conceptul de câmp electric a fost dezvoltat de omul de știință britanic Michael Faraday (1791-1867).
Definiția câmpului electric (E)
Să presupunem că un pahar a fost inițial neutru din punct de vedere electric. După ce este frecat cu o cârpă, tija de sticlă se încarcă electric. Când tija de sticlă se încarcă electric, în același timp, apare un câmp electric în jurul paharului. Dacă sticla devine neutră, în același timp, câmpul electric dispare. Prin urmare, existența unui E nu poate fi separată de prezența unei sarcini electrice. E nu este un tip de substanță precum aerul și nici un tip de undă, precum undele electromagnetice. Un E este ceva cauzat de o sarcină electrică și afectează spațiul din jurul unei sarcini electrice, în timp ce alte sarcini electrice resimt doar influența unui E.
Pentru a testa dacă există un E într-o cameră, se presupune că există o sarcină de testare în acel spațiu. Sarcina de testare este o sarcină minimă. (Q) astfel încât sarcina produce un câmp electric minuscul, deci poate fi ignorat. Cu toate acestea, sarcina de test poate simți influența câmpului electric generat de alte sarcini electrice. Sarcina de test este prezentată doar pentru a investiga dacă există un E. Dacă există un E în spațiu,
Sarcina de testare trebuie să experimenteze forța electrică, în timp ce dacă nu există E, sarcina de testare nu experimentează forța electrică.
Uită-te la figura din lateral.
În figura 1, sarcina +q1 și sarcina +q2 produce un E în spațiul înconjurător. Când sarcina de test +qo este plasată într-un punct din spațiu, sarcina de test +qo experimentează forța electrică. F1 este forța electrică exercitată de sarcina +q1 pe sarcina de testare +qo, și F2 este forța electrică exercitată de sarcina +q2 pe sarcina de testare +qoÎn Figura 2, când sarcina de testare este îndepărtată, E rămâne și nu dispare din acel punct. E1 este un câmp electric produs de o sarcină electrică +q1și E.2 este un E produs de o sarcină electrică +q2.
Magnitudinea câmpului electric
E este o mărime vectorială, în care câmpul electric are o magnitudine și o direcție. Magnitudinea unui E este de obicei denumită intensitate a lui E. Intensitatea lui E într-un punct este definită ca forța electrică exercitată de o sarcină electrică asupra unei sarcini de test pozitive plasate în acel punct, împărțită la mărimea sarcinii de test.
E = intensitatea câmpului electric
F = forță electrică
q = sarcina de testare
Unitatea de măsură a forței electrice este Newton-ul, iar unitatea de măsură a sarcinii electrice este Coulomb-ul, astfel încât unitatea de măsură a lui E este Newton/Coulomb, prescurtată N/C.
Direcția câmpului electric
În Figura 1a, o sarcină electrică pozitivă (+Q) exercită forța electrică asupra sarcinii de test pozitive (+q), unde direcția forței electrice (F) este opusă sarcinii +Q.
În Figura 1b, când sarcina de testare este îndepărtată, în acest punct există un câmp electric (E) a cărui direcție este opusă sarcinii electrice Q.
În Figura 2a, o sarcină electrică negativă (-Q) exercită forța electrică într-o sarcină de test pozitivă (+q), unde direcția forței electrice (F) se apropie de sarcina -Q.
În Figura 2b, când sarcina de test este îndepărtată, în acest punct există un câmp electric (E) a cărui direcție este apropiată de sarcina electrică -Q.
Pe baza figurii și explicației de mai sus, se poate concluziona că direcția câmpului electric este opusă sarcinii electrice pozitive și se apropie de sarcina electrică negativă.
Linii de câmp electric
E este generat de un incarcare electrica și afectează spațiul din jurul sarcinii electrice, unde influența lui E este resimțită doar de alte sarcini electrice. Când o altă sarcină electrică se află în E generat de o sarcină electrică, o altă sarcină electrică sesizează influența unei forțe electrice.
Înțelegerea câmpului electric de mai sus, așa cum este descrisă în articolul despre E, poate fi realizată cu ajutorul minții, dar poate fi doar imaginată în minte. Pentru a vizualiza un E, sunt prezentate liniile câmpului electric. Liniile câmpului electric sunt un set de linii trasate în jurul unei sarcini electrice pentru a indica existența unui câmp electric. Deoarece își propune să arate prezența unui E, există o legătură între aceste linii cu un E. Cu alte cuvinte, magnitudinea și direcția lui E pot fi explicate prin trasarea liniilor câmpului electric.
Următoarea este relația dintre direcție și intensitatea câmpului electric cu liniile câmpului electric:
În primul rând, direcția lui E se îndepărtează de sarcina pozitivă și se apropie de sarcina negativă. Astfel, direcția liniilor de câmp electric se îndepărtează și ea de sarcina pozitivă și se apropie de sarcina negativă.
Dacă sarcina pozitivă este adiacentă sarcinii negative, liniile câmpului electric sunt trasate din sarcina pozitivă către sarcina negativă. Invers, dacă o sarcină pozitivă este adiacentă unei sarcini pozitive, liniile câmpului electric sunt trasate din fiecare sarcină pozitivă și se îndepărtează una de cealaltă.
În al doilea rând, intensitatea câmpului electric este reprezentată de distanța dintre liniile câmpului electric. Cu cât distanța dintre liniile câmpului electric este mai mică, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mare, iar cu cât distanța dintre liniile câmpului electric este mai mare, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mică.
De ce, cu cât distanța dintre linii este mai mică, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mare? Pentru a înțelege acest lucru, consultați următoarea explicație. Să presupunem că o sarcină pozitivă se află în centrul sferei și că liniile câmpului electric se răspândesc în diferite direcții pe suprafața sferei. Dacă numărul de linii de câmp electric este N și aria suprafeței sferei este 4πr2, atunci numărul de linii pe unitatea de suprafață sau densitatea liniilor este N / 4πr2Pe baza acestei formule, pentru același N, dacă r devine mai mic, distanța dintre linii se apropie, iar dacă r devine mai semnificativ, distanța dintre linii se îndepărtează.
Formula intensității câmpului electric E = kq / r2 arată, de asemenea, că intensitatea câmpului electric este invers proporțională cu pătratul distanței. Dacă r este mai mic, atunci intensitatea câmpului electric devine mai pronunțată, iar dacă r devine mai pronunțat, atunci intensitatea câmpului electric devine mai mică.
Pe baza analizei de mai sus, se poate concluziona că, dacă r scade (cu cât se apropie de sarcină), intensitatea câmpului electric crește, iar distanța dintre linii se apropie și ea. Invers, dacă r devine mai proeminent (cu cât persoana este mai departe de sarcină), intensitatea câmpului electric scade, iar distanța dintre linii se îndepărtează și ea.
În al treilea rând, numărul de linii E este proporțional cu intensitatea câmpului electric. Cu cât sunt mai multe linii de câmp electric, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mare. Cu cât sunt mai puține linii de câmp electric, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mică.
