Elektrické pole

Článok o elektrickom poli

V súvislosti s elektrickým nábojom sa zistilo, že rovnaké náboje sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo odlišné náboje sa navzájom priťahujú. Ak sa kladne nabitý objekt priblíži k záporne nabitému objektu, tieto dva objekty sa k sebe pritiahnu, takže sa pohybujú smerom k sebe. Naopak, ak sa kladne nabitý objekt priblíži ku kladne nabitému objektu, tieto dva objekty sa navzájom odpudzujú, takže sa od seba vzďaľujú. Ako sa uvádza v štúdiu Coulombovho zákona, elektricky nabité objekty môžu urýchľovať iné elektricky nabité objekty, pretože medzi týmito elektricky nabitými objektmi pôsobí elektrická sila. Elektrická sila, ktorú vyvíja elektricky nabitý objekt na iné elektricky nabité objekty, je jedným príkladom sily, ktorá môže pôsobiť bez kontaktu. Ďalším príkladom sily, ktorá môže pôsobiť na diaľku, je gravitačná sila . Gravitačná sila je vyvíjaná hmotným objektom na iné hmotné objekty.

Trecia sila, ťahová sila, normálová sila sú príklady síl, ktoré sú ľahko pochopiteľné, pretože tieto sily pôsobia pri kontakte. Naopak, elektrická sila je príkladom sily, ktorú je ťažké pochopiť, pretože táto sila môže pôsobiť z určitej vzdialenosti bez dotyku. Na pochopenie elektrickej sily, ktorá môže pôsobiť z určitej vzdialenosti, sa objavuje koncept elektrického poľa. Koncept elektrického poľa vyvinul britský vedec Michael Faraday (1791-1867).

Definícia elektrického poľa (E)

Predpokladajme, že sklo bolo spočiatku elektricky neutrálne. Po trení handričkou sa sklenená tyčinka elektricky nabije. Keď sa sklenená tyčinka elektricky nabije, súčasne sa okolo skla objaví elektrické pole. Ak sa sklo stane neutrálnym, zároveň elektrické pole zmizne. Existenciu elektrického náboja teda nemožno oddeliť od prítomnosti elektrického náboja. Elektrický náboj nie je druh látky ako vzduch ani typ vlny, ako sú elektromagnetické vlny. Elektrický náboj je niečo, čo je spôsobené elektrickým nábojom a ovplyvňuje priestor okolo neho, zatiaľ čo iné elektrické náboje pociťujú vplyv elektrického náboja.

Na overenie prítomnosti E v miestnosti sa predpokladá, že v danom priestore sa nachádza testovací náboj. Testovací náboj je minimálny náboj. (Q) takže náboj vytvára malé elektrické pole, takže ho možno ignorovať. Testovací náboj však môže pociťovať vplyv elektrického poľa generovaného inými elektrickými nábojmi. Testovací náboj sa prezentuje iba na zistenie, či sa v priestore nachádza E. Ak sa v priestore nachádza E,

Na testovací náboj musí pôsobiť elektrická sila, zatiaľ čo ak nie je prítomné žiadne E, testovací náboj elektrickú silu nepôsobí.

Pozrite sa na postavu na boku.

Na obrázku 1 je náboj +q₁ a náboj +q₂ vytvoria E v okolitom priestore. Keď testovací náboj +q_o je umiestnený v bode v priestore, testovací náboj +q_o zažíva elektrickú silu. F₁ je elektrická sila, ktorou pôsobí náboj +q₁ na testovacom náboji +q_oa F₂ je elektrická sila vyvíjaná nábojom +q₂ na testovacom náboji +q_oNa obrázku 2, keď sa testovací náboj odstráni, E zostáva a od tohto bodu nezmizne. E₁ je elektrické pole vytvorené elektrickým nábojom +q₁a E₂ je E vytvorené elektrickým nábojom +q₂.

Veľkosť elektrického poľa

E je vektorová veličina, kde elektrické pole má veľkosť a smer. Veľkosť E sa zvyčajne označuje ako sila E. Sila E v bode je definovaná ako sila elektriny, ktorou elektrický náboj pôsobí na kladný testovací náboj umiestnený v tomto bode, delená veľkosťou testovacieho náboja.

E = intenzita elektrického poľa

F = elektrická sila

q = testovací náboj

Jednotkou elektrickej sily je Newton a jednotkou elektrického náboja je Coulomb, takže jednotka E je Newton / Coulomb, skrátene N/C.

Smer elektrického poľa

Na obrázku 1a kladný elektrický náboj (+Q) pôsobí elektrickou silou na kladný testovací náboj (+q), pričom smer elektrickej sily (F) je od náboja +Q.

Na obrázku 1b, keď sa testovací náboj odstráni, v tomto bode existuje elektrické pole (E), ktorého smer je odklonený od elektrického náboja Q.

Na obrázku 2a pôsobí záporný elektrický náboj (-Q) elektrickou silou v kladnom testovacom náboji (+q), kde smer elektrickej sily (F) sa blíži k náboju -Q.

Na obrázku 2b, keď sa testovací náboj odstráni, v tomto bode vzniká elektrické pole (E), ktorého smer je blízky smeru elektrického náboja -Q.

Na základe vyššie uvedeného obrázku a vysvetlenia možno usudzovať, že smer elektrického poľa je od kladného elektrického náboja a približuje sa k zápornému elektrickému náboju.

Elektrické siločiary

E je generované nabíjačka a ovplyvňuje priestor okolo elektrického náboja, kde vplyv E pociťujú iba iné elektrické náboje. Keď sa v E generovanom elektrickým nábojom nachádza iný elektrický náboj, iný elektrický náboj vníma vplyv elektrickej sily.

Pochopenie elektrického poľa vyššie, ako je opísané v článku o E, sa dá dosiahnuť mysľou, ale dá sa len predstaviť v mysli. Na vizualizáciu E sa prezentujú siločiary elektrického poľa. Siločiary elektrického poľa sú súborom čiar nakreslených okolo elektrického náboja, ktoré naznačujú existenciu elektrického poľa. Keďže cieľom je ukázať prítomnosť E, existuje spojenie medzi týmito čiarami a E. Inými slovami, veľkosť a smer E možno vysvetliť nakreslením siločiar elektrického poľa.

Nasleduje vzťah medzi smerom a intenzitou elektrického poľa s čiarami elektrického poľa:

Po prvé, smer E sa vzďaľuje od kladného náboja a približuje sa k zápornému náboju. Smer siločiar elektrického poľa je teda tiež od kladného náboja a približuje sa k zápornému náboju.

Ak kladný náboj susedí so záporným nábojom, siločiary elektrického poľa sú vykreslené z kladného náboja smerom k zápornému náboju. Naopak, ak kladný náboj susedí s kladným nábojom, siločiary elektrického poľa sú vykreslené z každého kladného náboja a smerom od seba.

Po druhé, intenzita elektrického poľa je reprezentovaná vzdialenosťou medzi siločiarami elektrického poľa. Čím je vzdialenosť medzi čiarami elektrického poľa bližšia, tým je intenzita elektrického poľa vyššia a čím je vzdialenosť medzi čiarami elektrického poľa väčšia, tým je intenzita elektrického poľa menšia.

Prečo platí, že čím je vzdialenosť medzi čiarami menšia, tým vyššia je sila elektrického poľa? Aby sme to pochopili, pozrime sa na nasledujúce vysvetlenie. Predpokladajme, že v strede gule je kladný náboj a siločiary elektrického poľa sa rozprestierajú rôznymi smermi cez povrch gule. Ak je počet siločiar elektrického poľa N a povrch gule je 4πr², potom je počet čiar na jednotku plochy alebo hustota čiar N / 4πr²Na základe tohto vzorca, pre rovnaké N, ak sa r zmenší, vzdialenosť medzi čiarami sa zväčší a ak sa r zväčší, vzdialenosť medzi čiarami sa zväčší.

Vzorec pre intenzitu elektrického poľa E = kq / r² tiež ukazuje, že sila elektrického poľa je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti. Ak je r menšie, potom je sila elektrického poľa výraznejšia a ak je r výraznejšie, potom sa sila elektrického poľa zmenšuje.

Na základe vyššie uvedeného prehľadu možno konštatovať, že ak sa r zmenšuje (blížime sa k náboju), intenzita elektrického poľa sa zväčšuje a vzdialenosť medzi čiarami sa tiež približuje. Naopak, ak je r výraznejšie (čím ďalej od náboja), intenzita elektrického poľa sa zmenšuje a vzdialenosť medzi čiarami sa tiež zvyšuje.

Po tretie, počet siločiar E je úmerný intenzite elektrického poľa. Čím viac siločiar elektrického poľa, tým vyššia je intenzita elektrického poľa. Čím menej siločiar elektrického poľa, tým menšia je intenzita elektrického poľa.