Električno polje

Preučite tudi razpravo o vprašanjih o električnem polju in primere vprašanj o električnem polju.

Za lažje razumevanje električne sile, ki lahko deluje na daljavo, je bil uveden koncept polja. Koncept električnega polja je razvil britanski znanstvenik Michael Faraday (1791–1867).

Razumevanje

Recimo, da je steklena palica sprva električno nevtralna. Ko jo podrgnemo s krpo, postane električno nabita. Ko ima steklena palica električni naboj , se okoli nje hkrati pojavi polje. Če steklena palica postane nevtralna, polje hkrati izgine iz prostora. Torej je obstoj polja neločljiv od prisotnosti električnega naboja. Električno polje ni vrsta snovi kot zrak in ni vrsta valovanja kot elektromagnetni valovi, temveč je nekaj, kar ustvari električni naboj in vpliva na prostor okoli električnega naboja, kjer njegov vpliv čutijo le drugi električni naboji.

Da bi preverili, ali polje v prostoru obstaja, predpostavimo, da je v tem prostoru testni naboj . Testni naboj je naboj (Q), ki je tako majhen, da ustvari zelo majhno polje in ga zato lahko zanemarimo. Vendar pa lahko testni naboj čuti vpliv polja, ki ga ustvarjajo drugi električni naboji. Testni naboj je prisoten le zato, da se preveri, ali električno polje obstaja. Če obstaja, bo testni naboj občutil vpliv v obliki električne sile. Nasprotno, če ga ni, testni naboj ne bo občutil električne sile.

Poglej sliko ob strani.
Na sliki 1 je naboj +q₁ in naboj +q₂ ustvari električno polje v okoliškem prostoru. Ko se nanj namesti testni naboj +q_o v točki v prostoru, testni naboj +q_o doživlja električno silo. F₁ je električna sila, ki jo izvaja naboj +q₁ pri testnem naboju +q_o in F.₂ je električna sila, ki jo izvaja naboj +q₂ pri testnem naboju +q_oNa sliki 2 polje ostane in ne izgine od te točke naprej, ko je testni naboj odstranjen. E₁ je polje, ki ga ustvarja električni naboj +q₁ in E₂ je polje, ki ga ustvarja električni naboj +q₂.

Moč polja

Električno polje je vektorska količina, ki ima tako velikost kot smer. Jakost električnega polja v točki je definirana kot električna sila, ki jo električni naboj izvaja na pozitivni testni naboj, nameščen v tej točki, deljena z velikostjo testnega naboja.
Informacije:
E = jakost polja
F = električna sila
q = velikost testnega naboja
Informacije:
Q = električni naboj
r = razdalja med električnim nabojem in testnim nabojem
(beri: epsilon nič) = permitivnost praznega prostora = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulombova konstanta = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Enota za električno silo je Newton, enota za električni naboj pa Coulomb, zato je enota za polje Newton/Coulomb, skrajšano N/C.

arah

 
Poglej sliko ob strani
Vklopljeno Slika 1aPozitivni električni naboj (+Q) izvaja električno silo na pozitivni testni naboj (+q), kjer je smer električne sile (F) stran od naboja +Q.
Vklopljeno Slika 1b, ko odstranimo testni naboj, na tej točki nastane polje (E), katerega smer je stran od električnega naboja Q.
Vklopljeno Slika 2a, negativni električni naboj (-Q) izvaja električno silo na pozitivni testni naboj (+q), kjer se smer električne sile (F) približuje naboju -Q.
Vklopljeno Slika 2b, ko odstranimo testni naboj, na tej točki nastane polje (E), katerega smer je blizu smeri električnega naboja -Q.
Na podlagi zgornje slike in razlage lahko sklepamo, da je smer polja stran od pozitivnega električnega naboja in proti negativnemu električnemu naboju.

Primer težav

1. Točka A se nahaja v električnem polju. Jakost električnega polja v točki A je 0,4 N/C. Če v točko A postavimo predmet z nabojem 0,2 C, bo nanj delovala Coulombova sila...
A. 0,2 N
B. 0,4 S
C. 0,6 N
D. 0,7 S
V. 0,8 S
Razprava:
Znano je :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 °C
Vprašal :
Električna sila?
Jawab :
F = q E = (0,2 °C)(4 N/C) = 0,8 N
Pravilen odgovor je E.

2. Nabita točka q je v točki A v električnem polju, ki ga ustvarja naboj (+), tako da nanj deluje sila 0,1 N v smeri proti naboju q. Če je jakost polja v točki A 0,02 N/C, potem sta velikost in vrsta naboja q ...
A. 5,0 °C, pozitivno
B. 5,0 °C, negativno
C. 4,0 °C, pozitivno
D. 2,5 °C, negativno
E. 2,5 °C, pozitivno
Razprava:
Znano je :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Vprašal :
Kakšna je velikost in smer naboja q?
Jawab :
Velikost naboja q:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Vrsta naboja q:
Smer Coulombove sile je proti naboju q, zato mora imeti naboj q pozitivno vrednost.