Električno polje

Naučite se tudi Razprava o vprašanjih električnega polja dan Primeri 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

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

Da bi preverili, ali v prostoru obstaja polje, predpostavimo, da obstaja eno preskusna obremenitev v tem prostoru. Preskusni naboj je naboj (Q), ki je tako majhen, da ustvarja zelo majhno polje in ga zato lahko zanemarimo. Vendar pa lahko preskusni naboj čuti vpliv polja, ki ga ustvarjajo drugi električni naboji. Preskusni naboj je prisoten le zato, da se preveri, ali električno polje obstaja. Če obstaja, bo preskusni naboj zagotovo občutil vpliv v obliki električna sila obratno, če ga ni, testnega naboja ne bo. električna sila.

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.