Elektriskt fält

Lär dig också Diskussion om elektriska fältfrågor dan Exempelfrågor för elektriska fält

För att underlätta förståelsen av den elektriska kraft som kan verka på avstånd introducerades konceptet med ett fält. Konceptet med ett elektriskt fält utvecklades av den brittiske vetenskapsmannen Michael Faraday (1791–1867).

Definition

Anta att en glasstav initialt är elektriskt neutral. Efter att ha gnuggats med en trasa blir glasstavan elektriskt laddad. När glasstavan har elektrisk laddning, samtidigt uppstår ett fält runt glasstaven. Om glasstaven blir neutral försvinner fältet från rymden. Så existensen av ett fält är oskiljaktig från närvaron av en elektrisk laddning. Ett elektriskt fält är inte en typ av ämne som luft eller en typ av våg som elektromagnetiska vågor, utan snarare något som genereras av en elektrisk laddning och påverkar rymden runt den elektriska laddningen, där dess inflytande endast känns av andra elektriska laddningar.

För att testa om det finns ett fält i ett rum antas det att det finns ett testbelastning i det utrymmet. Testladdningen är en laddning (Q) som är så liten att den producerar ett mycket litet fält och därför kan ignoreras. Testladdningen kan dock känna av påverkan av fältet som genereras av andra elektriska laddningar. Testladdningen finns endast för att undersöka om ett elektriskt fält existerar. Om det finns ett, kommer testladdningen definitivt att uppleva en påverkan i form av elektrisk kraft omvänt, om den inte finns där, kommer testladdningen inte att upplevas elektrisk kraft.

Titta på bilden på sidan.
I figur 1 är laddningen +q₁ och laddning +q₂ producerar ett elektriskt fält i det omgivande rummet. När en testladdning +q placeras_o vid en punkt i rymden, testladdningen +q_o upplever elektrisk kraft. F₁ är den elektriska kraften som utövas av laddningen +q₁ vid testladdning +q_o och F₂ är den elektriska kraften som utövas av laddningen +q₂ vid testladdning +q_oI figur 2, när testladdningen tas bort, kvarstår fältet och försvinner inte från den punkten. E₁ är fältet som produceras av en elektrisk laddning +q₁ och E₂ är fältet som produceras av en elektrisk laddning +q₂.

Fältstyrka

Ett elektriskt fält är en vektorstorhet som har både magnitud och riktning. Den elektriska fältstyrkan i en punkt definieras som den elektriska kraft som utövas av en elektrisk laddning på en positiv testladdning placerad i den punkten, dividerat med testladdningens magnitud.
Sammanfattning:
E = fältstyrka
F = elektrisk kraft
q = testladdningens storlek
Sammanfattning:
Q = elektrisk laddning
r = avståndet mellan elektrisk laddning och testladdning
(läs: epsilon noll) = permittiviteten för tomrummet = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Coulombkonstant = 9 x 10⁹ nm²/C²

Enheten för elektrisk kraft är Newton och enheten för elektrisk laddning är Coulomb, så enheten för fält är Newton/Coulomb, förkortat N/C.

arah

 
Titta på bilden på sidan
På Figur 1a, en positiv elektrisk laddning (+Q) utövar en elektrisk kraft på en positiv testladdning (+q), där den elektriska kraftens (F) riktning är bort från +Q-laddningen.
På Figur 1b, när testladdningen avlägsnas, finns det vid den punkten ett fält (E) vars riktning är bort från den elektriska laddningen Q.
På Figur 2a, en negativ elektrisk laddning (-Q) utövar en elektrisk kraft på en positiv testladdning (+q), där riktningen för den elektriska kraften (F) närmar sig -Q-laddningen.
På Figur 2b, när testladdningen avlägsnas, finns det vid den punkten ett fält (E) vars riktning är nära den elektriska laddningen -Q.
Baserat på bilden och förklaringen ovan kan man dra slutsatsen att fältets riktning är bort från den positiva elektriska laddningen och mot den negativa elektriska laddningen.

Problem exempel

1. Punkt A är belägen i ett elektriskt fält. Den elektriska fältstyrkan vid punkt A är 0,4 N/C. Om ett föremål med en laddning på 0,2 C placeras vid punkt A, uppstår en Coulombkraft på...
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
Ö. 0,8 N
Diskussion:
Det är känt :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 °C
Frågade :
Elektrisk kraft?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Det rätta svaret är E.

2. En laddad punkt q är vid punkt A i det elektriska fältet som genereras av laddningen (+) så att den upplever en kraft på 0,1 N i riktning mot laddningen q. Om fältstyrkan vid punkt A är 0,02 N/C, då är laddningens storlek och typ q...
A. 5,0 C, positiv
B. 5,0 C, negativ
C. 4,0 C, positiv
D. 2,5 C, negativ
E. 2,5 C, positiv
Diskussion:
Det är känt :
F = 0,1N
E = 0,02 N/C
Frågade :
Vad är laddningens storlek och riktning q?
Jawab :
Laddningens storlek q:
F = q E
q = F/E = 0,1 N: 0,02 N/C = 5C
Typ av laddning q:
Coulombkraftens riktning är mot laddningen q, så laddningen q måste ha ett positivt värde.