Artikel om det elektriska fältet
Angående elektrisk laddning lärde man sig att lika laddningar stöter bort varandra, medan olika laddningar attraherar varandra. Om ett positivt laddat föremål förs nära ett negativt laddat föremål, dras de två föremålen samman så att de rör sig mot varandra. Omvänt, om ett positivt laddat föremål förs nära ett positivt laddat föremål, stöter de två föremålen bort varandra så att de rör sig bort från varandra. Som studerats med hjälp av Coulombs lag kan elektriskt laddade föremål accelerera andra elektriskt laddade föremål eftersom det finns en elektrisk kraft som verkar mellan dessa elektriskt laddade föremål. Den elektriska kraft som utövas av ett elektriskt laddat föremål på andra elektriskt laddade föremål är ett exempel på en kraft som kan verka utan kontakt. Ett annat exempel på kraften som kan verka på avstånd är tyngdkraften . Gravitationskraften utövas av ett massobjekt på andra massobjekt.
Friktionskraft , axialkraft och normalkraft är exempel på krafter som är lätta att förstå eftersom dessa krafter verkar när kontakt uppstår. Tvärtom är den elektriska kraften ett exempel på en kraft som är svår att förstå eftersom denna kraft kan verka från ett visst avstånd utan beröring. För att förstå den elektriska kraft som kan verka från ett visst avstånd används konceptet elektriskt fält. Konceptet med elektriskt fält utvecklades av den brittiske vetenskapsmannen Michael Faraday (1791-1867).
Definition av det elektriska fältet (E)
Anta att ett glas från början var elektriskt neutralt. Efter att ha gnuggats med en trasa blir glasstaven elektriskt laddad. När glasstaven blir elektriskt laddad uppstår samtidigt ett elektriskt fält runt glaset. Om glaset blir neutralt försvinner det elektriska fältet samtidigt. Så existensen av ett E kan inte separeras från närvaron av en elektrisk laddning. E är inte en typ av substans som luft och inte en typ av våg, som elektromagnetiska vågor. Ett E är något som orsakas av en elektrisk laddning och påverkar utrymmet runt en elektrisk laddning, där andra elektriska laddningar bara känner av inflytandet av ett E.
För att testa om det finns ett E i ett rum antas det att det finns en testladdning i det utrymmet. Testladdningen är en minimal laddning (Q) så att laddningen producerar ett elektriskt fält som är litet, så det kan ignoreras. Testladdningen kan dock känna av påverkan av det elektriska fält som genereras av andra elektriska laddningar. Testladdningen presenteras endast för att undersöka om det finns ett E. Om det finns ett E i utrymmet,
Testladdningen måste uppleva den elektriska kraften, medan om det inte finns någon E, upplever testladdningen inte den elektriska kraften.
Titta på figuren på sidan.
I figur 1 producerar laddningen +q1 och laddningen +q2 ett E i det omgivande rummet. När testladdningen +qo placeras i en punkt i rummet, upplever testladdningen +qo den elektriska kraften. F1 är den elektriska kraft som utövas av laddningen +q1 på testladdningen +qo , och F2 är den elektriska kraft som utövas av laddningen +q2 på testladdningen +qo . I figur 2, när testladdningen avlägsnas, kvarstår E och försvinner inte från den punkten. E1 är ett elektriskt fält som produceras av en elektrisk laddning +q1 , och E2 är ett E som produceras av en elektrisk laddning + q2.
Storleken på det elektriska fältet
E är en vektorstorhet, där det elektriska fältet har en magnitud och riktning. Storleken på ett E kallas vanligtvis för en E-styrka. Styrkan på E 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 storlek.
E = elektrisk fältstyrka
F = elektrisk kraft
q = testladdning
Enheten för elektrisk kraft är Newton och enheten för elektrisk laddning är Coulomb, så enheten för E är Newton / Coulomb, förkortat N/C.
Det elektriska fältets riktning
I figur 1a utövar en positiv elektrisk laddning (+Q) den elektriska kraften på den positiva testladdningen (+q), där den elektriska kraftens (F) riktning är bort från laddningen +Q.
I figur 1b, när testladdningen avlägsnas, finns det vid denna punkt ett elektriskt fält (E) vars riktning är bort från den elektriska laddningen Q.
I figur 2a utövar en negativ elektrisk laddning (-Q) den elektriska kraften i en positiv testladdning (+q), där riktningen för den elektriska kraften (F) närmar sig laddningen -Q.
I figur 2b, när testladdningen avlägsnas, finns det vid denna punkt ett elektriskt fält (E) vars riktning är nära den elektriska laddningen -Q.
Baserat på figuren och förklaringen ovan kan man dra slutsatsen att det elektriska fältet är riktat bort från den positiva elektriska laddningen och närmar sig den negativa elektriska laddningen.
Elektriska fältlinjer
E genereras av en elektrisk laddning och påverkar utrymmet runt den elektriska laddningen, där E:s inflytande endast känns av andra elektriska laddningar. När en annan elektrisk laddning finns i E:et som genereras av en elektrisk laddning, känner en annan elektrisk laddning av inflytandet av en elektrisk kraft.
Att förstå det elektriska fältet ovan, som beskrivs i artikeln om E, kan uppnås med förståndet men kan bara föreställas med förståndet. För att visualisera ett E presenteras elektriska fältlinjer. Elektriska fältlinjer är en uppsättning linjer som ritats runt en elektrisk laddning för att indikera förekomsten av ett elektriskt fält. Eftersom det syftar till att visa närvaron av ett E, finns det ett samband mellan dessa linjer med ett E. Med andra ord kan E:s storlek och riktning förklaras genom att rita elektriska fältlinjer.
Följande är förhållandet mellan riktning och elektrisk fältstyrka med elektriska fältlinjer:
Först rör sig E:s riktning bort från den positiva laddningen och närmar sig den negativa laddningen. Således är riktningen för de elektriska fältlinjerna också bort från den positiva laddningen och närmar sig den negativa laddningen.
Om den positiva laddningen ligger intill den negativa laddningen, dras de elektriska fältlinjerna ut från den positiva laddningen till den negativa laddningen. Omvänt, om en positiv laddning ligger intill en positiv laddning, dras de elektriska fältlinjerna ut från varje positiv laddning och bort från varandra.
För det andra representeras den elektriska fältstyrkan av avståndet mellan de elektriska fältlinjerna. Ju närmare avståndet mellan de elektriska fältlinjerna är, desto högre är det elektriska fältets styrka och ju längre avståndet mellan de elektriska fältlinjerna är, desto mindre är det elektriska fältets styrka.
Varför är det så att ju närmare avståndet mellan ledningarna är, desto högre är det elektriska fältets styrka? För att förstå detta, titta på följande förklaring. Antag att en positiv laddning finns i sfärens centrum och att de elektriska fältlinjerna sprider sig i olika riktningar över sfärens yta. Om antalet elektriska fältlinjer är N och sfärens yta är 4πr² , då är antalet linjer per ytenhet eller linjetätheten N / 4πr² . Baserat på denna formel, för samma N, om r blir mindre, blir avståndet mellan linjerna närmare och om r blir mer signifikant blir avståndet mellan linjerna längre bort.
Formeln för elektrisk fältstyrka E = kq / r² visar också att den elektriska fältstyrkan är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet. Om r är mindre blir den elektriska fältstyrkan mer framträdande, och om r blir mer framträdande blir den elektriska fältstyrkan mindre.
Baserat på ovanstående granskning kan man dra slutsatsen att om r blir mindre (närmare laddningen) blir det elektriska fältets styrka större och avståndet mellan ledningarna blir också närmare. Omvänt, om r blir mer framträdande (ju längre bort från laddningen), blir det elektriska fältets styrka mindre och avståndet mellan ledningarna blir också längre bort.
För det tredje är antalet E-linjer proportionellt mot den elektriska fältstyrkan. Ju fler elektriska fältlinjer, desto högre är den elektriska fältstyrkan. Ju färre elektriska fältlinjer, desto mindre är den elektriska fältstyrkan.
