Uwanja wa umeme

Makala kuhusu uwanja wa umeme

Kuhusu mada ya chaji ya umeme, ilijifunza kwamba kama chaji hurudishana, huku tofauti na chaji zikivutiana. Ikiwa kitu chenye chaji chanya kinaletwa karibu na kitu chenye chaji hasi, vitu hivyo viwili huvutana ili visogeleane. Kinyume chake, ikiwa kitu chenye chaji chanya kinaletwa karibu na kitu chenye chaji chanya, basi vitu hivyo viwili hurudishana ili visogeleane. Kama ilivyosomwa kuhusu mada ya sheria ya Coulomb, vitu vyenye chaji chanya vinaweza kuharakisha vitu vingine vyenye chaji chanya kwa sababu kuna nguvu ya umeme inayofanya kazi kati ya vitu hivi vyenye chaji chanya. Nguvu ya umeme inayotolewa na kitu chenye chaji chanya kwa umeme kwenye vitu vingine vyenye chaji chanya ni mfano mmoja wa nguvu inayoweza kutenda bila kugusana. Mfano mwingine wa nguvu inayoweza kutenda kwa mbali ni nguvu ya uvutano . Nguvu ya uvutano hutolewa na kitu chenye uzito kwenye vitu vingine vyenye uzito.

Nguvu ya msuguano , nguvu ya kusukuma, nguvu ya kawaida ni mifano ya nguvu ambazo ni rahisi kuelewa kwa sababu nguvu hizi hufanya kazi wakati mguso unapotokea. Kinyume chake, nguvu ya umeme ni mfano wa nguvu ambayo ni vigumu kuelewa kwa sababu nguvu hii inaweza kufanya kazi kutoka umbali fulani bila kugusa. Ili kuelewa nguvu ya umeme inayoweza kutenda kutoka umbali fulani, dhana ya uwanja wa umeme inaonekana. Dhana ya uwanja wa umeme ilitengenezwa na mwanasayansi wa Uingereza Michael Faraday (1791-1867).

Ufafanuzi wa uwanja wa umeme (E)

Tuseme kioo kilikuwa na upendeleo wa umeme mwanzoni. Baada ya kusuguliwa kwa kitambaa, fimbo ya kioo huwa na upendeleo wa umeme. Fimbo ya kioo ikichajiwa umeme, wakati huo huo, uwanja wa umeme huonekana kuzunguka kioo. Ikiwa kioo kinageuka kuwa na upendeleo, wakati huo huo uwanja wa umeme hutoweka. Kwa hivyo, uwepo wa E hauwezi kutenganishwa na uwepo wa chaji ya umeme. E si aina ya dutu kama hewa na si aina ya wimbi, kama mawimbi ya sumakuumeme. E ni kitu kinachosababishwa na chaji ya umeme na huathiri nafasi inayozunguka chaji ya umeme, ambapo chaji zingine za umeme huhisi tu ushawishi wa E.

Ili kupima kama kuna E katika chumba, inadhaniwa kuwa kuna chaji ya majaribio katika nafasi hiyo. Chaji ya majaribio ni chaji ndogo (Q) ili chaji itoe uwanja wa umeme ambao ni mdogo, ili uweze kupuuzwa. Hata hivyo, chaji ya majaribio inaweza kuhisi ushawishi wa uwanja wa umeme unaotokana na chaji zingine za umeme. Chaji ya majaribio huwasilishwa tu ili kuchunguza kama kuna E. Ikiwa kuna E katika nafasi hiyo,

Chaji ya majaribio lazima ipate nguvu ya umeme, ilhali ikiwa hakuna E, chaji ya majaribio haipati nguvu ya umeme.

Angalia umbo lililo pembeni.

Katika Mchoro 1, chaji +q ₁ na chaji +q ₂ hutoa E katika nafasi inayozunguka. Chaji ya jaribio +q _o inapowekwa katika sehemu fulani angani, chaji ya jaribio +q _o hupata nguvu ya umeme. F ₁ ni nguvu ya umeme inayotolewa na chaji +q ₁ kwenye chaji ya jaribio +q _o , na F ₂ ni nguvu ya umeme inayotolewa na chaji +q ₂ kwenye chaji ya jaribio +q _o . Katika Mchoro 2, chaji ya jaribio inapoondolewa, E hubaki na haipotei kutoka sehemu hiyo. E ₁ ni uwanja wa umeme unaozalishwa na chaji ya umeme +q ₁ , na E ₂ ni E inayozalishwa na chaji ya umeme +q ₂.

Ukubwa wa uwanja wa umeme

E ni kiasi cha vekta, ambapo uwanja wa umeme una ukubwa na mwelekeo. Ukubwa wa E kwa kawaida hujulikana kama nguvu ya E. Nguvu ya E katika sehemu fulani hufafanuliwa kama nguvu ya umeme inayotolewa na chaji ya umeme kwenye chaji chanya ya jaribio iliyowekwa katika sehemu hiyo, ikigawanywa na ukubwa wa chaji ya jaribio.

E = nguvu ya uwanja wa umeme

F = nguvu ya umeme

q = ada ya majaribio

Kitengo cha nguvu ya umeme ni Newton, na kitengo cha chaji ya umeme ni Coulomb ili kitengo cha E ni Newton / Coulomb, kilichofupishwa kama N/C.

Mwelekeo wa uwanja wa umeme

Katika Mchoro 1a, chaji chanya ya umeme (+Q) hutumia nguvu ya umeme kwenye chaji chanya ya jaribio (+q), ambapo mwelekeo wa nguvu ya umeme (F) uko mbali na chaji ya +Q.

Katika Mchoro 1b, wakati chaji ya majaribio inapoondolewa, katika hatua hii kuna uwanja wa umeme (E) ambao mwelekeo wake uko mbali na chaji ya umeme Q.

Katika Mchoro 2a, chaji hasi ya umeme (-Q) hutumia nguvu ya umeme katika chaji chanya ya jaribio (+q), ambapo mwelekeo wa nguvu ya umeme (F) unakaribia chaji -Q.

Katika Mchoro 2b, wakati chaji ya majaribio inapoondolewa, katika hatua hii kuna uwanja wa umeme (E) ambao mwelekeo wake uko karibu na chaji ya umeme -Q.

Kulingana na mchoro na maelezo hapo juu, inaweza kuhitimishwa kwamba mwelekeo wa uwanja wa umeme uko mbali na chaji chanya ya umeme na unakaribia chaji hasi ya umeme.

Mistari ya uwanja wa umeme

E huzalishwa na chaji ya umeme na huathiri nafasi inayozunguka chaji ya umeme, ambapo ushawishi wa E huhisiwa tu na chaji zingine za umeme. Wakati chaji nyingine ya umeme iko katika E huzalishwa na chaji ya umeme, chaji nyingine ya umeme huhisi ushawishi wa nguvu ya umeme.

Kuelewa uga wa umeme hapo juu, kama ilivyoelezwa katika makala kuhusu E, kunaweza kugunduliwa kwa akili lakini kunaweza kufikiriwa tu akilini. Ili kuibua E, mistari ya uga wa umeme huwasilishwa. Mistari ya uga wa umeme ni seti ya mistari inayochorwa kuzunguka chaji ya umeme ili kuonyesha uwepo wa uga wa umeme. Kwa sababu inalenga kuonyesha uwepo wa E, kuna uhusiano kati ya mistari hii na E. Kwa maneno mengine, ukubwa na mwelekeo wa E unaweza kuelezewa kwa kuchora mistari ya uga wa umeme.

Ufuatao ni uhusiano kati ya mwelekeo na nguvu ya uwanja wa umeme na mistari ya uwanja wa umeme:

Kwanza, mwelekeo wa E husogea mbali na chaji chanya na kukaribia chaji hasi. Kwa hivyo, mwelekeo wa mistari ya uwanja wa umeme pia uko mbali na chaji chanya na unakaribia chaji hasi.

Ikiwa chaji chanya iko karibu na chaji hasi, mistari ya uga wa umeme hutolewa kutoka kwa chaji chanya hadi chaji hasi. Kinyume chake, ikiwa chaji chanya iko karibu na chaji chanya, mistari ya uga wa umeme hutolewa kutoka kwa kila chaji chanya na mbali na kila mmoja.

Pili, nguvu ya uwanja wa umeme inawakilishwa na umbali kati ya mistari ya uwanja wa umeme. Kadiri umbali kati ya mistari ya uwanja wa umeme unavyokaribia, ndivyo nguvu ya uwanja wa umeme inavyokuwa juu na kadiri umbali kati ya mistari ya uwanja wa umeme unavyokuwa mbali, ndivyo nguvu ya uwanja wa umeme inavyokuwa ndogo.

Kwa nini, umbali kati ya mistari uko karibu zaidi, ndivyo nguvu ya uwanja wa umeme inavyoongezeka? Ili kuelewa hili, angalia maelezo yafuatayo. Tuseme chaji chanya iko katikati ya tufe na mistari ya uwanja wa umeme imeenea katika pande mbalimbali kupitia uso wa tufe. Ikiwa idadi ya mistari ya uwanja wa umeme ni N na eneo la uso wa tufe ni 4πr ² , basi idadi ya mistari kwa kila eneo la kitengo au msongamano wa mstari ni N / 4πr ^2. Kulingana na fomula hii, kwa N hiyo hiyo, ikiwa r inapungua, umbali kati ya mistari unakaribia na ikiwa r inazidi kuwa muhimu, umbali kati ya mistari unazidi kuwa mbali.

Fomula ya nguvu ya uwanja wa umeme E = kq / r ² pia inaonyesha kwamba nguvu ya uwanja wa umeme inalingana kinyume na mraba wa umbali. Ikiwa r ni ndogo, basi nguvu ya uwanja wa umeme inazidi kuonekana, na ikiwa r inazidi kuonekana, basi nguvu ya uwanja wa umeme inazidi kuwa ndogo.

Kulingana na mapitio hapo juu, inaweza kuhitimishwa kwamba ikiwa r inazidi kuwa ndogo (inakaribia chaji) nguvu ya uwanja wa umeme inazidi kuwa kubwa na umbali kati ya mistari pia unazidi kuwa karibu. Kinyume chake, ikiwa r inazidi kuwa maarufu (kadiri mbali na chaji), nguvu ya uwanja wa umeme inazidi kuwa ndogo na umbali kati ya mistari pia unazidi kuwa mbali.

Tatu, idadi ya mistari E inalingana na nguvu ya uwanja wa umeme. Kadiri mistari ya uwanja wa umeme inavyokuwa mingi, ndivyo nguvu ya uwanja wa umeme inavyokuwa juu. Kadiri mistari ya uwanja wa umeme inavyokuwa michache, ndivyo nguvu ya uwanja wa umeme inavyokuwa ndogo.