Elektrik Alanı

Ayrıca elektrik alan soruları ve elektrik alan sorularına ilişkin örneklerin tartışmasını da inceleyin.

Uzaktan etki edebilen elektrik kuvvetinin anlaşılmasını kolaylaştırmak için alan kavramı ortaya atılmıştır. Elektrik alan kavramı, İngiliz bilim insanı Michael Faraday (1791–1867) tarafından geliştirilmiştir.

Tanım

Bir cam çubuğun başlangıçta elektriksel olarak nötr olduğunu varsayalım. Bir bezle ovulduktan sonra, cam çubuk elektriksel olarak yüklenir. Cam çubuk elektriksel yüke sahip olduğunda , aynı anda cam çubuğun etrafında bir alan oluşur. Cam çubuk nötr hale gelirse, alan aynı anda ortadan kaybolur. Dolayısıyla, bir alanın varlığı, bir elektrik yükünün varlığından ayrılamaz. Elektrik alanı, hava gibi bir madde türü veya elektromanyetik dalgalar gibi bir dalga türü değildir; aksine, bir elektrik yükü tarafından üretilen ve elektrik yükünün etrafındaki alanı etkileyen bir şeydir ve etkisi yalnızca diğer elektrik yükleri tarafından hissedilir.

Bir uzayda bir alanın var olup olmadığını test etmek için, o uzayda bir test yükü olduğu varsayılır . Test yükü, çok küçük bir alan üretecek kadar küçük bir yüktür (Q) ve bu nedenle ihmal edilebilir. Bununla birlikte, test yükü diğer elektrik yükleri tarafından üretilen alanın etkisini hissedebilir. Test yükü yalnızca bir elektrik alanının var olup olmadığını araştırmak için mevcuttur. Eğer bir alan varsa, test yükü bir elektrik kuvveti şeklinde bir etki hissedecektir. Tersine, eğer yoksa, test yükü bir elektrik kuvveti hissetmeyecektir.

Yandaki resme bakın.
Şekil 1'de +q yükü gösterilmiştir.₁ ve +q yükü₂ Çevredeki alanda bir elektrik alanı oluşturur. +q'luk bir test yükü yerleştirildiğinde_o Uzayda bir noktada, test yükü +q_o Elektrik kuvvetini deneyimlemek. F₁ +q yükü tarafından uygulanan elektriksel kuvvettir.₁ test yükünde +q_o ve F₂ +q yükü tarafından uygulanan elektriksel kuvvettir.₂ test yükünde +q_oŞekil 2'de, test yükü kaldırıldığında, alan kalır ve o noktadan kaybolmaz. E₁ +q elektrik yükü tarafından üretilen alandır.₁ ve E₂ +q elektrik yükü tarafından üretilen alandır.₂.

Alan gücü

Elektrik alanı, hem büyüklüğü hem de yönü olan vektörel bir niceliktir. Bir noktadaki elektrik alan şiddeti, o noktaya yerleştirilen pozitif bir test yüküne bir elektrik yükünün uyguladığı elektrik kuvvetinin, test yükünün büyüklüğüne bölünmesiyle tanımlanır.
Bilgi:
E = alan şiddeti
F = elektrik kuvveti
q = test yükünün büyüklüğü
Bilgi:
Q = elektrik yükü
r = elektrik yükü ile test yükü arasındaki mesafe
(okunuşu: epsilon sıfır) = boşluğun dielektrik sabiti = 8,854 x 10⁻⁶^-12 C²/Nm²
k = Coulomb sabiti = 9 x 10⁹ mil²/C²

Elektrik kuvvetinin birimi Newton, elektrik yükünün birimi ise Coulomb'dur; dolayısıyla alanın birimi Newton/Coulomb'dur ve N/C olarak kısaltılır.

arah

 
Yandaki resme bakın.
üzerinde Şekil 1aPozitif bir elektrik yükü (+Q), pozitif bir test yüküne (+q) elektrik kuvveti uygular; burada elektrik kuvvetinin (F) yönü +Q yükünden uzaktır.
üzerinde Şekil 1bTest yükü kaldırıldığında, o noktada yönü elektrik yükü Q'dan uzaklaşan bir alan (E) oluşur.
üzerinde Şekil 2aNegatif bir elektrik yükü (-Q), pozitif bir test yüküne (+q) elektrik kuvveti uygular; burada elektrik kuvvetinin (F) yönü -Q yüküne yaklaşır.
üzerinde Şekil 2bTest yükü kaldırıldığında, o noktada yönü elektrik yükü -Q'ya yakın olan bir alan (E) oluşur.
Yukarıdaki görsel ve açıklamaya dayanarak, alanın yönünün pozitif elektrik yükünden uzak ve negatif elektrik yüküne doğru olduğu sonucuna varılabilir.

Sorun örnekleri

1. A noktası bir elektrik alanında yer almaktadır. A noktasındaki elektrik alan şiddeti 0,4 N/C'dir. A noktasına 0,2 C yüke sahip bir cisim yerleştirilirse, oluşan Coulomb kuvveti...
0,2 K
B. 0,4 K
C.0,6 N
D.0,7K
E. 0,8 N
Pembahasan:
Bilinen :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
Soruldu :
Elektrik kuvveti?
Cevab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Doğru cevap E şıkkıdır.

2. Yüklü bir nokta q A noktasında, (+) yükü tarafından oluşturulan elektrik alanında, q yüküne doğru 0,1 N'luk bir kuvvete maruz kalan bir yük bulunmaktadır. Eğer A noktasındaki alan şiddeti 0,02 N/C ise, q yükünün büyüklüğü ve türü nedir?
A. 5,0 C, pozitif
B. 5,0 C, negatif
C. 4,0 C, pozitif
D. 2,5 C, negatif
E. 2,5 C, pozitif
Pembahasan:
Bilinen :
F = 0,1N
E = 0,02 N/C
Soruldu :
q yükünün büyüklüğü ve yönü nedir?
Cevab :
q yükünün büyüklüğü:
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/K = 5C
Şarj türü q:
Coulomb kuvvetinin yönü q yüküne doğrudur, dolayısıyla q yükünün pozitif bir değere sahip olması gerekir.