Kas yra elektrinis laukas? Apibrėžimas, formulė, pavyzdys

sakkmesterke / Getty Images

Kai balionas trinamas į megztinį, balionas pasikrauna. Dėl šio įkrovimo balionas gali prilipti prie sienų, tačiau padėjus šalia kito baliono, kuris taip pat buvo įtrintas, pirmasis balionas skris priešinga kryptimi.

Pagrindiniai dalykai: elektros laukas

• Elektrinis krūvis yra materijos savybė, dėl kurios du objektai pritraukia arba atstumia, priklausomai nuo jų krūvio (teigiamojo ar neigiamo).
• Elektrinis laukas yra erdvės sritis aplink elektra įkrautą dalelę ar objektą, kurioje elektros krūvis jaustų jėgą.
• Elektrinis laukas yra vektorinis dydis ir gali būti vizualizuojamas kaip rodyklės, nukreipiančios į krūvius arba nuo jų. Linijos apibrėžiamos kaip nukreipiančios radialiai į išorę , toliau nuo teigiamo krūvio, arba radialiai į vidų , link neigiamo krūvio.

Šis reiškinys yra medžiagos savybės, vadinamos elektros krūviu, rezultatas. Elektros krūviai sukuria elektrinius laukus: erdvės sritis aplink elektra įkrautas daleles ar objektus, kuriuose kitos elektrą įkrautos dalelės ar objektai jaustų jėgą.

Elektros įkrovos apibrėžimas

Elektros krūvis, kuris gali būti teigiamas arba neigiamas, yra materijos savybė, dėl kurios du objektai traukia arba atstumia. Jei objektai yra priešingai įkrauti (teigiami-neigiami), jie pritrauks; jei jie yra panašiai įkrauti (teigiami-teigiami arba neigiami-neigiami), jie atstums.

Elektros krūvio vienetas yra kulonas, kuris apibrėžiamas kaip elektros energijos kiekis, kurį perduoda an elektros srovė 1 amperą per 1 sekundę.

Atomai , kurie yra pagrindiniai vienetai reikalas , yra pagaminti iš trijų tipų dalelių: elektronų , neutronų , ir protonų . Patys elektronai ir protonai yra elektriškai įkrauti ir turi atitinkamai neigiamą ir teigiamą krūvį. Neutronas nėra elektriškai įkrautas.

Daugelis objektų yra elektra neutralūs ir jų bendras grynasis krūvis lygus nuliui. Jei yra elektronų arba protonų perteklius, todėl gaunamas grynasis krūvis, kuris nėra lygus nuliui, objektai laikomi įkrautais.

Vienas iš būdų kiekybiškai įvertinti elektros krūvį yra naudoti konstantą e = 1,602 *10^-19kulonai. Elektronas, kuris yra mažiausias neigiamo elektros krūvio kiekis, turi -1,602 *10 krūvį^-19kulonai. Protono, kuris yra mažiausias teigiamo elektros krūvio kiekis, krūvis yra +1,602 *10^-19kulonai. Taigi, 10 elektronų turėtų –10 e, o 10 protonų – +10 e.

Kulono dėsnis

Elektros krūviai vienas kitą pritraukia arba atstumia, nes veikia pajėgos vienas ant kito. Jėga tarp dviejų elektrinių taškinių krūvių – idealizuotų krūvių, sutelktų viename erdvės taške – apibūdinama kaip Kulono dėsnis . Kulono dėsnis teigia, kad jėgos tarp dviejų taškinių krūvių stiprumas arba dydis yra proporcingas krūvių dydžiams ir atvirkščiai proporcingas iki atstumo tarp dviejų krūvių.

Matematiškai tai pateikiama taip:

F = (k|q₁q_du|)/r^du

kur q₁yra pirmojo taško krūvio krūvis, q_duyra antrojo taško krūvio krūvis, k = 8,988 * 10⁹Nm^du/C^duyra Kulono konstanta, o r yra atstumas tarp dviejų taškinių krūvių.

Nors techniškai nėra realių taškinių krūvių, elektronai, protonai ir kitos dalelės yra tokios mažos, kad gali būti apytiksliai taškiniu mokesčiu.

Elektrinio lauko formulė

Elektros krūvis sukuria elektrinį lauką, kuris yra erdvės sritis aplink elektra įkrautą dalelę ar objektą, kuriame elektros krūvis jaustų jėgą. Elektrinis laukas egzistuoja visuose erdvės taškuose ir gali būti stebimas įvedus kitą krūvį į elektrinį lauką. Tačiau praktiniais tikslais elektrinis laukas gali būti apytikslis lygus nuliui, jei krūviai yra pakankamai toli vienas nuo kito.

Elektriniai laukai yra a vektorinis kiekis ir gali būti vizualizuojamas kaip rodyklės, nukreipiančios į krūvį arba nuo jo. Linijos apibrėžiamos kaip nukreipiančios radialiai į išorę , toliau nuo teigiamo krūvio, arba radialiai į vidų , link neigiamo krūvio.

Elektrinio lauko dydis apskaičiuojamas pagal formulę E = F/q, kur E – elektrinio lauko stipris, F – elektrinė jėga, o q – bandomasis krūvis, kuriuo apčiuopiamas elektrinis laukas.

Pavyzdys: 2 taškų įkrovų elektrinis laukas

Dviejų taškų krūviams F yra pateiktas pagal aukščiau pateiktą Kulono dėsnį.

• Taigi, F = (k|q₁q_du|)/r^du, kur q_duyra apibrėžiamas kaip bandomasis mokestis kuris naudojamas elektriniam laukui pajusti.
• Tada naudojame elektrinio lauko formulę, kad gautume E = F/q_du, kadangi q_dubuvo apibrėžtas kaip bandomasis mokestis.
• Pakeitus F, E = (k|q₁|)/r^du.

Šaltiniai

• Fitzpatrickas, Richardas. Elektros laukai . Teksaso universitetas Ostine , 2007 m.
• Lewandowski, Heather ir Chuckas Rogersas. Elektros laukai. Kolorado universitetas Boulder mieste , 2008 m.
• Ričmondas, Maiklas. Elektros krūvis ir Kulono dėsnis . Ročesterio technologijos institutas.