Kaj je električno polje? Opredelitev, formula, primer

Ko balon drgnemo ob pulover, se balon napolni. Zaradi tega naboja se lahko balon prilepi na stene, ko pa ga postavite poleg drugega balona, ​​ki je prav tako podrgnjen, bo prvi balon letel v nasprotni smeri.

Ključni odvzemi: električno polje

Ta pojav je posledica lastnosti snovi, imenovane električni naboj. Električni naboji proizvajajo električna polja: območja prostora okoli električno nabitih delcev ali predmetov, v katerih bi drugi električno nabiti delci ali predmeti čutili silo.

Električni naboj, ki je lahko pozitiven ali negativen, je lastnost materije, ki povzroči, da dva predmeta pritegneta ali odbijeta. Če so predmeti nasprotno nabiti (pozitivno-negativno), bodo pritegnili; če so podobno napolnjeni (pozitivno-pozitivno ali negativno-negativno), bodo zavrnili.

Enota električnega naboja je coulomb, ki je opredeljena kot količina električne energije, ki jo odda en električni tok 1 amper v 1 sekundi.

Atomi, ki so osnovne enote zadeva, so narejene iz treh vrst delcev: elektronov, nevtroni, in protoni. Elektroni in protoni so električno nabiti in imajo negativen in pozitiven naboj. Neutron ni električno napolnjen.

Mnogi predmeti so električno nevtralni in imajo skupni neto naboj nič. Če pride do presežka elektronov ali protonov, kar povzroči neto naboj, ki ni nič, se predmeti štejejo za nabito.

Eden od načinov za količinsko opredelitev električnega naboja je uporaba konstante e = 1.602 * 10^-19 kalomi. Elektron, ki je najmanjša količina negativnega električnega naboja, ima naboj -1.602 * 10^-19 kalomi. Proton, ki je najmanjša količina pozitivnega električnega naboja, ima naboj +1.602 * 10^-19 kalomi. Tako bi imel 10 elektronov naboj -10 e, 10 protonov pa naboj +10 e.

Električni naboji se med seboj privlačijo ali odbijajo, ker se naprezajo sile drug na drugega. Sile med dvema električnima točkama naboja - idealiziranima nabojema, koncentriranima v eni točki v prostoru - opisuje Coulombov zakon. Coulombov zakon pravi, da je jakost ali velikost sile med dvema točkovnima nabojema sorazmerna z velikostmi nabojev in obratno sorazmeren na razdaljo med obema nabojema.

Matematično je to podano kot:

F = (k | q₁q₂|) / r²

kjer je q₁ je naboj prve točke, q₂ je naboj druge točke, k = 8.988 * 10⁹ Nm²/ C² je Coulombova stalnica in r je razdalja med dvema točkovnima nabojema.

Čeprav tehnično ni točkovnih nabojev, so elektroni, protoni in drugi delci tako majhni, da bi lahko bili približno s točkovnim nabojem.

Električni naboj ustvari električno polje, ki je območje prostora okoli električno napolnjenega delca ali predmeta, v katerem bi električni naboj čutil silo. Električno polje obstaja na vseh točkah v vesolju in ga lahko opazujemo tako, da v električno polje vnesemo še en naboj. Če pa so naboji dovolj oddaljeni drug od drugega, je električno polje za praktične namene mogoče določiti kot nič.

Električna polja so a vektorska količina in jih je mogoče prikazati kot puščice, ki gredo proti nabojem ali od njega. Črte so opredeljene kot usmerjene radialno navzven, stran od pozitivnega naboja, ali radialno navznoter, proti negativnemu naboju.

Velikost električnega polja je podana s formulo E = F / q, kjer je E moč jakosti električno polje, F je električna sila, q pa preskusni naboj, ki se uporablja za "občutek" električne energije polje.

Za dve točki naboja je F določen po Coulombovem zakonu zgoraj.

• Tako je F = (k | q₁q₂|) / r², kjer je q₂ je opredeljen kot najboljši charget, ki se uporablja za "občutek" električnega polja.
• Nato uporabimo formulo električnega polja, da dobimo E = F / q₂, saj je q₂ je bil opredeljen kot testna polnitev.
• Po nadomestitvi za F je E = (k | q₁|) / r².

• Fitzpatrick, Richard. “Električna polja.” Univerza v Teksasu v Austinu, 2007.
• Lewandowski, Heather in Chuck Rogers. "Električna polja." University of Colorado v Boulderju, 2008.
• Richmond, Michael. “Električna polnitev in Coulobov zakon.” Rochester Institute of Technology.