Fizyczny

pole elektryczne

pole elektryczne
Pole elektryczne dodatniego (po lewej) i ujemnej (po prawej). Źródło: Wikimedia Commons

Co to jest pole elektryczne?

On pole elektryczne Jest to właściwość, którą mają obiekty pełne wpływu na otaczającą przestrzeń, która jest postrzegana przez inne ciała naładowane elektrycznie. Ale w przeciwieństwie do siły elektrycznej między obciążeniami pole elektryczne zależy tylko od wytwarzanego przez niego obciążenia.

Michael Faraday (1791–1867), angielski fizyk, stworzył koncepcję pola, obserwując, że wszelkie ładunek elektryczny wpływa na otaczającą go przestrzeń, aby nie musiał się kontaktować z innym obciążeniem, aby interakcja nastąpiła.

Nie jest nawet konieczne, aby obciążenia znajdowały się w medium materialnym, ponieważ interakcję można podać w próżni.

Aby wizualizować kształt pola elektrycznego, załóż, że obciążenie określone i dodatnie, zwane +Q, którego rozmiar jest tak mały, że nie jest konieczne uwzględnienie jego wymiarów. Pole, które produkuje, jest w stanie wpływać na inne ładunki, takie jak kolejny dodatni obciążenie punktu testowego Qalbo.

Obciążenie testowe jest umieszczane w różnych lokalizacjach wokół +Q, a zarówno pozytywne, siła, którą +Q wywiera na Qalbo To odpychanie.

Rysowanie siły siły na obciążeniu qalbo W każdym punkcie przestrzeni, którą zajmuje, i usuwając ją, istnieje zestaw linii, które wyłaniają się promieniowo z obciążenia +Q (patrz obraz powyżej, po lewej).

Podczas powtarzania doświadczenia z obciążeniem ujemnym - Q, linie są również promieniowe, ale wchodzą do - Q. W obu przypadkach linie są styczne do wektorowego pola elektrycznego obciążenia, wychodzącego z niego, gdy jest dodatnie i przychodzą, jeśli jest ujemne.

Formuła i jednostki

Jeśli w obszarze przestrzeni znajduje się pole elektryczne I, Ładunek elektryczny Qalbo Doświadczenie, dzięki niemu, siła podana przez:

Może ci służyć: błąd losowy: wzór i równania, obliczenia, przykłady, ćwiczenia

F = qalboI

Aby:

Jednostką pola elektrycznego w międzynarodowym systemie jednostek to Newton/Coulomb, który jest skrócony N/C. Często jest również wyrażanie pola elektrycznego pod względem wielkości skalarnej zwanej potencjałem elektrycznym, w którym to przypadku polem pola jest wolt/metr (v/m).

Pole elektryczne punktualnego obciążenia

Pole I jest wytwarzany przez jakiś obiekt z obciążeniem Q. Sprawiając, że próba ładuje się bardzo małe, to znaczy Quake Qalbo mają tendencję do 0, wektor I Jest:

Z Falbo siła między Q i Qalbo.

Zamiarem przy podejmowaniu limitu jest sprawienie, aby próba ładowała się wystarczająco małym, aby jego pole nie zmieniło tego, który chce obliczyć.

Jeśli jakie jest punktualne obciążenie, zgodnie z prawem Coulomba, siła między zarzutami q i qalbo, oba oddzielone odległość r, podaje:

W tym równaniu k jest stałą elektrostatyczną i wektorem jednostkowym w kierunku linii, która łączy Q i Q i Qalbo Jest:

Zastępując to wyrażenie w definicji pola, jest uzyskiwane:

 Tak, aby pole I, Wyprodukowane przez obciążenie punktualne q w punkcie P, to:

Zatem, I Nie zależy od obciążenia próbnego, ale od obciążenia, które go wytwarza. ogrom pola jest wprost proporcjonalne do wielkości obciążenia i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między obciążeniem a punktem p.

I jak wspomniano na początku, adres Z pola jest promieniowe, a kierunek jest wychodzący do obciążenia, gdy jest dodatni i przychodzący, gdy jest ujemny.

Intensywność pola elektrycznego

Pole elektryczne to wektor, a jego intensywność odnosi się do jego modułu lub wielkości, co jest oznaczone bez pogrubienia. W przypadku punktualnego obciążenia intensywność jego pola elektrycznego jest po prostu:

Może ci służyć: powierzchowne rozszerzenie: wzór, współczynniki i przykłady

 A ponieważ jest modułem ilości, jest zawsze pozytywny.

Na przykład intensywność pola elektrycznego wytwarzanego przez obciążenie q = - 4.3 μc (μC odczytuje „MicroKoulomb” i jest równoważny milionowi kulombowatości), w odległości 2 cm od obciążenia, jest:

Zauważ, że odległość 2 cm stała się licznikami, mnożąc się przez moc 10−2, Ponieważ stała elektrostatyczna jest w jednostkach, jeśli. I chociaż obciążenie jest ujemne, intensywność wytwarzanego przez niego pola jest zawsze dodatnia, ale wektor pola elektrycznego przychodzą do obciążenia, jak wyjaśniono wcześniej.

Przykłady pola elektrycznego

1. Pole elektryczne dyskretnego rozkładu obciążeń

Zestaw określonych opłat jest nazywany Dyskretny rozkład obciążenia. W takim przypadku powstałe pole elektryczne w punkcie P jest obliczane przez zastosowanie Zasada superpozycji, który jest wektorem sumowym pola, które każde obciążenia wytwarza w P:

Iinternet = I1 + I2 + I3 +..

Poniższy obraz pokazuje rozkład złożony z pięciu specyficznych obciążeń i pola elektrycznego, które każde wytwarza w punkcie P:

Pole elektryczne w punkcie P, ze względu na dyskretny rozkład obciążeń
  • Obciążenia q3 i Q5 Są negatywne, a pole, które wytwarzają, przychodzą do nich. Wyróżniają się na niebiesko.
  • Ze swojej części obciążenia q1, Q2 i Q4 Są pozytywne, tworząc istotne pole na czerwono.

2. Pole elektryczne ciągłego rozkładu obciążeń

Ciągły rozkład obciążenia składa się z rozszerzonego obiektu, obciążenia elektrycznie, takim jak ten pokazany na poniższym rysunku. Ponieważ obiekt ma znaczne wymiary, pole, które wytwarza część ciała w P, znacznie różni się od tego, który wytwarza kolejne (lub najbliższe) P.

Może ci służyć: Kirchhoff Laws

Załóżmy, że pobrany jest niewielki ładunek elektryczny wspomnianego obiektu, zwany DQ i przypuszczalnie dodatnim, co daje w P niewielki wkład w całkowite pole elektryczne. Ten wkład jest różnicą wektora pola elektrycznego dI.

Ponieważ obciążenie DQ jest bardzo małe, jego pole jest podobne do obciążenia punktualnego, więc równanie można zastosować wcześniej:

Aby obliczyć pole elektryczne rozszerzonego obiektu, jest ono zintegrowane przede wszystkim. Gęstość obciążenia (obciążenie na jednostkę) jest oznaczone jako ρ

Aby uzyskać całkowite pole obiektu w punkcie P, dodano wkład wszystkich DQ, które można pobrać na obiekt. Prowadzi to do całki:

Ćwiczenie rozwiązane

Obciążenie punktualne q = 2.0 × 10−8 C jest umieszczany w punkcie P w polu elektrycznym, w którym doświadcza wznoszącej się siły wielkości 4.0 × 10−6 N. Oblicz:

a) pole elektryczne w P

b) Siła na obciążeniu q = −1.0 × 10−8 C Położony w P.

Rozwiązanie

Być wielkością pola elektrycznego, w którym obciążenie jest umieszczane. Na mocy tego pola obciążenie to doświadcza siły w górę wielkości F, aby:

F = q ∙ e

Więc:

E = f /q = 4.0 × 10-6 N/ 2.0 × 10-8 C = 200 N/C.

Bycie pozytywnym ciężar, siła i pole mają ten sam kierunek i znaczenie.

Rozwiązanie b

Wielkość siły działającej na to, co jest:

Kiedy ten ciężar jest ujemny, siła i pole mają ten sam kierunek, ale przeciwne zmysły.

Bibliografia

  1. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. Głośność 2. MC Graw Hill. 
  2. Potencjał pola i elektrycznego obciążenia punktualnego. Źródło: SC.Ehu.Jest.
  3. Resnick, r. (1999). Fizyczny. Tom. 1. Wydanie trzecie. po hiszpańsku. Continental Editorial Company S.DO. c.V.
  4. Sears, z. (2016). Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Tom 1. osoba.
  5. Fizyka uniwersytecka. Pole elektryczne. Tom. 2. Źródło: OpenStax.org.