Kas yra elektrinis laukas? Apibrėžtis, formulė, pavyzdys

Kai balionas trinamas prieš megztinį, jis įkraunamas. Dėl šio krūvio balionas gali prilipti prie sienų, tačiau, pastatytas šalia kito baliono, kuris taip pat buvo įtrintas, pirmasis balionas skris priešinga kryptimi.

Pagrindiniai įleidžiami daiktai: elektrinis laukas

Šis reiškinys yra materijos savybės, vadinamos elektriniu krūviu, rezultatas. Elektros krūviai sukuria elektrinius laukus: erdvės sritis aplink elektriškai įkrautas daleles ar daiktus, kuriuose kitos elektra įkrautos dalelės ar daiktai jaustų jėgą.

Elektrinis 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 atstumia.

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

Atomai, kurie yra pagrindiniai materija, yra sudaryti iš trijų rūšių dalelių: elektronai, neutronaiir protonai. Patys elektronai ir protonai yra elektriškai įkrauti ir turi atitinkamai neigiamą ir teigiamą krūvį. Neutronas nėra elektriškai įkraunamas.

Daugelis objektų yra elektriškai neutralūs ir jų bendras grynasis krūvis lygus nuliui. Jei yra elektronų arba protonų perteklius, tokiu būdu gaunant ne grynąjį krūvį, kuris nėra lygus nuliui, objektai laikomi įkrautais.

Vienas iš būdų įvertinti elektros krūvį yra naudojant konstantą e = 1,602 * 10^-19 kulonai. Elektrono, kuris yra mažiausias neigiamo elektros krūvio kiekis, krūvis yra –1,602 * 10^-19 kulonai. Protono, kuris yra mažiausias teigiamas elektros krūvis, krūvis yra +1 602 * 10^-19 kulonai. Taigi 10 elektronų krūvis būtų –10 e, o 10 protonų - +10 e.

Elektros krūviai traukia arba atstumia vienas kitą, nes jie veikia pajėgos vienas ant kito. Jėga tarp dviejų elektrinių taškų krūvių - idealizuotų krūvių, susikaupusių viename kosmoso taške - aprašyta Kulono įstatymas. Kulono įstatyme teigiama, kad jėgos, tenkančios tarp dviejų taškinių krūvių, stiprumas arba dydis yra proporcingas krūvių dydžiui ir atvirkščiai proporcingas atstumui tarp dviejų įkrovų.

Matematiškai tai pateikiama taip:

F = (k | q₁q₂|) / r²

kur q₁ yra pirmojo taško krūvis, q₂ yra antrojo taškinio krūvio krūvis, k = 8.988 * 10⁹ Nm²/ C² yra Kulono konstanta, o r yra atstumas tarp dviejų taškų krūvių.

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

Elektrinis krūvis sukuria elektrinį lauką, kuris yra erdvės sritis aplink elektriškai įkrautą dalelę ar daiktą, kuriame elektrinis krūvis jaučia jėgą. Elektrinis laukas egzistuoja visuose kosmoso taškuose ir gali būti stebimas įvedant kitą krūvį į elektrinį lauką. Tačiau elektrinius laukus praktiniais tikslais galima prilyginti nuliui, jei įkrovos yra pakankamai toli viena nuo kitos.

Elektriniai laukai yra a vektoriaus kiekis ir gali būti vaizduojamos kaip strėlės, nukreiptos link mokesčių arba nuo jų. Linijos yra apibrėžtos kaip nukreiptos radialiai į išorę, nuo teigiamo krūvio, arba radialiai į vidų, link neigiamo krūvio.

Elektrinio lauko dydis apskaičiuojamas pagal formulę E = F / q, kur E yra elektrinis laukas, F yra elektrinė jėga, o q yra bandymo įkrova, naudojama elektrai „pajusti“ laukas.

Dėl dviejų taškų mokesčių F yra nurodytas aukščiau esančiame Kulono įstatyme.

• Taigi, F = (k | q₁q₂|) / r², kur q₂ yra apibrėžiamas kaip geriausias chargethatas, naudojamas „pajusti“ elektrinį lauką.
• Tada mes naudojame elektrinio lauko formulę, kad gautume E = F / q₂, nes q₂ buvo apibrėžtas kaip bandymo krūvis.
• Pakeitęs F, E = (k | q₁|) / r².

• Fitzpatrickas, Richardas. “Elektriniai laukai.” Teksaso universitetas Austine, 2007.
• Lewandowski, Heather ir Chuck Rogers. „Elektriniai laukai“. Kolorado universitetas, Boulderis, 2008.
• Ričmondas, Maiklas. “Elektros įkrovos ir kulono įstatymas.” Ročesterio technologijos institutas.