Wszystkie materiały składają się z atomów zawierających cząstki subatomowe, takie jak elektrony, protony i neutrony. Te cząstki subatomowe są również znane jako cząstki naładowane. Elektrony mają ładunek ujemny, podczas gdy protony są naładowane dodatnio. Jeśli atom zawiera dużą liczbę elektronów w porównaniu z liczbą protonów, mówi się, że jest naładowany ujemnie. Natomiast jeśli atom zawiera dużą liczbę protonów w porównaniu z liczbą elektronów, mówi się, że jest naładowany dodatnio. Z każdym ładunkiem elektrycznym związane jest pole elektryczne. Jedną z charakterystyk ładunku elektrycznego jest natężenie pola elektrycznego.
Co to jest natężenie pola elektrycznego?
Definicja: Ładunek elektryczny jest przenoszony przez subatomowe cząstki atomu, takie jak elektrony i fotony. Ładunek elektronu wynosi około 1,602 × 10-19kulombów. Każda naładowana cząstka tworzy wokół siebie przestrzeń, w której odczuwalny jest efekt jej siły elektrycznej. Ta przestrzeń wokół naładowanych cząstek jest znana jako „ Pole elektryczne „. Zawsze, gdy test jednostkowy opłata jest umieszczony w tym polu elektrycznym, doświadczy siły emitowanej przez cząstkę źródłową. Ilość siły, jakiej doświadcza naładowana cząstka, umieszczona w polu elektrycznym, nazywana jest intensywnością pola elektrycznego.
Natężenie pola elektrycznego jest wielkością wektorową. Ma zarówno wielkość, jak i kierunek. Ładunek testowy, który jest poddawany działaniu pola elektrycznego ładunku źródłowego, będzie działał na siłę, nawet jeśli znajduje się w pozycji spoczynkowej. Natężenie pola elektrycznego jest niezależne od masy i prędkość cząstki ładunku testowego. Zależy to tylko od ilości ładunku obecnego na cząstce ładunku testowego. Ładunek testowy może być cząstką naładowaną dodatnio lub cząstką naładowaną ujemnie.
Kierunek pola elektrycznego jest określony przez ładunek na badanej cząstce ładunku. Przy określaniu kierunku natężenia pola elektrycznego ładunek testowy uważa się za ładunek dodatni. Tak więc, gdy dodatnia cząstka ładunku testowego zostanie wprowadzona do tego pola elektrycznego, doświadczy siły odpychania. W ten sposób siła pola elektrycznego będzie skierowana w kierunku od ładunku. Natomiast w przypadku ujemnie naładowanego ładunku testowego kierunek siły dla natężenia pola elektrycznego będzie skierowany w stronę cząstki ładunku źródłowego.
Formuła natężenia pola elektrycznego
Rozważmy naładowaną cząstkę z ładunkiem „Q”. Ta naładowana cząstka wytwarza wokół siebie pole elektryczne. Ponieważ ta naładowana cząstka jest źródłem pola elektrycznego, określa się ją jako ładunek źródłowy. Siłę pola elektrycznego wytwarzanego przez ładunek źródłowy można obliczyć, umieszczając inny ładunek w jego polu elektrycznym. Ta zewnętrzna cząstka ładunku, która jest używana do pomiaru natężenia pola elektrycznego, nazywana jest ładunkiem testowym. Niech ładunek na ładunku testowym wyniesie „q”.
Intensywność pola elektrycznego
Kiedy ładunek testowy zostanie umieszczony w polu elektrycznym, doświadczy atrakcyjnej siły elektrycznej lub odpychającego źródła elektrycznego. Niech siła będzie oznaczona przez „F”. Teraz wielkość natężenia pola elektrycznego można zdefiniować jako „siłę przypadającą na ładunek w ładunku testowym”. Zatem natężenie pola elektrycznego „E” podane jest jako
E = F / q —— Eqn1
W tym przypadku rozważany jest ładunek badanej cząstki ładunku, a nie ładunek cząstki ładunku źródłowego. Rozważając jednostki SI, jednostkami natężenia pola elektrycznego są niutony na kulomb. Natężenie pola elektrycznego jest niezależne od ilości ładunku na badanej cząstce ładunku. Jest mierzony tak samo wokół ładunku źródła, niezależnie od ładunku badanej cząstki ładunku.
Z prawa Coulomba
Natężenie pola elektrycznego jest również znane jako natężenie pola elektrycznego. Wzór na natężenie pola elektrycznego można również wyprowadzić z prawa Coulomba. To prawo określa zależność między ładunkami cząstek a odległością między nimi. Tutaj te dwa ładunki to „q” i „Q”. Zatem siła elektryczna „F” jest podana jako
F = k.q.Q / ddwa
gdzie k jest stałą proporcjonalności, ad jest odległością między ładunkami. Gdy to równanie zostanie zastąpione siłą w równaniu 1, wzór na natężenie pola elektrycznego zostanie wyprowadzony jako
E = k. Q / ddwa
Z powyższego równania wynika, że natężenie pola elektrycznego zależy od dwóch czynników - ładunku w ładunku źródłowym „Q” oraz odległości między ładunkiem źródłowym a ładunkiem testowym.
Zatem natężenie pola elektrycznego ładunku zależy od lokalizacji. Jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ładunkiem źródłowym a ładunkiem testowym. Wraz ze wzrostem odległości wielkość natężenia pola elektrycznego lub natężenie pola elektrycznego maleje.
Obliczenia natężenia pola elektrycznego
Ze wzoru natężenia pola elektrycznego wyprowadzono, że:
- Jest odwrotnie proporcjonalna do odległości między źródłem a ładunkami testowymi.
- Bezpośrednio proporcjonalne do opłaty „Q” z opłaty źródłowej.
- Nie jest zależny od ładunku na ładunku testowym „q”.
Gdy te warunki zastosujemy do prawa odwrotnych kwadratów, zależność między natężeniem pola elektrycznego (E1) w odległości d1 a natężeniem pola elektrycznego (E2) z odległości (d2) jest wyrażona jako:
E1 / E2 = ddwa1 / ddwadwa
Tak więc, gdy odległość zwiększy się dwukrotnie, natężenie pola elektrycznego zmniejszy się czterokrotnie.
Oblicz natężenie pola elektrycznego działającego na cząstkę o ładunku -1,6 × 10-19C, gdy jest siła elektryczna 5,6 x 10-piętnaścieN.
Tutaj podana jest siła F i ładunek „q”. Następnie oblicza się natężenie pola elektrycznego E jako E = F / q
a zatem, E = 5,6 × 10-piętnaście/-1,6x10-19= -3,5 × 104N / C
Wymiarowy wzór na siłę (niutony) na jednostkę kg.m / sdwajest MLT-dwa. Wzór wymiarowy na kulomb na amper-sek to AT. Zatem wymiarowy wzór na natężenie pola elektrycznego to MLT-3DO-1.
FAQs
1). Jak definiuje się pole elektryczne?
Pole elektryczne definiuje się jako siłę na jednostkę ładunku.
2). Jaka jest wartość stałej proporcjonalności „k”?
Wartość stałej proporcjonalności „k” w prawie Coulomba wynosi 9,0 × 109N.mdwa/ Cdwa.
3). Czy natężenie pola elektrycznego zależy od ilości ładunku w ładunku testowym?
Nie, natężenie pola elektrycznego nie zależy od wielkości „q”. Zgodnie z prawem Coulomba, gdy ładunek rośnie, siła elektryczna również rośnie o ten sam współczynnik. Zatem te dwie zmiany znoszą się wzajemnie. Można to zrozumieć za pomocą wzoru na natężenie pola elektrycznego, E = F / q.
4). Jaki jest kierunek natężenia pola elektrycznego, gdy używana jest dodatnio naładowana cząstka testowa?
Gdy używana jest cząstka z ładunkiem dodatnim, wektor natężenia pola elektrycznego zawsze będzie skierowany z dala od dodatnio naładowanych obiektów. Ponieważ zarówno ładunek źródłowy, jak i ładunek testowy mają ładunek dodatni, odpychają się nawzajem. Jest to odwrotne w przypadku cząstek naładowanych ujemnie.
Sytuacja staje się więc trudna, gdy ładunek punktowy jest umieszczony pod wpływem wielu ładunków źródłowych. Tutaj początkowo pole elektryczne obliczana jest siła poszczególnych opłat źródłowych. Następnie suma wektorów wszystkich tych intensywności daje wypadkową siłę pola w tym punkcie ładunku. Jaki jest kierunek natężenia pola elektrycznego, gdy ładunek testowy jest ujemny?
