Fyzický

elektrické pole

Elektrické pole pozitívneho (vľavo) a negatívne (vpravo). Zdroj: Wikimedia Commons

Aké je elektrické pole?

On elektrické pole Je to vlastnosť, ktorú majú objekty naložené ovplyvňujúcim okolitým priestorom, ktorý je vnímaný inými elektricky nabitými telami. Ale na rozdiel od elektrickej sily medzi nákladmi, elektrické pole závisí iba od zaťaženia, ktoré ho produkuje.

Michael Faraday (1791-1867), anglický fyzik, vytvoril koncepciu poľa a pozoroval, že akýkoľvek elektrický náboj ovplyvňuje priestor, ktorý ho obklopuje, takže nemusí byť v kontakte s iným zaťažením, aby došlo k interakcii.

Nie je potrebné, aby sa zaťaženia dostali v materiálnom médiu, pretože interakcia sa môže podávať vo vákuu.

Ak chcete vizualizovať tvar elektrického poľa, predpokladajte, že špecifické a kladné zaťaženie nazývané +Q, ktorého veľkosť je taká malá, že nie je potrebné brať do úvahy jeho rozmery. Pole, ktoré produkuje_ani.

Testovacie zaťaženie je umiestnené na rôznych miestach okolo +q a za pozitívnu silu, ktorá +Q vyvíja na Q_ani Je to odpor.

Kreslenie sily na zaťaženie q_ani V každom bode priestoru, ktorý zaberá, a jeho odstránenie, existuje súbor riadkov, ktoré sa vynárajú radiálne z Load +Q (pozri obrázok vyššie, doľava).

Pri opakovaní zážitku s negatívnym zaťažením - Q sú čiary tiež radiálne, ale vstupujú do - Q. V obidvoch prípadoch sú čiary dotyčné k vektorovému elektrickému poľu zaťaženia, ktoré je jeho odchádzajúce, keď je pozitívne, a prichádzajú, ak je negatívne.

Vzorec a jednotky

Ak v oblasti vesmíru je elektrické pole A, Elektrický náboj q_ani Skúsenosti, vďaka nemu, sila, ktorú dal:

Môže vám slúžiť: náhodná chyba: vzorec a rovnice, výpočet, príklady, cvičenia

F = q_aniA

Tak to:

$\mathbfE=\frac\mathbfF\mathrmq_o$

Elektrická poľná jednotka v medzinárodnom systéme jednotiek je Newton/Coulomb, ktorý je skrátený N/C. Je tiež bežné vyjadriť elektrické pole z hľadiska skalárnej veľkosti nazývanej elektrický potenciál, v takom prípade je pole pre pole volt/meter (v/m).

Elektrické pole presného zaťaženia

Lúka A je produkovaný nejakým objektom s zaťažením q. Vďaka tomu, že skúšobná záťaž je veľmi malý, to znamená, že Q_ani sklon 0, vektor A je:

$\mathbfE=\lim_q_o\rightarrow 0\frac\mathbfF_o\mathrmq_o$ S F_anisila medzi q a q_ani.

Zámerom pri obmedzení limitu je urobiť skúšobné zaťaženie dostatočne malé, aby jeho pole nemenilo toho, kto chce vypočítať.

Ak čo je presné bremeno, podľa Coulombovho zákona, sila medzi obvineniami Q a Q_ani, Obidve oddelené vzdialenosť r, je daná:

$\mathbfF_o=k\fracq\cdot q_or^2\hatr$ V tejto rovnici K je elektrostatická konštanta a jednotkový vektor v smere riadku, ktorý spája Q a Q a Q_anije: $\hatr$

Nahradenie tohto výrazu v definícii poľa sa získa:

$\mathbfE =\lim_q_o\rightarrow 0\frack\fracqq_or^2q_o\hatr=k\fracqr^2\hatr$ Takže pole A, Produkované presným zaťažením Q v bode P, je:

$\mathbfE =\frackqr^2\hatr$ Tak, A Nezávisí to od skúšobného zaťaženia, ale od zaťaženia, ktoré ho produkuje. Ten rozsah poľa je priamo úmerné rozsahu zaťaženia a nepriamo úmerné štvorca vzdialenosti medzi zaťažením a bodom P.

A ako je uvedené na začiatku, osloviť Z poľa je radiálny a smer sa vyskytuje na zaťaženie, keď je pozitívny a prichádza, keď je negatívny.

Intenzita elektrického poľa

Elektrické pole je vektor a jeho intenzita sa vzťahuje na jeho modul alebo veľkosť, ktorý je označený bez tučného. Pre presné zaťaženie je intenzita jeho elektrického poľa jednoducho:

Môže vám slúžiť: Povrchová dilatácia: vzorec, koeficienty a príklady

$E =\frackqr^2$ A za to, že je modul sumy, je vždy pozitívny.

Napríklad intenzita elektrického poľa vyrobeného zaťažením q = - 4.3 μC (μC sa nachádza „mikropodniky“ a je ekvivalentom milióntiny Coulomb), vo vzdialenosti 2 cm od zaťaženia, je:

$E =\frac9\times 10^9\times 4.3\times 10^-6\left (2\times 10^-2 \right )^2\: \fracNC$

Všimnite si, že vzdialenosť 2 cm sa stala metrami a vynásobila sa výkonom 10⁻², Pretože elektrostatická konštanta je v jednotkách, ak je. A hoci je zaťaženie záporné, intenzita poľa, ktoré produkuje.

Príklady elektrického poľa

1. Elektrické pole diskrétneho rozdelenia nákladov

Volá sa súbor konkrétnych poplatkov Diskrétne rozdelenie zaťaženia. V takom prípade sa výsledné elektrické pole v bode P vypočíta pomocou použitia Zásada superpozície, čo je súčet vektor poľa, ktorý každé z nákladov produkuje v P:

A_slepo = A₁+ A₂+ A₃+..

Nasledujúci obrázok zobrazuje distribúciu zloženú z piatich konkrétnych záťaží a elektrického poľa, z ktorého každé produkuje v bode P:

Elektrické pole v bode P, kvôli diskrétnemu rozdeleniu záťaží

Zaťaženia Q₃ a Q₅ Sú negatívne a pole, ktoré produkujú, im prichádza. Sú rozlíšené modrou farbou.
Zaťaženia Q q₁, Otázka₂a Q₄Sú pozitívne a vytvárajú hlavné pole v červenej farbe.

2. Elektrické pole nepretržitého rozdelenia záťaží

Nepretržité rozdelenie zaťaženia pozostáva z rozšíreného objektu, elektricky zaťaženého, ako je ten, ktorý je znázornený na nasledujúcom obrázku. Pretože objekt má značné rozmery, pole, ktoré časť tela produkuje v p.

Môže vám slúžiť: Kirchhoff zákony

Predpokladajme, že sa berie malý elektrický náboj uvedeného objektu, nazývaný DQ a predpokladaný pozitívny, ktorý produkuje malý príspevok k celkovému elektrickému poľu. Tento príspevok je rozdielom vektora elektrického poľa DA.

Keďže zaťaženie DQ je veľmi malé, jeho pole je ako poľa presného zaťaženia, takže rovnicu je možné použiť skôr, ako je zrejmé:

$d\mathbfE=k\fracdqr^2\hatr$

Na výpočet elektrického poľa rozšíreného objektu je integrovaný predovšetkým jeho objem. Hustota zaťaženia (zaťaženie na jednotku objemu) je označená ako ρ

Na získanie celkového poľa objektu v bode P sa pridajú príspevky všetkých DQ, ktoré je možné vziať na objekt. To vedie k integrálu:

$\mathbfE=\int_Volumen^k\fracdqr^2\hatr$

Cvičenie

Presné zaťaženie q = 2.0 × 10⁻⁸ C sa umiestni v bode P v elektrickom poli, v ktorom zažíva stúpajúcu silu veľkosti 4.0 × 10⁻⁶ N. Vypočítať:

a) elektrické pole v P

b) sila na záťaž q = −1.0 × 10⁻⁸ C umiestnený v P.

Roztok

Byť veľkosť elektrického poľa, v ktorom je zaťaženie umiestnené. Na základe tohto poľa sa toto zaťaženie vyskytuje smerom nahor sily F, takže:

F = q ∙ e

Tak:

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

Pozitívne je bremeno, sila a pole majú rovnaký smer a význam.

Riešenie B

Veľkosť sily pôsobiacej na to, čo je:

$F=\left |q \right | \cdot E=\left |-1.0\times 10^-8 \right | \cdot 200\: N=2.0\times 10^-6 \: N$

Ak je toto bremeno negatívne, sila a pole majú rovnaký smer, ale opačné zmysly.

Odkazy

Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 2. MC Graw Hill.
Pole a elektrický potenciál presného zaťaženia. Zdroj: SC.Ehu.je.
Resnick, r. (1999). Fyzický. Zvuk. 1. 3. vydanie. v španielčine. Kontinentálna redakčná spoločnosť s.Do. c.Vložka.
Sears, z. (2016). Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. Edimatizovať. Zväzok 1. Pearson.
Fyzika univerzity. Elektrické pole. Zvuk. 2. Zdroj: Openstax.orgán.