Kas ir elektriskais lauks? Definīcija, formula, piemērs

Kad balonu berzē pret džemperi, tas tiek uzlādēts. Šīs uzlādes dēļ balons var pielipt pie sienām, bet, novietojot blakus citam balonam, kurš arī ir noberzts, pirmais balons lidos pretējā virzienā.

Taustiņu atslēga: elektriskais lauks

Šī parādība ir matērijas īpašības, ko sauc par elektrisko lādiņu, rezultāts. Elektriskie lādiņi rada elektriskos laukus: kosmosa reģionus ap elektriski uzlādētām daļiņām vai priekšmetiem, kuros citas elektriski lādētas daļiņas vai priekšmeti jutīs spēku.

Elektriskais lādiņš, kas var būt pozitīvs vai negatīvs, ir matērijas īpašība, kas izraisa divu objektu pievilināšanu vai atgrūšanu. Ja objekti ir pretēji uzlādēti (pozitīvi-negatīvi), tie piesaista; ja tie ir līdzīgi uzlādēti (pozitīvi pozitīvi vai negatīvi negatīvi), tie atgrūžas.

Elektriskā lādiņa vienība ir kulons, ko definē kā elektroenerģijas daudzumu, ko patērē elektriskā strāva no 1 ampēriem 1 sekundē.

Atomi, kas ir matērija, ir izgatavoti no trīs veidu daļiņām: elektroni, neitroni, un protoni. Elektroni un protoni paši ir elektriski lādēti, un tiem ir attiecīgi negatīvs un pozitīvs lādiņš. Neitrons nav elektriski lādēts.

Daudzi objekti ir elektriski neitrāli, un to kopējais tīrais lādiņš ir nulle. Ja ir elektronu vai protonu pārsvars, tādējādi iegūstot tīro lādiņu, kas nav nulle, objekti tiek uzskatīti par uzlādētiem.

Viens veids, kā kvantitatīvi noteikt elektrisko lādiņu, ir, izmantojot konstantu e = 1,602 * 10^-19 kuloni. Elektrona, kas ir mazākais negatīvā elektriskā lādiņa daudzums, lādiņš ir -1,602 * 10^-19 kuloni. Protona, kas ir mazākais pozitīvā elektriskā lādiņa daudzums, lādiņš ir +1,602 * 10^-19 kuloni. Tādējādi 10 elektroniem būtu lādiņš -10 e, bet 10 protoniem - +10 e.

Elektriskās lādiņas piesaista vai atgrūž viena otru, jo tās rada spēki viens otram. Spēks starp diviem elektriskā punkta lādiņiem - idealizētiem lādiņiem, kas koncentrējas vienā telpas telpā - ir aprakstīts ar Kulona likums. Kulona likums nosaka, ka spēka stiprums vai lielums starp diviem punktveida lādiņiem ir proporcionāls lādiņu lielumam un apgriezti proporcionāls uz attālumu starp abiem lādiņiem.

Matemātiski to izsaka šādi:

F = (k | q₁q₂|) / r²

kur q₁ ir pirmā punkta uzlāde, q₂ ir otrā punkta maksas lādiņš, k = 8.988 * 10⁹ Nm²/ C² ir Kulona konstante, un r ir attālums starp divu punktu lādiņiem.

Kaut arī tehniski nav reālu punktveida lādiņu, elektroni, protoni un citas daļiņas ir tik mazas, ka tās var būt tuvināts ar punktu maksu.

Elektriskais lādiņš rada elektrisko lauku, kas ir telpas apgabals ap elektriski uzlādētu daļiņu vai priekšmetu, kurā elektriskais lādiņš sajutīs spēku. Elektriskais lauks pastāv visos kosmosa punktos, un to var novērot, ienesot elektriskajā laukā vēl vienu lādiņu. Tomēr, ja lādiņi ir pietiekami tālu viens no otra, praktiskos nolūkos elektrisko lauku var tuvināt nullei.

Elektriskie lauki ir a vektora daudzums un to var vizualizēt kā bultiņas, kas virzās uz lādēm vai prom no tām. Līnijas tiek definētas kā norādītas radiāli uz āru, prom no pozitīvas uzlādes, vai radiāli uz iekšu, pret negatīvu lādiņu.

Elektriskā lauka lielumu izsaka ar formulu E = F / q, kur E ir elektriskais lauks, F ir elektriskais spēks, un q ir testa lādiņš, kas tiek izmantots, lai “sajustu” elektrību lauka.

Par divpunktu maksājumiem F ir dots saskaņā ar Kulona likumu.

• Tādējādi F = (k | q₁q₂|) / r², kur q₂ ir definēts kā labākais chargethat, kas tiek izmantots, lai “sajustu” elektrisko lauku.
• Pēc tam mēs izmantojam elektriskā lauka formulu, lai iegūtu E = F / q₂, kopš q₂ ir definēta kā testa maksa.
• Pēc F aizstāšanas, E = (k | q₁|) / r².

• Ficpatriks, Ričards. “Elektriskie lauki.” Teksasas Universitāte Austinā, 2007.
• Lewandowski, Heather un Chuck Rogers. “Elektriskie lauki.” Kolorādo universitāte Boulderā, 2008.
• Ričmonds, Maikls. “Elektriskās uzlādes un Kuloma likums.” Ročesteras Tehnoloģiju institūts.