Отначало концепцията за поле може да изглежда малко абстрактна. Какво е това мистериозно невидимо нещо, което запълва пространството? Може да звучи като нещо направо от научната фантастика!
Но полето всъщност е просто математическа конструкция или начин за присвояване на вектор на всяка област от пространството, което дава известна индикация за това колко силен или слаб е ефектът във всяка точка.
Определение за електрическо поле
Точно както обектите с маса създават гравитационно поле, обектите с електрически заряд създават електрически полета. Стойността на полето във всяка дадена точка ви дава информация за това какво ще се случи с друг обект, когато бъде поставен там. В случай на гравитационно поле, то дава информация за това каква гравитационна сила ще усети друга маса.
Anелектрическо полее векторно поле, което присвоява на всяка точка в пространството вектор, показващ електростатичната сила на единица заряд в това място. Всеки елемент със заряд генерира електрическо поле.
SI единиците, свързани с електрическото поле, са нютони на кулон (N / C). И големината на електрическото поле, дължащо се на точков заряд
Въпрос:се дава от:E = \ frac {kQ} {r ^ 2}
Къдетоrе разстоянието от зарядаВъпрос:и константата на Кулонк = 8.99 × 109 Нм2/° С2.
По споразумение посоката на електрическото поле сочи радиално от положителните заряди към отрицателните заряди. Друг начин на мислене за това е, че той винаги сочи в посоката, в която положителният тестов заряд би се движил, ако бъде поставен там.
Тъй като полето е сила на единица заряд, то силата върху точков тест зарядqв полеЕ.просто би било продукт наqиЕ.:
F = qE = \ frac {kQq} {r ^ 2}
Което е същият резултат, даден от закона на Кулон за електрическата сила.
Полето във всяка дадена точка поради множество източници или разпределение на заряда е векторната сума на полето, дължащо се на всеки от зарядите поотделно. Например, ако полето е произведено от източник на зарядВъпрос:1самостоятелно в дадена точка е 3 N / C вдясно и полето, произведено от източник на зарядВъпрос:2сам в една и съща точка е 2 N / C вляво, тогава полето в тази точка поради двата заряда ще бъде 3 N / C - 2 N / C = 1 N / C вдясно.
Електрически полеви линии
Често електрическите полета се изобразяват с непрекъснати линии в пространството. Векторите на полето са допирателни до линиите на полето във всяка дадена точка и тези линии показват пътя, по който ще се движи положителен заряд, ако му бъде позволено да се движи свободно в полето.
Интензитетът на полето или силата на електрическото поле се посочва чрез разстоянието между линиите. Полето е по-силно на места, където полевите линии са по-близо една до друга и по-слаби, когато са по-разпръснати. Линиите на електрическото поле, свързани с положителен точков заряд, изглеждат по следния начин:
Линиите на полето на дипол наподобяват тези на точков заряд по външните ръбове на дипол, но са много различни между тях:
•••обща wikimedia
Могат ли електрически полеви линии някога да се пресичат?
За да отговорите на този въпрос, помислете какво би се случило, ако полевите линии наистина се пресичат.
Както бе споменато по-рано, векторите на полето винаги са допирателни към линиите на полето. Ако две полеви линии се пресичат, тогава в точката на пресичане ще има два различни полеви вектора, всеки сочещ в различна посока.
Но това не може да бъде. Не можете да имате два различни полеви вектора в една и съща точка в пространството. Това предполага, че положителен заряд, поставен на това място, по някакъв начин ще пътува в повече от една посока!
Така че отговорът е не, линиите на полето не могат да се пресичат.
Електрически полета и проводници
В проводник електроните се движат свободно. Ако в проводника има електрическо поле, тогава тези заряди ще се движат поради електрическата сила. Обърнете внимание, че след като се преместят, това преразпределение на таксите ще започне да допринася за нетното поле.
Електроните ще продължат да се движат, докато в проводника съществува ненулево поле. Следователно те се движат, докато не се разпределят по такъв начин, че да отменят вътрешното поле.
По подобна причина всеки нетен заряд, поставен върху проводник, винаги лежи на повърхността на проводника. Това е така, защото подобните обвинения ще се отблъснат, равномерно разпределяйки се еднакво и далеч възможно, като всеки допринася за нетното вътрешно поле по такъв начин, че техните ефекти да се анулират взаимно навън.
Следователно при статични условия полето в проводника винаги е нула.
Това свойство на проводниците позволяваелектрически екран. Тоест, тъй като свободните електрони в един проводник винаги ще се разпределят така, че да анулират поле вътре, тогава всичко, което се съдържа в проводяща мрежа, ще бъде защитено от външно електричество сили.
Имайте предвид, че линиите на електрическото поле винаги влизат и напускат повърхността на проводник перпендикулярно. Това е така, защото всеки паралелен компонент на полето би причинил движението на свободни електрони на повърхността, което те ще правят, докато няма повече мрежово поле в тази посока.
Примери за електрическо поле
Пример 1:Какво е електрическото поле на половината път между заряд от +6 μC и заряд от +4 μC, разделен на 10 cm? Каква сила би почувствал +2 μC тестов заряд на това място?
Започнете, като изберете координатна система, където положителнотох-ос сочи надясно и нека +6 μC заряд лежи в началото, докато +4 μC зарядът лежи нах= 10 см. Нетното електрическо поле ще бъде векторната сума на полето поради +6 μC заряд (който ще сочи вдясно) и полето поради +4 μC заряд (който ще сочи вляво):
E = \ frac {(8,99 \ по 10 ^ 9) (6 \ по 10 ^ {- 6})} {0,05 ^ 2} - \ frac {(8,99 \ по 10 ^ 9) (4 \ по 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} = 7.19 \ times10 ^ 6 \ текст {N / C}
Тогава електрическата сила, усещана от +2 μC заряд, е:
F = qE = (2 \ times10 ^ {- 6}) (7.19 \ times10 ^ 6) = 14.4 \ text {N}
Пример 2:Заряд от 0,3 μC е в началото и заряд от -0,5μC е поставен при x = 10 cm. Намерете място, при което нетното електрическо поле е 0.
Първо, можете да използвате разсъждения, за да определите, че не може да бъдемеждудвете такси, защото полето на мрежата между тях винаги ще бъде ненулево и сочещо вдясно. Също така не може да бъде наналиот -5 μC заряд, защото полето на мрежата ще бъде вляво и ненулево. Следователно трябва да бъде наналявоот 0,3 μC заряд.
Позволявамд= разстояние вляво от заряда от 0,3 μC, където полето е 0. Изразът за полето на мрежата приде:
E = - \ frac {k (0,3 \ text {μC})} {d ^ 2} + \ frac {k (0,5 \ text {μC})} {(d + .1) ^ 2} = 0
Сега решавате зад,първо чрез отмяна нак 'с:
- \ frac {0,3 \ text {μC}} {d ^ 2} + \ frac {0,5 \ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} = 0
След това умножавате, за да се отървете от знаменателите, опростявате и правите квадратна формула:
5d ^ 2 - 3 (0,1 + d) ^ 2 = 2d ^ 2 - 0,6 d - 0,03 = 0
Решаването на квадратното давад= 0,34 m.
Следователно нетното поле е нула на място 0,34 m вляво от 0,3 μC заряд.