Esialgu võib välja mõiste tunduda veidi abstraktne. Mis see salapärane nähtamatu asi ruumi täidab? See võib kõlada nagu midagi ulmest välja!
Kuid väli on tegelikult lihtsalt matemaatiline konstruktsioon või viis omistada vektor igale ruumipiirkonnale, mis annab mingisuguse märke selle kohta, kui tugev või nõrk on mõju igas punktis.
Elektrivälja määratlus
Nii nagu massiga objektid loovad gravitatsioonivälja, tekitavad elektrilaenguga objektid elektrivälju. Välja väärtus igal ajahetkel annab teile teavet selle kohta, mis juhtub teise objektiga, kui see sinna asetatakse. Gravitatsioonivälja puhul annab see teavet selle kohta, millist gravitatsioonijõudu teine mass tunneb.
Anelektrivälion vektorväli, mis määrab igale ruumipunktile vektori, mis näitab elektrostaatilist jõudu selles kohas laenguühiku kohta. Iga laenguga element tekitab elektrivälja.
Elektriväljaga seotud SI ühikud on Newtonid Coulombi kohta (N / C). Ja elektrivälja suurus punktallika laengu tõttuQannab:
E = \ frac {kQ} {r ^ 2}
Kusron kaugus laengustQja Coulombi konstantk = 8.99 × 109 Nm2/ C2.
Kokkuleppeliselt osutab elektrivälja suund radiaalselt positiivsetest laengutest eemale ja negatiivsete laengute suunas. Teine viis selle üle mõelda on see, et see osutab alati selles suunas, et sinna paigutatuna liiguks positiivne testlaeng.
Kuna väli on jõud laenguühiku kohta, siis punktpunktlaengu jõudqpõllulEoleks lihtsalt tooteqjaE:
F = qE = \ frac {kQq} {r ^ 2}
Mis on sama tulemus, mille annab Coulombi seadus elektrijõu kohta.
Väli, mis on antud punktis mitme allikalaengu või laengujaotuse tõttu, on väljaku vektorsumma, mis tuleneb igast laengust eraldi. Näiteks kui väli on toodetud lähtekoodigaQ1üksi antud punktis on paremal 3 N / C ja allikalaengu tekitatud väliQ2üksi samas punktis on 2 N / C vasakule, siis oleks mõlema laengu tõttu selles punktis olev väli 3 N / C - 2 N / C = 1 N / C paremale.
Elektrivälja jooned
Sageli kujutatakse elektrivälju ruumis pidevate joontega. Väljavektorid puutuvad igal hetkel väljajoonte külge ja need jooned tähistavad rada, mida positiivne laeng liiguks, kui sellel lubataks põllul vabalt liikuda.
Välja intensiivsust või elektrivälja tugevust tähistatakse joonte vahedega. Väli on tugevam kohtades, kus põllujooned on üksteisele lähemal ja nõrgemad seal, kus nad on rohkem laiali. Positiivse punktlaenguga seotud elektrivälja jooned näevad välja järgmised:
Dipooli väljajooned sarnanevad dipooli välisservade punktlaenguga, kuid on üksteisest väga erinevad:
•••wikimedia commons
Kas elektriväljatrassid võivad kunagi ületada?
Sellele küsimusele vastamiseks kaaluge, mis juhtuks, kui põllujooned ristuksid.
Nagu varem mainitud, puutuvad väljavektorid alati välja joontega kokku. Kui ristuvad kaks väljajoont, siis oleks ristumiskohas kaks erinevat väljavektorit, mis mõlemad osutavad erinevas suunas.
Kuid see ei saa olla. Ruumi samas punktis ei saa olla kahte erinevat välivektorit. See viitab sellele, et sellesse asukohta paigutatud positiivne laeng liiguks kuidagi rohkem kui ühes suunas!
Nii et vastus on eitav, väljajooned ei saa ületada.
Elektriväljad ja juhid
Juhis on elektronidel vabadus liikuda. Kui juhi sees on elektriväli, siis need laengud liiguvad elektrijõu mõjul. Pange tähele, et pärast nende liikumist hakkab tasude ümberjaotamine panustama netovälja.
Elektronid jätkavad liikumist seni, kuni juhis on nullväli. Seega liiguvad nad seni, kuni nad on ennast jaotanud nii, et tühistavad sisevälja.
Sarnasel põhjusel asub juhtmele asetatud netolaeng alati juhi pinnal. Selle põhjuseks on asjaolu, et sarnased tasud tõrjuvad, jagunevad ühtlaselt ja ühtlaselt nii kaugele kui kaugele võimalik, panustades mõlemad sisemisse netovälja selliselt, et nende mõju üksteist tühistaks välja.
Seega staatilistes tingimustes on juhi sees olev väli alati null.
See dirigentide omadus võimaldabelektriline varjestus. See tähendab, et kuna juhis olevad vabad elektronid jaotavad end alati nii, et need tühistavad välja, siis on kõik juhtivas võrgus sisalduv varjestatud välise elektrivoolu eest jõud.
Pange tähele, et elektrivälja jooned sisenevad juhi pinnale alati risti ja väljuvad sellest. Seda seetõttu, et välja mis tahes paralleelne komponent põhjustaks pinnal olevate vabade elektronide liikumist, mida nad teevad seni, kuni selles suunas pole enam võruvälja.
Näited elektrivälja kohta
Näide 1:Kui suur on elektriväli poolel teel +6 μC ja +4 μC laengu vahel, mida eraldab 10 cm? Millist jõudu tunneks +2 μC testlaeng selles kohas?
Alustage koordinaatide süsteemi valimisega, kus positiivnex-telg osutab paremale ja laske +6 μC laengul asuda alguspunktis, samal ajal kui +4 μC laengul onx= 10 cm. Elektriline netoväli on +6 μC laengu (mis suunab paremale) ja +4 μC laengu (mis näitab vasakule) põhjustatud välja vektori summa:
E = \ frac {(8.99 \ korda 10 ^ 9) (6 \ korda 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} - \ frac {(8.99 \ korda 10 ^ 9) (4 \ korda 10 ^ {- 6})} {0,05 ^ 2} = 7,19 \ korda10 ^ 6 \ tekst {N / C}
+2 μC laenguga tunnetatav elektrijõud on siis:
F = qE = (2 \ korda10 ^ {- 6}) (7,19 \ korda10 ^ 6) = 14,4 \ tekst {N}
Näide 2:Lähtekohas on 0,3 μC laeng ja x = 10 cm-le asetatakse -0,5 μC laeng. Leidke asukoht, kus neto elektriväli on 0.
Esiteks võite arutluskäigu abil kindlaks teha, et see ei saa ollavahelneed kaks laengut, sest nende vaheline netoväli on alati nullist paremale suunatud. Samuti ei saa see ollaeks-5 μC laengust, kuna netoväli oleks vasakul ja null. Seega peab see olemavasakule0,3 μC laengust.
Lased= kaugus 0,3 μC laengust vasakul, kui väli on 0. Võrguvälja avaldis aadressildon:
E = - \ frac {k (0,3 \ text {μC})} {d ^ 2} + \ frac {k (0,5 \ text {μC})} {(d + .1) ^ 2} = 0
Nüüd lahendated,esiteks tühistadesk 's:
- \ frac {0.3 \ text {μC}} {d ^ 2} + \ frac {0.5 \ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} = 0
Siis korrutate nimetajatest lahti saamiseks, lihtsustage ja tehke ruutvalem:
5d ^ 2 - 3 (0,1 + d) ^ 2 = 2d ^ 2 - 0,6d - 0,03 = 0
Ruutarvu lahendamine annabd= 0,34 m.
Seega on netoväli asukohas 0,34 m vasakul 0,3 μC laengust null.