У почетку концепт поља може изгледати помало апстрактно. Шта је то тајанствено невидљиво што испуњава простор? То може звучати као нешто из научне фантастике!
Али поље је заправо само математичка конструкција или начин додељивања вектора свакој области простора који даје неке назнаке колико је ефекат јак или слаб у свакој тачки.
Дефиниција електричног поља
Као што предмети са масом стварају гравитационо поље, тако и предмети са електричним набојем стварају електрична поља. Вредност поља у било којој датој тачки даје вам информације о томе шта ће се догодити са другим објектом када се тамо постави. У случају гравитационог поља, даје информације о томе какву ће гравитациону силу осећати друга маса.
Анелектрично пољеје векторско поље које свакој тачки у простору додељује вектор који указује на електростатичку силу по јединици наелектрисања на тој локацији. Било која ствар са наелектрисањем генерише електрично поље.
СИ јединице повезане са електричним пољем су Њутни по Кулону (Н / Ц). И величина електричног поља услед тачкастог наелектрисањаКдаје:
Е = \ фрац {кК} {р ^ 2}
Гдерје удаљеност од наелектрисањаКа Кулонова константак = 8.99 × 109 Нм2/ Ц2.
По договору, смер електричног поља радијално показује од позитивних наелектрисања ка негативним наелектрисањима. Други начин размишљања о томе је да увек усмерава у правцу кретања позитивног тест наелектрисања ако се тамо постави.
Пошто је поље сила по јединици наелектрисања, онда је сила на тачкастом испитном набојуку пољуЕ.једноставно био производкиЕ.:
Ф = кЕ = \ фрац {кКк} {р ^ 2}
Што је исти резултат који даје Кулонов закон за електричну силу.
Поље у било којој датој тачки услед вишеструких изворних наелектрисања или расподеле наелектрисања је векторски збир поља због сваког од наелектрисања појединачно. На пример, ако је поље произведено изворним пуњењемК1сам у датој тачки је 3 Н / Ц надесно, а поље произведено изворним наелектрисањемК2сам у истој тачки је 2 Н / Ц лево, тада би поље у тој тачки због оба наелектрисања било 3 Н / Ц - 2 Н / Ц = 1 Н / Ц десно.
Линије електричног поља
Често су електрична поља приказана непрекидним линијама у свемиру. Вектори поља су тангенти на линије поља у било којој датој тачки и те линије означавају путању којом би прошао позитиван набој ако му се дозволи слободно кретање по пољу.
Интензитет поља или јачина електричног поља означени су размаком линија. Поље је јаче на местима где су линије поља ближе и слабије тамо где су раширеније. Линије електричног поља повезане са позитивним тачкастим наелектрисањем изгледају следеће:
Линије поља дипола подсећају на тачкасте наелектрисања на спољним ивицама дипола, али се међусобно веома разликују:
•••викимедиа цоммонс
Да ли се линије електричног поља могу икад прећи?
Да бисте одговорили на ово питање, размислите шта би се догодило да се линије поља ипак прелазе.
Као што је претходно поменуто, вектори поља су увек тангенти на линије поља. Ако се две линије поља укрсте, тада би на тачки пресека била два различита вектора поља, сваки усмерен у другом смеру.
Али ово не може бити. Не можете имати два различита вектора поља у истој тачки у простору. То би наговештавало да би позитиван набој на овом месту некако путовао у више праваца!
Дакле, одговор је не, линије поља не могу да се прелазе.
Електрична поља и проводници
У проводнику се електрони могу слободно кретати. Ако је унутар проводника присутно електрично поље, тада ће се ти набоји померати услед електричне силе. Имајте на уму да ће након премештања ова прерасподела наелектрисања почети да доприноси нето пољу.
Електрони ће се наставити кретати све док у проводнику постоји нула поље. Отуда се крећу док се не распореде тако да пониште унутрашње поље.
Из сличног разлога, свако нето наелектрисање постављено на проводник увек лежи на површини проводника. То је зато што ће се сличне оптужбе одбити, равномерно распоређујући се једнако једнолико и далеко могуће, свако доприносећи нето унутрашњем пољу на такав начин да се њихови ефекти поништавају напоље
Отуда је у статичким условима поље унутар проводника увек нула.
Ово својство проводника омогућаваелектрични штит. Односно, пошто ће се слободни електрони у проводнику увек распоредити тако да пониште унутрашње поље, тада ће све што се налази у проводној мрежи бити заштићено од спољашњег електричног напајања снаге.
Имајте на уму да линије електричног поља увек улазе и излазе из површине проводника окомито. То је зато што би било која паралелна компонента поља узроковала кретање слободних електрона на површини, што ће чинити све док више нема мрежног поља у том правцу.
Примери електричног поља
Пример 1:Колики је електрично поље на пола пута између наелектрисања од +6 μЦ и наелектрисања од +4 μЦ раздвојеног за 10 цм? Коју силу би осетио +2 μЦ пробни набој на овом месту?
Започните одабиром координатног система где је позитивноИкс-ос показује десно и нека +6 μЦ наелектрисање лежи у исходишту, док +4 μЦ наелектрисање лежи наИкс= 10 цм. Нето електрично поље биће векторски збир поља услед +6 μЦ наелектрисања (који ће усмеравати удесно) и поље услед +4 μЦ наелектрисања (који ће усмеравати лево):
Е = \ фрац {(8,99 \ пута 10 ^ 9) (6 \ пута 10 ^ {- 6})} {0,05 ^ 2} - \ фрац {(8,99 \ пута 10 ^ 9) (4 \ пута 10 ^ {- 6})} {0,05 ^ 2} = 7,19 \ пута10 ^ 6 \ текст {Н / Ц}
Тада је електрична сила коју осећа пуњење +2 μЦ:
Ф = кЕ = (2 \ тимес10 ^ {- 6}) (7.19 \ тимес10 ^ 6) = 14.4 \ тект {Н}
Пример 2:Наелектрисање од 0,3 μЦ је у исходишту, а наелектрисање од -0,5μЦ је на к = 10 цм. Пронађите локацију на којој је нето електрично поље 0.
Прво, помоћу расуђивања можете утврдити да то не може битиизмеђута два пуњења јер ће нето поље између њих увек бити нула и усмерено удесно. Такође не може битијел таконаелектрисања од -5 μЦ јер би нето поље било лево и различито од нуле. Отуда то мора битилевонаелектрисања од 0,3 μЦ.
Дозволитид= растојање лево од наелектрисања од 0,3 μЦ где је поље 0. Израз за нето поље надје:
Е = - \ фрац {к (0,3 \ тект {μЦ})} {д ^ 2} + \ фрац {к (0,5 \ тект {μЦ})} {(д + .1) ^ 2} = 0
Сада решите зад,прво поништавањемк 'с:
- \ фрац {0,3 \ тект {μЦ}} {д ^ 2} + \ фрац {0,5 \ тект {μЦ}} {(д + .1) ^ 2} = 0
Затим множите да бисте се ослободили називника, поједноставите и направите квадратну формулу:
5д ^ 2 - 3 (0,1 + д) ^ 2 = 2д ^ 2 - 0,6 д - 0,03 = 0
Решавање квадратног дајед= 0,34 м.
Отуда је нето поље нула на месту 0,34 м лево од 0,3 μЦ наелектрисања.