Hva er et elektrisk felt? Definisjon, formel, eksempel

sakkmesterke / Getty Images

Når en ballong gnis mot en genser, blir ballongen ladet. På grunn av denne ladningen kan ballongen feste seg til vegger, men når den plasseres ved siden av en annen ballong som også har blitt gnidd, vil den første ballongen fly i motsatt retning.

Viktige takeaways: Elektrisk felt

• En elektrisk ladning er en egenskap ved materie som får to objekter til å tiltrekke seg eller frastøte avhengig av ladningene deres (positive eller negative).
• Et elektrisk felt er et område i rommet rundt en elektrisk ladet partikkel eller gjenstand der en elektrisk ladning vil føle kraft.
• Et elektrisk felt er en vektormengde og kan visualiseres som piler som går mot eller bort fra ladninger. Linjene er definert som pekende radielt utover , vekk fra en positiv ladning, eller radialt innover , mot en negativ ladning.

Dette fenomenet er et resultat av en egenskap ved materie som kalles elektrisk ladning. Elektriske ladninger produserer elektriske felt: områder i rommet rundt elektrisk ladede partikler eller gjenstander der andre elektrisk ladede partikler eller gjenstander vil føle kraft.

Definisjon av elektrisk ladning

En elektrisk ladning, som kan være enten positiv eller negativ, er en egenskap ved materie som får to objekter til å tiltrekke seg eller frastøte. Hvis objektene er motsatt ladet (positiv-negative), vil de tiltrekke seg; hvis de er på samme måte ladet (positiv-positive eller negativ-negative), vil de frastøte.

Enheten for elektrisk ladning er coulomb, som er definert som mengden elektrisitet som overføres av en elektrisk strøm på 1 ampere på 1 sekund.

Atomer , som er de grunnleggende enhetene til saken , er laget av tre typer partikler: elektroner , nøytroner , og protoner . Elektroner og protoner i seg selv er elektrisk ladet og har henholdsvis negativ og positiv ladning. Et nøytron er ikke elektrisk ladet.

Mange gjenstander er elektrisk nøytrale og har en total nettoladning på null. Hvis det er et overskudd av enten elektroner eller protoner, og dermed gir en nettoladning som ikke er null, anses objektene som ladet.

En måte å kvantifisere elektrisk ladning på er å bruke konstanten e = 1,602 *10^-19coulombs. Et elektron, som er det minste mengde negativ elektrisk ladning, har en ladning på -1,602 *10^-19coulombs. Et proton, som er den minste mengden positiv elektrisk ladning, har en ladning på +1,602 *10^-19coulombs. Dermed ville 10 elektroner ha en ladning på -10 e, og 10 protoner ville ha en ladning på +10 e.

Coulombs lov

Elektriske ladninger tiltrekker eller frastøter hverandre fordi de anstrenger seg krefter på hverandre. Kraften mellom to elektriske punktladninger - idealiserte ladninger som er konsentrert på ett punkt i rommet - er beskrevet av Coulombs lov . Coulombs lov sier at styrken, eller størrelsen, på kraften mellom to punktladninger er proporsjonal med størrelsen på ladningene og omvendt proporsjonal til avstanden mellom de to ladningene.

Matematisk er dette gitt som:

F = (k|q₁q_to|)/r^to

hvor q₁er ladningen til den første punktladingen, q_toer ladningen til den andre punktladningen, k = 8,988 * 10⁹Nm^to/C^toer Coulombs konstant, og r er avstanden mellom to punktladninger.

Selv om det teknisk sett ikke er noen reelle punktladninger, er elektroner, protoner og andre partikler så små at de kan tilnærmet med en punktlading.

Formel for elektrisk felt

En elektrisk ladning produserer et elektrisk felt, som er et område av rommet rundt en elektrisk ladet partikkel eller gjenstand der en elektrisk ladning vil føle kraft. Det elektriske feltet eksisterer på alle punkter i rommet og kan observeres ved å bringe en annen ladning inn i det elektriske feltet. Imidlertid kan det elektriske feltet tilnærmes til null for praktiske formål hvis ladningene er langt nok fra hverandre.

Elektriske felt er en vektor mengde og kan visualiseres som piler som går mot eller bort fra ladninger. Linjene er definert som pekende radielt utover , vekk fra en positiv ladning, eller radialt innover , mot en negativ ladning.

Størrelsen på det elektriske feltet er gitt av formelen E = F/q, der E er styrken til det elektriske feltet, F er den elektriske kraften, og q er testladningen som brukes til å føle det elektriske feltet.

Eksempel: Elektrisk felt med 2 punkts ladninger

For to punktavgifter er F gitt av Coulombs lov ovenfor.

• Dermed F = (k|q₁q_to|)/r^to, hvor q_toer definert som prøvelading som brukes til å føle det elektriske feltet.
• Vi bruker så det elektriske feltformelen for å få E = F/q_to, siden q_tohar blitt definert som testavgiften.
• Etter å ha erstattet F, E = (k|q₁|)/r^to.

Kilder

• Fitzpatrick, Richard. Elektriske felt . University of Texas i Austin , 2007.
• Lewandowski, Heather og Chuck Rogers. Elektriske felt. University of Colorado i Boulder , 2008.
• Richmond, Michael. Elektrisk ladning og Coulombs lov . Rochester Institute of Technology.