Vad är ett elektriskt fält? Definition, formel, exempel

När en ballong gnides mot en tröja blir ballongen laddad. På grund av denna laddning kan ballongen klibba fast på väggar, men när den placeras bredvid en annan ballong som också har gnuggas, flyger den första ballongen i motsatt riktning.

Key Takeaways: Electric Field

• En elektrisk laddning är en egenskap av materie som får två objekt att locka till eller avfalla beroende på deras laddningar (positiva eller negativa).
• Ett elektriskt fält är ett område i rymden runt en elektriskt laddad partikel eller föremål där en elektrisk laddning känner kraft.
• Ett elektriskt fält är en vektorkvantitet och kan visualiseras som pilar som går mot eller bort från laddningar. Raderna definieras som pekande radiellt utåt, bort från en positiv laddning, eller radiellt inåt, mot en negativ laddning.

Detta fenomen är resultatet av en egenskap av materia som kallas elektrisk laddning. Elektriska laddningar producerar elektriska fält: områden i rymden runt elektriskt laddade partiklar eller föremål där andra elektriskt laddade partiklar eller föremål känner kraft.

Definition av elektrisk laddning

En elektrisk laddning, som kan vara antingen positiv eller negativ, är en egenskap av materia som får två föremål att locka eller avvisa. Om föremålen är motsatt laddade (positiva-negativa), kommer de att locka; om de är på samma sätt laddade (positiva-positiva eller negativa-negativa) kommer de att skjuta tillbaka.

Enheten för elektrisk laddning är coulomb, som definieras som den mängd el som transporteras med en elektrisk ström på 1 ampere på 1 sekund.

Atomer, som är de grundläggande enheterna för materien, är gjorda av tre typer av partiklar: elektroner, neutroner och protoner. Elektroner och protoner själva är elektriskt laddade och har en negativ respektive positiv laddning. En neutron är inte elektriskt laddad.

Många objekt är elektriskt neutrala och har en total nettoladdning på noll. Om det finns ett överskott av antingen elektroner eller protoner och därmed ger en nettoladdning som inte är noll betraktas objekten som laddade.

Ett sätt att kvantifiera elektrisk laddning är att använda konstanten e = 1,602 * 10^-19 coulomb. En elektron, som är den minstamängden negativ elektrisk laddning, har en laddning på -1,602 * 10^-19 coulomb. En proton, som är den minsta mängden positiv elektrisk laddning, har en laddning på +1,602 * 10^-19 coulomb. Således skulle 10 elektroner ha en laddning av -10 e, och 10 protoner skulle ha en laddning på +10 e.

Coulombs lag

Elektriska laddningar lockar eller stöter varandra eftersom de utövar krafter på varandra. Kraften mellan två elektriska punktladdningar - idealiserade laddningar som är koncentrerade vid en punkt i rymden - beskrivs av Coulombs lag. Coulombs lag säger att styrkan eller styrkan hos styrkan mellan två punktsladdningar ärproportionell mot laddningens storlekar och omvänt proportionell till avståndet mellan de två laddningarna.

Matematiskt ges detta som:

F = (k | q₁q₂|) / R²

där q₁ är laddningen för den första punktladdningen, q₂ är laddningen för den andra punktladdningen, k = 8,988 * 10⁹ nm²/ C² är Coulombs konstant, och r är avståndet mellan två punktsladdningar.

Även om det tekniskt inte finns några riktiga punktladdningar, är elektroner, protoner och andra partiklar så små att de kan vara approximerade av en poängavgift.

Formel för elektriskt fält

En elektrisk laddning producerar ett elektriskt fält, som är ett område i rymden runt en elektriskt laddad partikel eller föremål där en elektrisk laddning känner kraft. Det elektriska fältet finns vid alla punkter i rymden och kan observeras genom att föra en ny laddning in i det elektriska fältet. Det elektriska fältet kan emellertid approximeras som noll för praktiska ändamål om laddningarna är tillräckligt långt från varandra.

Elektriska fält är en vektorkvantitet och kan visualiseras som pilar som går mot eller bort från laddningar. Raderna definieras som pekande radiellt utåt, bort från en positiv laddning, eller radiellt inåt, mot en negativ laddning.

Storleken på det elektriska fältet ges av formeln E = F / q, där E är styrkan hos det elektriska fältet, F är den elektriska kraften, och q är den testladdning som används för att "känna" det elektriska fältet.

Exempel: Elektriskt fält med 2-punktsladdningar

För två punktsavgifter anges F enligt Coulombs lag ovan.

• F = (k | q₁q₂|) / R², där q₂ definieras somtestavgiftsom används för att "känna" det elektriska fältet.
• Vi använder sedan den elektriska fältformeln för att få E = F / q₂, sedan q₂ har definierats som testladdningen.
• Efter att ha ersatt F, E = (k | q₁|) / R².

källor

• Fitzpatrick, Richard. "Elektriska fält." University of Texas i Austin, 2007.
• Lewandowski, Heather och Chuck Rogers. "Elektriska fält." University of Colorado i Boulder, 2008.
• Richmond, Michael. "Elladdning och Coulombs lag." Rochester Institute of Technology.