Ce este un câmp electric? Definiție, formulă, exemplu

Când un balon este frecat de un pulover, balonul devine încărcat. Din cauza acestei încărcături, balonul se poate lipi de pereți, dar atunci când este așezat lângă un alt balon care a fost frecat, primul balon va zbura în direcția opusă.

Cheile de luat la cheie: câmp electric

• Încărcarea electrică este o proprietate a materiei care determină atragerea sau respingerea a două obiecte în funcție de sarcinile lor (pozitive sau negative).
• Un câmp electric este o regiune a spațiului din jurul unei particule sau obiect încărcat electric în care o sarcină electrică ar simți forța.
• Un câmp electric este o cantitate vectorială și poate fi vizualizat ca săgeți care se îndreaptă spre sau departe de sarcini. Liniile sunt definite ca îndreptate radial spre exterior, departe de o taxă pozitivă sau radial spre interior, spre o taxă negativă.

Acest fenomen este rezultatul unei proprietăți a materiei numită sarcină electrică. Încărcările electrice produc câmpuri electrice: regiuni de spațiu din jurul particulelor sau obiectelor încărcate electric în care alte particule sau obiecte încărcate electric ar simți forța.

Definiția sarcinii electrice

O sarcină electrică, care poate fi pozitivă sau negativă, este o proprietate a materiei care determină atragerea sau respingerea a două obiecte. Dacă obiectele sunt încărcate opus (pozitiv-negativ), acestea vor atrage; dacă sunt încărcați în mod similar (pozitiv-pozitiv sau negativ-negativ), se vor repeta.

Unitatea de încărcare electrică este coulomb, care este definită ca cantitatea de energie electrică care este transportată de un curent electric de 1 ampere în 1 secundă.

Atomii, care sunt unitățile de bază ale materiei, sunt formate din trei tipuri de particule: electroni, neutroni și protoni. Electronii și protonii înșiși sunt încărcați electric și respectiv au o sarcină negativă și, respectiv, pozitivă. Un neutron nu este încărcat electric.

Multe obiecte sunt neutre din punct de vedere electric și au o încărcare netă totală de zero. Dacă există un exces de electroni sau protoni, obținând astfel o sarcină netă care nu este zero, obiectele sunt considerate încărcate.

O modalitate de a cuantifica sarcina electrică este folosirea constantei e = 1.602 * 10^-19 pandative. Un electron, care este cel mai miccantitatea de sarcină electrică negativă, are o încărcare de -1.602 * 10^-19 pandative. Un proton, care este cea mai mică cantitate de sarcină electrică pozitivă, are o încărcare de +1.602 * 10^-19 pandative. Astfel, 10 electroni ar avea o încărcare de -10 e, iar 10 protoni ar avea o încărcare de +10 e.

Legea lui Coulomb

Încărcările electrice se atrag sau se resping reciproc, deoarece își exercită forțe reciproc. Forța dintre două sarcini cu punct electric - sarcini idealizate, care sunt concentrate la un punct în spațiu - este descrisă de legea lui Coulomb. Legea lui Coulomb afirmă că forța, sau mărimea, a forței dintre două sarcini punctuale esteproporțional cu mărimile sarcinilor și invers proporțională la distanța dintre cele două sarcini.

Din punct de vedere matematic, acest lucru este dat ca:

F = (k | q₁q₂|) / R²

unde q₁ este taxa pentru primul punct punct, q₂ este sarcina celei de-a doua puncte, k = 8.988 * 10⁹ nm²/ C² este constanta lui Coulomb, iar r este distanța dintre două sarcini punctuale.

Deși tehnic nu există sarcini punctuale reale, electronii, protonii și alte particule sunt atât de mici încât pot fi aproxima printr-o taxă punctuală.

Formula câmpului electric

O sarcină electrică produce un câmp electric, care este o regiune de spațiu în jurul unei particule sau obiect încărcate electric în care o sarcină electrică ar simți forța. Câmpul electric există în toate punctele din spațiu și poate fi observat prin aducerea unei alte încărcări în câmpul electric. Cu toate acestea, câmpul electric poate fi aproximat la zero pentru scopuri practice, dacă sarcinile sunt destul de departe unul de celălalt.

Câmpurile electrice sunt o cantitate vectorială și pot fi vizualizate sub formă de săgeți care se îndreaptă spre sau departe de sarcini. Liniile sunt definite ca îndreptate radial spre exterior, departe de o taxă pozitivă sau radial spre interior, spre o taxă negativă.

Mărimea câmpului electric este dată de formula E = F / q, unde E este forța câmpului electric, F este forța electrică și q este sarcina de testare care este folosită pentru a „simți” câmpul electric.

Exemplu: câmp electric cu sarcini în 2 puncte

Pentru taxele de două puncte, F este dat de legea lui Coulomb de mai sus.

• Astfel, F = (k | q₁q₂|) / R², unde q₂ este definit ca fiindtaxa de testarecare este folosit pentru a „simți” câmpul electric.
• Folosim apoi formula câmpului electric pentru a obține E = F / q₂, de când q₂ a fost definit ca sarcina de testare.
• După înlocuirea lui F, E = (k | q₁|) / R².

surse

• Fitzpatrick, Richard. „Câmpuri electrice”. Universitatea din Texas din Austin, 2007.
• Lewandowski, Heather și Chuck Rogers. „Câmpuri electrice”. Universitatea din Colorado la Boulder, 2008.
• Richmond, Michael. „Încărcarea electrică și legea lui Coulomb.” Institutul de Tehnologie Rochester.