Mikä on sähkökenttä? Määritelmä, kaava, esimerkki

click fraud protection

Kun ilmapalloa hierotaan puseroa vasten, ilmapallo latautuu. Tämän varauksen takia ilmapallo voi tarttua seiniin, mutta kun se asetetaan toisen, myös hierotun ilmapallin viereen, ensimmäinen pallo lentää vastakkaiseen suuntaan.

Avainkortit: sähkökenttä

  • Sähkövaraus on aineen ominaisuus, joka saa kaksi esinettä vetoamaan tai hylkäämään varauksistaan ​​riippuen (positiivinen tai negatiivinen).
  • Sähkökenttä on avaruusalue sähköisesti varautuneen hiukkasen tai esineen ympärillä, jossa sähkövaraus tunisi voimaa.
  • Sähkökenttä on vektorimäärä ja voidaan visualisoida nuoleina, jotka menevät kohti latauksia tai poispäin niistä. Viivat määritellään osoittaviksi säteittäisesti ulospäin, poissa positiivisesta varauksesta tai säteittäisesti sisäänpäin, kohti negatiivista varausta.

Tämä ilmiö on seurausta aineen ominaisuudesta, jota kutsutaan sähkövaraukseksi. Sähkövaraukset tuottavat sähkökenttiä: avaruusalueet sähköisesti varautuneiden hiukkasten tai esineiden ympärillä, joissa muut sähköisesti varautuneet hiukkaset tai esineet tuntevat voimaa.

instagram viewer

Sähkölatauksen määritelmä

Sähkövaraus, joka voi olla joko positiivinen tai negatiivinen, on aineen ominaisuus, joka saa kaksi kohdetta houkuttelemaan tai torjumaan. Jos esineet ovat vastakkaisesti ladattuja (positiivinen-negatiivinen), ne houkuttelevat; jos ne ovat vastaavasti ladattuja (positiivinen-positiivinen tai negatiivinen-negatiivinen), ne hylkivät.

Sähkövarausyksikkö on coulomb, joka määritellään sähkön määränä, jonka kuljettaa sähkövirta 1 ampeerista 1 sekunnissa.

atomit, jotka ovat asia, valmistetaan kolmen tyyppisistä hiukkasista: elektronit, neutronitja protoneja. Itse elektronit ja protonit ovat sähköisesti varautuneita, ja niillä on vastaavasti negatiivinen ja positiivinen varaus. Neutronia ei ole sähköisesti varautunut.

Monet esineet ovat sähköisesti neutraaleja ja niiden kokonaisnettovaraus on nolla. Jos elektronia tai protoneja on ylimäärä, jolloin nettovaraus ei ole nolla, esineitä pidetään varautuneina.

Yksi tapa mitata sähkövaraus on vakiona e = 1,602 * 10-19 Riipukset. Elektronin, joka on pienin negatiivisen sähkövarauksen määrä, varaus on -1,602 * 10-19 Riipukset. Protonin, joka on pienin määrä positiivista sähkövarausta, varaus on +1 602 * 10-19 Riipukset. Siten 10 elektronin varaus olisi -10 e, ja 10 protonin varaus olisi +10 e.

Coulombin laki

Sähkövaraukset houkuttelevat tai hylkivät toisiaan, koska ne rasittavat voimat toisiinsa. Kahden sähköpistevarauksen - idealisoidun varauksen, joka on keskittynyt yhteen pisteeseen avaruudessa - välinen voima kuvataan Coulombin laki. Coulombin lain mukaan kahden pistevarauksen välisen voiman voimakkuus tai voimakkuus on verrannollinen varauksen suuruuteen ja kääntäen verrannollinen kahden latauksen väliseen etäisyyteen.

Matemaattisesti tämä annetaan seuraavasti:

F = (k | q1q2|) / R2

missä q1 on ensimmäisen pistevarauksen varaus, q2 on toisen pistevarauksen varaus, k = 8.988 * 109 nm2/ C2 on Coulombin vakio ja r on kahden pistevarauksen välinen etäisyys.

Vaikka teknisesti ei ole todellisia pistevarauksia, elektronit, protonit ja muut hiukkaset ovat niin pieniä, että ne voivat olla Likimääräinen pistemaksulla.

Sähkökentän kaava

Sähkövaraus tuottaa sähkökentän, joka on avaruusalue sähköisesti varautuneen hiukkasen tai esineen ympärillä, jossa sähkövaraus tunisi voimaa. Sähkökenttä on kaikissa avaruuden pisteissä ja sitä voidaan havaita tuomalla uusi varaus sähkökenttään. Sähkökenttä voidaan kuitenkin lähentää nollaksi käytännön tarkoituksissa, jos varaukset ovat riittävän kaukana toisistaan.

Sähkökentät ovat a vektorisuure ja ne voidaan visualisoida nuoleina, jotka menevät kohti latauksia tai niiden ulkopuolella. Viivat määritellään osoittaviksi säteittäisesti ulospäin, poissa positiivisesta varauksesta tai säteittäisesti sisäänpäin, kohti negatiivista varausta.

Sähkökentän suuruus saadaan kaavalla E = F / q, missä E on kaavan vahvuus sähkökenttä, F on sähkövoima ja q on testivaraus, jota käytetään "tuntemaan" sähkö ala.

Esimerkki: 2-pisteisten latausten sähkökenttä

Kaksi pistemaksua varten F annetaan yllä olevassa Coulombin laissa.

  • Siten F = (k | q1q2|) / R2, missä q2 on määritelty parhaiten chargethat, jota käytetään "tuntemaan" sähkökenttä.
  • Käytämme sitten sähkökenttäkaavaa saadaksesi E = F / q2, koska q2 on määritelty testivaraukseksi.
  • Kun on korvattu F: llä, E = (k | q1|) / R2.

Lähteet

  • Fitzpatrick, Richard. “Sähkökentät.” Teksasin yliopisto Austinissa, 2007.
  • Lewandowski, Heather ja Chuck Rogers. "Sähkökentät." Coloradon yliopisto Boulderissa, 2008.
  • Richmond, Michael. “Sähkövaraus ja Coulombin laki.” Rochester Institute of Technology.
instagram story viewer