elektrisches Feld

Das elektrische Feld eines positiven (linken) und negativen (rechts). Quelle: Wikimedia Commons

Was ist das elektrische Feld??

Er elektrisches Feld Es ist die Eigenschaft, die die mit der Beeinflussung des Umgebungsraums beladenen Objekte, die von anderen elektrisch geladenen Körpern wahrgenommen werden. Im Gegensatz zur elektrischen Kraft zwischen Lasten hängt das elektrische Feld jedoch nur von der Last ab, die sie erzeugt.

Michael Faraday (1791-1867), ein englischer Physiker, erstellte das Konzept des Feldes, indem er beobachtete, dass jede elektrische Ladung den Raum beeinflusst, der ihn umgibt.

Es ist nicht einmal notwendig, dass sich die Lasten in einem materiellen Medium befinden, da die Wechselwirkung in einem Vakuum angegeben werden kann.

Um die Form eines elektrischen Feldes visualisieren zu. Das Feld, das sie produziert_entweder.

Die Testlast wird an verschiedenen Stellen um +q platziert und sowohl positiv als auch die Kraft, die +q auf q ausübt_entweder Es ist Abstoßung.

Zeichnen der Kraft der Kraft auf die Last q_entweder An jedem Punkt des Raums, den es besetzt, und das Entfernen, gibt es eine Reihe von Linien, die radial aus der Last +q entstehen (siehe Bild oben, links).

Bei der Wiederholung der Erfahrung mit einer negativen Belastung - Q sind auch die Linien radial, aber eintreten zu - q. In beiden Fällen sind die Linien tangential zum elektrischen Vektorfeld der Belastung, der es aushält, wenn es positiv ist, und eingehalten, wenn sie negativ ist.

Formel und Einheiten

Wenn in einer Region des Raums ein elektrisches Feld vorhanden ist UND, Eine elektrische Ladung q_entweder Erfahrung dank ihm eine Kraft, die von:

Kann Ihnen dienen: Zufallsfehler: Formel und Gleichungen, Berechnung, Beispiele, Übungen

F = q_entwederUND

So dass:

Die elektrische Feldeinheit im internationalen Einheitensystem ist Newton/Coulomb, das N/C abkürzte. Es ist auch üblich, das elektrische Feld in Bezug auf eine skalare Größe, die als elektrisches Potential bezeichnet wird, auszudrücken. In diesem Fall ist das Feld für das Feld das Volt/Meter (v/m).

Das elektrische Feld einer pünktlichen Belastung

Feld UND wird von einem Objekt mit Last Q erzeugt. Die Versuchslast sehr klein machen, das heißt, q zu machen_entweder neigen zu 0, den Vektor UND Ist:

Mit F_entweder die Kraft zwischen Q und Q_entweder.

Die Absicht bei der Übernahme der Grenze ist es, die Versuchslast so gering zu machen, dass sein Feld nicht denjenige ändert, der berechnen möchte.

Wenn nach Coulombs Gesetz eine pünktliche Belastung ist, ist die Kraft zwischen den Anklagen q und q_entweder, Beide trennten einen Abstand r, wird gegeben durch:

In dieser Gleichung ist k die elektrostatische Konstante und der Einheitsvektor in Richtung der Linie, die Q und Q und Q einverhält_entweder Ist:

Ersetzt diesen Ausdruck in der Definition von Feld und wird erhalten:

 So dass das Feld UND, Erzeugt durch die pünktliche Belastung q an Punkt P ist:

Daher, UND Es hängt nicht von der Versuchslast ab, sondern von der Last, die sie erzeugt. Der Größe des Feldes ist direkt proportional zur Größe der Last und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen der Last und dem Punkt p.

Und wie am Anfang angegeben, die Adresse Aus dem Feld ist es radial und die Richtung ist auf die Last ausgeschaltet, wenn sie positiv ist, und eingehalten, wenn sie negativ ist.

Elektrische Feldintensität

Das elektrische Feld ist Vektor und seine Intensität bezieht sich auf sein Modul oder seine Größe, die ohne Fettdruck bezeichnet wird. Für eine pünktliche Belastung ist die Intensität seines elektrischen Feldes einfach:

Kann Ihnen dienen: Oberflächliche Dilatation: Formel, Koeffizienten und Beispiele

 Und um das Modul einer Menge zu sein, ist es immer positiv.

Zum Beispiel die Intensität des elektrischen Feldes, das durch eine Last q = - 4 erzeugt wird.3 μc (μC lautet „microcoulomb“ und entspricht der Millionstel einer Coulomb), in einem Abstand von 2 cm von der Last ist es:

Beachten Sie, dass der Abstand von 2 cm Zähler wurde und sich mit der Leistung 10 multipliziert^–2, Da sich die elektrostatische Konstante in Einheiten befindet, wenn. Und obwohl die Last negativ ist, ist die Intensität des Feldes, das es erzeugt.

Beispiele für elektrische Feld

1. Elektrisches Feld einer diskreten Verteilung der Lasten

Eine Reihe spezifischer Gebühren heißt Diskrete Lastverteilung. In diesem Fall wird das resultierende elektrische Feld am Punkt p berechnet, indem das angewendet wird Prinzip der Superposition, Welches ist der Summenvektor des Feldes, den jede der Lasten in P erzeugt:

UND_Netz = UND₁ + UND₂ + UND₃ +..

Das folgende Bild zeigt eine Verteilung, die aus fünf spezifischen Lasten und dem elektrischen Feld besteht, das jeweils an Punkt P erzeugt wird:

Elektrisches Feld am Punkt P aufgrund einer diskreten Verteilung der Lasten

• Die Lasten q₃ und Q₅ Sie sind negativ und das Feld, das sie produzieren. Sie unterscheiden sich blau.
• Für seinen Teil die Lasten q₁, Q₂ und Q₄ Sie sind positiv und schaffen ein herausragendes Feld in Rot.

2. Elektrisches Feld einer kontinuierlichen Verteilung der Lasten

Eine kontinuierliche Lastverteilung besteht aus einem erweiterten Objekt, das elektrisch beladen ist, wie beispielsweise die in der folgenden Abbildung gezeigten. Da das Objekt nennenswerte Dimensionen aufweist, unterscheidet sich das Feld, das ein Teil des Körpers in P produziert.

Kann Ihnen dienen: Kirchhoff -Gesetze

Nehmen wir an, dass eine kleine elektrische Ladung des Objekts genannt wird, als DQ und vermeintlich positiv, was in P zu einem kleinen Beitrag zum gesamten elektrischen Feld liefert. Dieser Beitrag ist ein Unterschied des elektrischen Feldvektors DUND.

Da die DQ -Last sehr klein ist, ist ihr Feld wie das einer pünktlichen Belastung, sodass die Gleichung angewendet werden kann, bevor er gesehen wird:

Um das elektrische Feld eines erweiterten Objekts zu berechnen, ist es über ihr gesamtes Volumen integriert. Die Lastdichte (Last pro Volumeneinheit) wird als ρ bezeichnet

Um das Gesamtfeld des Objekts an Punkt P zu erhalten. Dies führt zum Integral:

Übung gelöst

Eine pünktliche Last q = 2.0 × 10^–8 C wird an einem Punkt P in einem elektrischen Feld platziert, in dem es eine aufsteigende Kraft von Größe 4 erfährt.0 × 10^–6 N. Berechnung:

a) Das elektrische Feld in p

b) die Kraft auf einer Last q = –1.0 × 10^–8 C in p gelegen.

Lösung für

Seien Sie die Größe des elektrischen Feldes, in dem die Last platziert ist. Aufgrund dieses Feldes erfährt diese Last die Aufwärtskraft der Größe F, so dass:

F = q ∙ e

So:

E = f /q = 4.0 × 10^-6 N/ 2.0 × 10^-8 C = 200 n/c.

Positiv zu sein, die Last, Kraft und Feld haben die gleiche Richtung und Bedeutung.

Lösung b

Die Größe der Kraft, die auf das wirkt, was ist:

Wenn diese Belastung negativ ist, haben Kraft und Feld die gleiche Richtung, aber entgegengesetzte Sinne.

Verweise

1. Bauer, w. 2011. Physik für Ingenieurwesen und Wissenschaften. Band 2. Mc Graw Hill. 
2. Feld- und elektrisches Potential einer pünktlichen Belastung. Abgerufen von: sc.Ehu.Ist.
3. Resnick, r. (1999). Physisch. Vol. 1. 3. Aufl. in Spanisch. Kontinentaler Redaktionsgesellschaft s.ZU. von c.V.
4. Sears, z. (2016). Universitätsphysik mit moderner Physik. 14. Ed. Band 1. Pearson.
5. Universitätsphysik. Elektrisches Feld. Vol. 2. Abgerufen von: openStax.Org.