Co je to elektrické pole? Definice, vzorec, příklad

Když se balón otře o svetr, nabije se balón. Kvůli tomuto náboji se balón může držet na stěnách, ale když je umístěn vedle jiného balónu, který byl také otřen, bude první balónek létat v opačném směru.

Klíčové cesty: Elektrické pole

Tento jev je výsledkem vlastnosti hmoty zvané elektrický náboj. Elektrické náboje vytvářejí elektrická pole: oblasti prostoru kolem elektricky nabitých částic nebo předmětů, ve kterých by jiné elektricky nabité částice nebo předměty cítily sílu.

Elektrický náboj, který může být buď kladný nebo záporný, je vlastnost hmoty, která způsobuje přitahování nebo odpuzování dvou objektů. Pokud jsou objekty opačně nabité (pozitivní-negativní), přitahují; pokud jsou podobně nabité (pozitivní-pozitivní nebo negativní-negativní), odrazí se.

Jednotkou elektrického náboje je coulomb, který je definován jako množství elektřiny, která je přenášena pomocí elektrický proud 1 ampér za 1 sekundu.

Atomy, které jsou základními jednotkami hmota, jsou vyrobeny ze tří typů částic: elektrony, neutrony, a protony. Elektrony a protony samotné jsou elektricky nabity a mají záporný a kladný náboj. Neutron není elektricky nabitý.

Mnoho objektů je elektricky neutrálních a mají celkový čistý náboj nula. Pokud existuje nadbytek elektronů nebo protonů, čímž se získá čistý náboj, který není nula, objekty se považují za nabité.

Jedním způsobem kvantifikace elektrického náboje je použití konstanty e = 1,602 * 10^-19 coulombs. Elektron, který je nejmenší hodnotou záporného elektrického náboje, má náboj -1602 * 10^-19 coulombs. Proton, který je nejmenším množstvím pozitivního elektrického náboje, má náboj +1602 * 10^-19 coulombs. Takže 10 elektronů by mělo náboj -10 e a 10 protonů mělo náboj +10 e.

Elektrické náboje se přitahují nebo odpuzují, protože vyvíjejí síly na sebe. Síla mezi dvěma elektrickými bodovými náboji - idealizovanými náboji, které jsou soustředěny v jednom bodě v prostoru - popisuje Coulombův zákon. Coulombův zákon uvádí, že síla nebo velikost síly mezi dvěma bodovými náboji je úměrná velikosti nábojů a nepřímo úměrné na vzdálenost mezi dvěma náboji.

Matematicky je to uvedeno jako:

F = (k | q₁q₂|) / r²

kde q₁ je poplatek za první bodový náboj, q₂ je náboj druhého náboje, k = 8,988 * 10⁹ Nm²/C² je Coulombova konstanta a r je vzdálenost mezi dvěma bodovými náboji.

Ačkoli technicky neexistují žádné skutečné bodové náboje, elektrony, protony a další částice jsou tak malé, že mohou být přibližný bodovým poplatkem.

Elektrický náboj vytváří elektrické pole, což je oblast prostoru kolem elektricky nabité částice nebo předmětu, ve které by elektrický náboj cítil sílu. Elektrické pole existuje ve všech bodech v prostoru a lze jej pozorovat přivedením dalšího náboje do elektrického pole. Elektrické pole však může být pro praktické účely aproximováno jako nula, pokud jsou náboje dostatečně daleko od sebe.

Elektrická pole jsou a vektorová veličina a mohou být vizualizovány jako šipky směřující k nebo od poplatků. Řádky jsou definovány jako směřující radiálně směrem ven, od kladného náboje, nebo radiálně dovnitř, směrem k zápornému náboji.

Velikost elektrického pole je dána vzorcem E = F / q, kde E je síla elektrické pole, F je elektrická síla a q je zkušební náboj, který se používá k „cítění“ elektrické energie pole.

U dvoubodových poplatků je F dáno Coulombovým zákonem výše.

• F = (k | q₁q₂|) / r², kde q₂ je definován jako thetest chargethat se používá k "cítit" elektrické pole.
• Potom použijeme vzorec elektrického pole k získání E = F / q₂, protože q₂ byl definován jako zkušební poplatek.
• Po nahrazení F, E = (k | q₁|) / r².

• Fitzpatrick, Richarde. “Elektrická pole.” University of Texas v Austinu, 2007.
• Lewandowski, Heather a Chuck Rogers. "Elektrické pole." University of Colorado ve společnosti Boulder, 2008.
• Richmond, Michaele. “Electric Charge and Coulomb's Law.” Rochesterův technologický institut.