Ολα τα υλικά αποτελούνται από άτομα που περιέχουν υποατομικά σωματίδια όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Αυτά τα υποατομικά σωματίδια είναι επίσης γνωστά ως φορτισμένα σωματίδια. Ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο ενώ τα πρωτόνια φορτίζονται θετικά. Εάν ένα άτομο περιέχει μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τον αριθμό των πρωτονίων, λέγεται ότι είναι αρνητικά φορτισμένο. Ενώ εάν ένα άτομο περιέχει μεγάλο αριθμό πρωτονίων σε σύγκριση με τον αριθμό των ηλεκτρονίων, λέγεται ότι είναι θετικά φορτισμένο. Κάθε ηλεκτρικό φορτίο συνδέεται με ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ένα από τα χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρικού φορτίου είναι η ένταση ηλεκτρικού πεδίου.

Τι είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου;

Ορισμός: Το ηλεκτρικό φορτίο μεταφέρεται από τα υποατομικά σωματίδια ενός ατόμου όπως τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια. Η φόρτιση ενός ηλεκτρονίου είναι περίπου 1,602 × 10^-19κουλόμπ. Κάθε φορτισμένο σωματίδιο δημιουργεί ένα χώρο γύρω από αυτό στον οποίο γίνεται αισθητή η επίδραση της ηλεκτρικής του δύναμης. Αυτός ο χώρος γύρω από τα φορτισμένα σωματίδια είναι γνωστός ως « Ηλεκτρικό πεδίο «. Όποτε μια δοκιμή μονάδας χρέωση τοποθετείται σε αυτό το ηλεκτρικό πεδίο και θα βιώσει τη δύναμη που εκπέμπεται από το σωματίδιο πηγής. Η ποσότητα δύναμης που βιώνει ένα σωματιδιακό φορτισμένο σωματίδιο όταν τοποθετείται στο ηλεκτρικό πεδίο είναι γνωστό ως ένταση ηλεκτρικού πεδίου.

Η ένταση ηλεκτρικού πεδίου είναι μια διανυσματική ποσότητα. Έχει τόσο μέγεθος όσο και κατεύθυνση. Το δοκιμαστικό φορτίο που υπόκειται στο ηλεκτρικό πεδίο του φορτίου πηγής, θα έχει δύναμη ακόμη και αν βρίσκεται σε θέση ηρεμίας. Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου είναι ανεξάρτητη από τη μάζα και ταχύτητα του σωματιδίου φορτίου δοκιμής. Εξαρτάται μόνο από το ποσό φόρτισης που υπάρχει στο σωματίδιο δοκιμαστικής φόρτισης. Το δοκιμαστικό φορτίο μπορεί να είναι είτε ένα θετικώς φορτισμένο σωματίδιο είτε ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο.

Η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου καθορίζεται από το φορτίο στο σωματίδιο δοκιμής φόρτισης. Για τη λήψη της κατεύθυνσης της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, το φορτίο δοκιμής θεωρείται θετικό φορτίο. Έτσι, όταν εισάγεται ένα σωματίδιο θετικού φορτίου δοκιμής σε αυτό το ηλεκτρικό πεδίο, θα αντιμετωπίσει μια δύναμη απωθήσεως. Έτσι, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου θα κατευθύνεται προς την κατεύθυνση μακριά από το φορτίο. Ενώ για ένα αρνητικά φορτισμένο φορτίο δοκιμής, η κατεύθυνση της δύναμης για την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου θα είναι προς το σωματίδιο φορτίου πηγής.

Τύπος έντασης ηλεκτρικού πεδίου

Ας εξετάσουμε ένα φορτισμένο σωματίδιο με φόρτιση «Q». Αυτό το φορτισμένο σωματίδιο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από αυτό. Δεδομένου ότι αυτό το φορτισμένο σωματίδιο είναι η πηγή του ηλεκτρικού πεδίου, αναφέρεται ως πηγή φόρτισης. Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από το φορτίο πηγής μπορεί να υπολογιστεί τοποθετώντας ένα άλλο φορτίο στο ηλεκτρικό του πεδίο. Αυτό το σωματίδιο εξωτερικού φορτίου που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται δοκιμαστικό φορτίο. Αφήστε τη χρέωση στη δοκιμαστική χρέωση να είναι «q».

Ένταση ηλεκτρικού πεδίου

Όταν μια δοκιμαστική φόρτιση τοποθετηθεί στο ηλεκτρικό πεδίο, θα αντιμετωπίσει είτε μια ελκυστική ηλεκτρική δύναμη είτε μια απωθητική ηλεκτρική πηγή. Αφήστε τη δύναμη να συμβολίζεται με «F». Τώρα, το μέγεθος της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να οριστεί ως 'η δύναμη ανά φόρτιση στο φορτίο δοκιμής'. Έτσι, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου «Ε» δίνεται ως

E = F / q —— Eqn1

Εδώ, θεωρείται το φορτίο στο σωματίδιο δοκιμαστικής φόρτισης και όχι το φορτίο στο σωματίδιο φορτίου πηγής. Όταν εξετάζονται σε μονάδες SI οι μονάδες έντασης ηλεκτρικού πεδίου είναι Newton ανά coulombs. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι ανεξάρτητη από την ποσότητα φόρτισης στο σωματίδιο δοκιμής φόρτισης. Μετράται το ίδιο σε όλο το φορτίο πηγής ανεξάρτητα από το φορτίο του σωματιδίου δοκιμαστικής φόρτισης.

Από το νόμο του Coulomb

Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι επίσης γνωστή ως η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Ο τύπος για την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί επίσης να προέλθει από το νόμο της Coulomb. Αυτός ο νόμος δίνει τη σχέση μεταξύ των φορτίων των σωματιδίων και της απόστασης μεταξύ τους. Εδώ, οι δύο χρεώσεις είναι «q» και «Q». Έτσι, η ηλεκτρική δύναμη «F» δίνεται ως

“πώς λειτουργούν οι πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι ”

F = k.q.Q / d^δύο

όπου k είναι η σταθερά αναλογικότητας και d είναι η απόσταση μεταξύ των φορτίων. Όταν αυτή η εξίσωση αντικαθίσταται για δύναμη στην εξίσωση 1, ο τύπος έντασης ηλεκτρικού πεδίου παράγεται ως

Ε = κ. Ε / Η^δύο

Η παραπάνω εξίσωση δείχνει ότι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου εξαρτάται από δύο παράγοντες - το φορτίο στο φορτίο πηγής «Q» και την απόσταση μεταξύ του φορτίου πηγής και του φορτίου δοκιμής.

Έτσι, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ενός φορτίου εξαρτάται από τη θέση. Είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ του φορτίου πηγής και του φορτίου δοκιμής. Καθώς η απόσταση αυξάνεται, το μέγεθος της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου ή η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μειώνεται.

Υπολογισμοί έντασης ηλεκτρικού πεδίου

Από τον τύπο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, προέκυψε ότι-

Είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ της πηγής και των χρεώσεων δοκιμής.
Άμεσα ανάλογη με τη χρέωση «Q» στην αρχική χρέωση.
Δεν εξαρτάται από τη χρέωση στη δοκιμαστική χρέωση «q».

Όταν αυτές οι συνθήκες εφαρμόζονται στον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο, η σχέση μεταξύ της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου (E1) σε απόσταση d1 και της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου (E2) στην απόσταση (d2) δίνεται ως-

E1 / E2 = d^δύο1 / η^δύοδύο

Έτσι, όταν η απόσταση αυξάνεται κατά τον συντελεστή 2, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου θα μειωθεί κατά τον συντελεστή 4.

Υπολογίστε την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου που λειτουργεί σε ένα σωματίδιο με φορτίο -1,6 × 10^-19C όταν η ηλεκτρική δύναμη είναι 5,6 × 10^{-δεκαπέντε}Ν.

Εδώ, δίνεται η δύναμη F και η φόρτιση «q». Στη συνέχεια, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου E υπολογίζεται ως E = F / q

έτσι, Ε = 5,6 × 10^{-δεκαπέντε}/-1.6x10^-19= -3,5 × 10⁴ΟΧΙ

Ο διαστατικός τύπος για δύναμη (newton) για τη μονάδα kg.m / s^δύοείναι MLT^-2. Ο διαστατικός τύπος για coulomb για ampere-sec είναι AT. Έτσι, ο διαστατικός τύπος για την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου είναι MLT^-3ΠΡΟΣ ΤΗΝ^-1.

Συχνές ερωτήσεις

1). Πώς ορίζεται το ηλεκτρικό πεδίο;

Το ηλεκτρικό πεδίο ορίζεται ως η δύναμη ανά μονάδα φόρτισης.

2). Ποια είναι η τιμή της σταθεράς αναλογικότητας «k»;

Η τιμή της σταθεράς αναλογικότητας «k» στο νόμο της coulomb είναι 9,0 × 10⁹Νμ^δύο/ Γ^δύο.

3). Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου εξαρτάται από την ποσότητα φόρτισης στο φορτίο δοκιμής;

Όχι, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου δεν εξαρτάται από την ποσότητα 'q'. Σύμφωνα με το νόμο της coulomb καθώς αυξάνεται το φορτίο, η ηλεκτρική δύναμη αυξάνεται επίσης με τον ίδιο παράγοντα. Έτσι, αυτές οι δύο αλλαγές ακυρώνονται μεταξύ τους. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό από τον τύπο της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου, E = F / q.

“φορτίστε φορητό υπολογιστή στο αυτοκίνητο χωρίς μετατροπέα ”

4). Ποια είναι η κατεύθυνση της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου όταν χρησιμοποιείται το θετικά φορτισμένο σωματίδιο δοκιμής;

Όταν χρησιμοποιείται το σωματίδιο θετικών φορτίων, ο φορέας έντασης ηλεκτρικού πεδίου θα κατευθύνεται πάντα μακριά από τα θετικά φορτισμένα αντικείμενα. Επειδή τόσο η πηγή φόρτισης όσο και η δοκιμαστική φόρτιση είναι θετικής φόρτισης, απωθούν μεταξύ τους. Αυτό είναι το αντίθετο στίγμα για αρνητικά φορτία σωματιδίων.

Έτσι, τα πράγματα γίνονται δύσκολα όταν η χρέωση σημείου τίθεται υπό την επίδραση πολλών χρεώσεων πηγής. Εδώ, αρχικά, το ηλεκτρικό πεδίο Υπολογίζεται η ισχύς των επιμέρους χρεώσεων πηγής. Στη συνέχεια, το διανυσματικό άθροισμα όλων αυτών των εντάσεων δίνει την προκύπτουσα ισχύ πεδίου σε αυτό το σημείο φόρτισης. Ποια είναι η κατεύθυνση της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου όταν το φορτίο δοκιμής είναι αρνητικό;