Visi materiāliem sastāv no atomiem, kas satur subatomiskas daļiņas, piemēram, elektronus, protonus un neitronus. Šīs subatomu daļiņas ir pazīstamas arī kā lādētas daļiņas. Elektroni ir negatīvs lādiņš, turpretī protoni ir pozitīvi uzlādēti. Ja atoms satur lielu daudzumu elektronu, salīdzinot ar protonu skaitu, tiek teikts, ka tas ir negatīvi uzlādēts. Ja atoms satur lielu daudzumu protonu, salīdzinot ar elektronu skaitu, tiek teikts, ka tas ir pozitīvi uzlādēts. Katram elektriskajam lādiņam ir saistīts elektriskais lauks. Viena no elektriskā lādiņa īpašībām ir elektriskā lauka intensitāte.
Kas ir elektriskā lauka intensitāte?
Definīcija: Elektrisko lādiņu nes atoma subatomiskās daļiņas, piemēram, elektroni un fotoni. Elektrona lādiņš ir aptuveni 1,602 × 10-19kulonas. Katra uzlādēta daļiņa ap to izveido telpu, kurā ir jūtama tās elektriskā spēka ietekme. Šī telpa ap uzlādētajām daļiņām ir pazīstama kā “ Elektriskais lauks “. Kad vienības pārbaude maksas ir ievietots šajā elektriskajā laukā, tas piedzīvos avota daļiņas izstaroto spēku. Spēka daudzums, ko piedzīvo uzlādētas daļiņas vienība, kad tā tiek ievietota elektriskajā laukā, ir pazīstama kā elektriskā lauka intensitāte.
Elektriskā lauka intensitāte ir vektora lielums. Tam ir gan lielums, gan virziens. Testa lādiņš, kas tiek pakļauts avota lādiņa elektriskajam laukam, piedzīvos spēku pat tad, ja tas ir atpūtas stāvoklī. Elektriskā lauka intensitāte nav atkarīga no masas un ātrums testa lādiņa daļiņas. Tas ir atkarīgs tikai no lādiņa daudzuma, kas atrodas testa lādiņa daļiņā. Testa lādiņš var būt vai nu pozitīvi lādēta daļiņa, vai negatīvi lādēta daļiņa.
Elektriskā lauka virzienu nosaka testa lādiņa daļiņas lādiņš. Elektriskā lauka intensitātes virziena noteikšanai testa lādiņš tiek uzskatīts par pozitīvu lādiņu. Tātad, ja pozitīvā testa lādiņa daļiņa tiek ievadīta šajā elektriskajā laukā, tā piedzīvos atgrūšanas spēku. Tādējādi elektriskā lauka intensitāte tiks virzīta virzienā no lādiņa. Negatīvi uzlādēta testa lādiņa spēka virziens elektriskā lauka stiprumam būs vērsts uz avota lādiņa daļiņu.
Elektriskā lauka intensitātes formula
Apskatīsim lādētu daļiņu ar lādiņu ‘Q’. Šī uzlādētā daļiņa rada ap to elektrisko lauku. Tā kā šī uzlādētā daļiņa ir elektriskā lauka avots, to sauc par avota lādiņu. Avota lādiņa radītā elektriskā lauka stiprumu var aprēķināt, ievietojot vēl vienu lādiņu tā elektriskajā laukā. Šo ārējā lādiņa daļiņu, ko izmanto elektriskā lauka intensitātes mērīšanai, sauc par testa lādiņu. Ļaujiet testa lādiņam būt “q”.
Elektriskā lauka intensitāte
Kad testa lādiņš tiek ievietots elektriskajā laukā, tas piedzīvos vai nu pievilcīgu elektrisko spēku, vai arī atgrūdošu elektrisko avotu. Ļaujiet spēku apzīmēt ar “F”. Tagad elektriskā lauka intensitātes lielumu var definēt kā “spēku uz vienu uzlādi uz testa lādiņu”. Tādējādi elektriskā lauka intensitāte ‘E’ tiek dota kā
E = F / q —— Eqn1
Šeit tiek ņemta vērā maksa par testa lādiņa daļiņu, nevis lādiņš uz avota lādiņa daļiņu. Aplūkojot SI mērvienībās, elektriskā lauka intensitātes mērvienības ir Ņūtons uz kuloniem. Elektriskā lauka intensitāte nav atkarīga no testa lādiņa daļiņas lādiņa apjoma. To mēra vienādi visā avota lādiņā neatkarīgi no testa lādiņa daļiņas lādiņa.
No Kulona likuma
Elektriskā lauka intensitāti sauc arī par elektriskā lauka intensitāti. Elektriskā lauka intensitātes formulu var atvasināt arī no Kulona likuma. Šis likums dod sakarību starp daļiņu lādiņiem un attālumu starp tām. Lūk, divi lādiņi ir “q” un “Q”. Tādējādi elektriskais spēks ‘F’ tiek dots kā
F = k.q.Q / ddivi
kur k ir proporcionalitātes konstante un d ir attālums starp lādiņiem. Kad 1. vienādojumā šo vienādojumu aizstāj ar spēku, elektriskā lauka intensitātes formulu iegūst kā
E = k. Q / ddivi
Iepriekš minētais vienādojums parāda, ka elektriskā lauka intensitāte ir atkarīga no diviem faktoriem - avota lādiņa lādiņa ‘Q’ un attāluma starp avota lādiņu un testa lādiņu.
Tādējādi lādiņa elektriskā lauka intensitāte ir atkarīga no vietas. Tas ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp avota lādiņu un testa lādiņu. Kad attālums palielinās, elektriskā lauka intensitāte vai elektriskā lauka intensitāte samazinās.
Elektriskā lauka intensitātes aprēķini
No elektriskā lauka intensitātes formulas tika secināts, ka
- Tas ir apgriezti proporcionāls attālumam starp avota un testa lādiņiem.
- Tieši proporcionāls avota lādiņam “Q”.
- Nav atkarīgs no testa lādiņa ‘q’.
Piemērojot šos nosacījumus apgrieztā kvadrāta likumam, attiecība starp elektriskā lauka intensitāti (E1) attālumā d1 un elektriskā lauka intensitāti (E2) attālumā (d2) tiek dota kā
E1 / E2 = ddivi1 / ddividivi
Tādējādi, palielinot attālumu ar koeficientu 2, elektriskā lauka intensitāte samazināsies par koeficientu 4.
Aprēķiniet elektriskā lauka intensitāti, kas iedarbojas uz daļiņu ar lādiņu -1,6 × 10-19C, kad elektriskais spēks ir 5,6 × 10-piecpadsmitN.
Šeit tiek dots spēks F un lādiņš ‘q’. Tad elektriskā lauka intensitāti E aprēķina kā E = F / q
tādējādi E = 5,6 × 10-piecpadsmit/-1,6x10-19= -3,5 × 104N / C
Spēka (ņūtons) izmēru formula vienībai kg.m / sdiviir MLT-divi. Kulona izmēru formula ampere-sec ir AT. Tādējādi elektriskā lauka intensitātes izmēru formula ir MLT-3TO-1.
Bieži uzdotie jautājumi
1). Kā tiek noteikts elektriskais lauks?
Elektrisko lauku nosaka kā spēku uz lādiņa vienību.
2). Kāda ir proporcionalitātes konstantes ‘k’ vērtība?
Kulonsa likumā proporcionalitātes konstantes ‘k’ vērtība ir 9,0 × 109N.mdivi/ Cdivi.
3). Vai elektriskā lauka intensitāte ir atkarīga no testa lādiņa daudzuma?
Nē, elektriskā lauka intensitāte nav atkarīga no lieluma “q”. Saskaņā ar kulona likumu, palielinoties lādiņam, elektriskais spēks palielinās arī ar to pašu koeficientu. Tādējādi šīs divas izmaiņas atceļ viena otru. To var saprast pēc elektriskā lauka intensitātes formulas E = F / q.
4). Kāds ir elektriskā lauka stipruma virziens, ja tiek izmantota pozitīvi uzlādēta testa daļiņa?
Ja tiek izmantota pozitīvo lādiņu daļiņa, elektriskā lauka intensitātes vektors vienmēr tiks virzīts prom no pozitīvi lādētajiem objektiem. Tā kā gan avota lādiņš, gan testa lādiņš ir ar pozitīvu lādiņu, tie viens otru atgrūž. Tas ir otrādi, negatīvi uzlādējot daļiņas.
Tādējādi lietas kļūst sarežģītas, ja punktu lādēšana tiek pakļauta daudzu avotu lādiņu ietekmei. Sākotnēji šeit elektriskais lauks tiek aprēķināta atsevišķu avotu maksu intensitāte. Tad visu šo intensitāšu vektoru summa dod iegūtā lauka intensitāti šajā punkta lādiņā. Kāds ir elektriskā lauka intensitātes virziens, ja testa lādiņš ir negatīvs?
