Alle de materialer består av atomer som inneholder subatomære partikler som elektroner, protoner og nøytroner. Disse subatomære partiklene er også kjent som ladede partikler. Elektroner har en negativ ladning mens protoner er positivt ladet. Hvis et atom inneholder et stort antall elektroner sammenlignet med antall protoner, sies det å være negativt ladet. Mens et atom inneholder et stort antall protoner sammenlignet med antall elektroner, sies det å være positivt ladet. Hver elektrisk ladning har et elektrisk felt assosiert med seg. En av egenskapene til en elektrisk ladning er den elektriske feltintensiteten.
Hva er elektrisk feltintensitet?
Definisjon: Elektrisk ladning bæres av de subatomære partiklene i et atom som elektroner og fotoner. Ladningen til et elektron er omtrent 1,602 × 10-19coulombs. Hver ladede partikkel skaper et rom rundt seg der effekten av dens elektriske kraft blir kjent. Dette rommet rundt de ladede partiklene er kjent som ' Elektrisk felt “. Hver gang en enhetstest lade er plassert i dette elektriske feltet vil den oppleve kraften som kildepartikkelen slipper ut. Mengden kraft som en partikkeladet partikkel opplever når den plasseres i det elektriske feltet, kalles elektrisk feltintensitet.
Elektrisk feltintensitet er en vektormengde. Den har både størrelse og retning. Testladningen som utsettes for det elektriske feltet til kildeladingen, vil oppleve kraft selv om den er i hvilestilling. Den elektriske feltstyrken er uavhengig av masse og hastighet av testladningspartikkelen. Det avhenger bare av hvor mye ladning som er tilstede på testladningspartikkelen. Testladningen kan være enten en positivt ladet partikkel eller en negativt ladet partikkel.
Retningen til det elektriske feltet bestemmes av ladningen på testladningspartikkelen. For å utlede retningen på elektrisk feltintensitet, anses testladningen å være en positiv ladning. Så når en positiv testladningspartikkel blir introdusert i dette elektriske feltet, vil den oppleve en frastøtningskraft. Dermed vil den elektriske feltstyrken bli rettet i retning bort fra ladningen. Mens for en negativt ladet testladning vil kraftens retning for elektrisk feltstyrke være mot kildeladningspartikkelen.
Formel for elektrisk feltintensitet
La oss vurdere en ladet partikkel med ladning ‘Q’. Denne ladede partikkelen skaper et elektrisk felt rundt den. Siden denne ladede partikkelen er kilden til det elektriske feltet, blir det referert til som en kildeladning. Styrken til det elektriske feltet opprettet av kildeladningen kan beregnes ved å plassere en annen ladning i det elektriske feltet. Denne eksterne ladningspartikkelen som brukes til å måle den elektriske feltstyrken kalles testladningen. La ladningen på testladningen være 'q'.
Elektrisk feltintensitet
Når en testladning plasseres i det elektriske feltet, vil den oppleve enten en attraktiv elektrisk kraft eller en frastøtende elektrisk kilde. La styrken betegnes med ‘F’. Nå kan størrelsen på den elektriske feltstyrken defineres som ”kraften per ladning på testladningen”. Dermed blir den elektriske feltintensiteten ‘E’ gitt som
E = F / q —— Eqn1
Her vurderes ladningen på testladningspartikkelen snarere enn ladningen på kildeladningspartikkelen. Når det vurderes i SI-enheter, er enhetene med elektrisk feltintensitet Newton per coulomb. Det elektriske feltintensiteten er uavhengig av ladningsmengden på testladningspartikkelen. Det måles det samme rundt kildeladingen uavhengig av ladningen til testladningspartikkelen.
Fra Coulombs lov
Elektrisk feltintensitet er også kjent som den elektriske feltstyrken. Formelen for elektrisk feltstyrke kan også avledes fra Coulombs lov. Denne loven gir forholdet mellom ladningene til partiklene og avstanden mellom dem. Her er de to ladningene 'q' og 'Q'. Dermed er den elektriske kraften ‘F’ gitt som
F = k.q.Q / dto
hvor k er proporsjonalitetskonstanten og d er avstanden mellom ladningene. Når denne ligningen erstattes av kraft i ligning 1, blir formelen for elektrisk feltintensitet avledet som
E = k. Spørsmål / dto
Ovennevnte ligning viser at det elektriske feltintensiteten er avhengig av to faktorer - ladningen på kildeladingen ‘Q’ og avstanden mellom kildeladningen og testladningen.
Dermed er den elektriske feltintensiteten til en ladning avhengig av plassering. Den er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden mellom kildelading og testladning. Når avstanden øker, reduseres størrelsen på den elektriske feltstyrken eller det elektriske feltintensiteten.
Beregninger av elektrisk feltintensitet
Fra formelen for elektrisk feltintensitet ble det avledet at-
- Det er omvendt proporsjonalt med avstanden mellom kilden og testladningene.
- Direkte proporsjonal med ladningen 'Q' på kildeladingen.
- Ikke avhengig av ladningen på testladningen ‘q’.
Når disse forholdene brukes på den omvendte firkantede loven, blir forholdet mellom den elektriske feltstyrken (E1) ved en avstand d1 og den elektriske feltintensiteten (E2) ved avstanden (d2) gitt som-
E1 / E2 = dto1 / dtoto
Når avstanden økes med faktoren 2, vil den elektriske feltintensiteten således reduseres med faktoren 4.
Beregn den elektriske feltstyrken som virker på en partikkel med ladning -1,6 × 10-19C når den elektriske kraften er 5,6 × 10-femtenN.
Her er kraften F og ladningen ‘q’ gitt. Deretter beregnes den elektriske feltstyrken E som E = F / q
dermed, E = 5,6 × 10-femten/-1,6x10-19= -3,5 × 104N / C
Dimensjonsformelen for kraft (newton) for enheten kg.m / stoer MLT-to. Dimensjonsformelen for coulomb for ampere-sec er AT. Dermed er dimensjonsformelen for elektrisk feltstyrke MLT-3TIL-1.
Vanlige spørsmål
1). Hvordan defineres det elektriske feltet?
Det elektriske feltet er definert som kraften per enhetslading.
2). Hva er verdien av proporsjonalitetskonstanten ‘k’?
Verdien av proporsjonalitetskonstanten ‘k’ i coulombs lov er 9,0 × 109N.mto/ Cto.
3). Avhenger elektrisk feltstyrke av ladningsmengden på testladningen?
Nei, den elektriske feltstyrken avhenger ikke av mengden “q”. I følge coulombs lov når ladningen øker, øker også den elektriske kraften med samme faktor. Dermed avbryter disse to endringene hverandre. Dette kan forstås av formelen for den elektriske feltstyrken, E = F / q.
4). Hva er retningen for elektrisk feltstyrke når den positivt ladede testpartikkelen brukes?
Når de positive ladningspartikklene brukes, vil den elektriske feltintensitetsvektoren alltid bli rettet bort fra de positivt ladede gjenstandene. Fordi både kildeladning og testladning er av positiv ladning, frastøter de hverandre. Dette er omvendt for negativt ladede partikler.
Dermed blir ting vanskelig når poengladningen plasseres under påvirkning av mange kildeladninger. Her, i utgangspunktet, det elektriske feltet styrken på individuelle kildeladninger beregnes. Deretter gir vektorsummen av alle disse intensitetene den resulterende feltstyrken på det punktet. Hva er retningen for den elektriske feltstyrken når testladningen er negativ?
