Vad är en elektrisk fältintensitet: formel och beräkningar

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





Alla material består av atomer som innehåller subatomära partiklar såsom elektroner, protoner och neutroner. Dessa subatomära partiklar är också kända som laddade partiklar. Elektroner har en negativ laddning medan protoner är positivt laddade. Om en atom innehåller ett stort antal elektroner jämfört med antalet protoner sägs det vara negativt laddat. Medan en atom innehåller ett stort antal protoner jämfört med antalet elektroner, sägs det vara positivt laddat. Varje elektrisk laddning har ett elektriskt fält associerat med sig. En av egenskaperna hos en elektrisk laddning är den elektriska fältintensiteten.

Vad är elektrisk fältintensitet?

Definition: Elektrisk laddning bärs av subatomära partiklar i en atom, såsom elektroner och fotoner. Laddningen för en elektron är cirka 1,602 × 10-19coulombs. Varje laddad partikel skapar ett utrymme runt det där effekten av dess elektriska kraft känns. Detta utrymme runt de laddade partiklarna är känt som ” Elektriskt fält “. Närhelst ett enhetstest avgift placeras i detta elektriska fält kommer det att uppleva den kraft som emitteras av källpartikeln. Mängden kraft som upplevs av en enhet laddad partikel när den placeras i det elektriska fältet kallas elektrisk fältintensitet.




Elektrisk fältintensitet är en vektormängd. Den har både storlek och riktning. Testladdningen som utsätts för källladdningens elektriska fält kommer att uppleva kraft även om den är i viloläge. Den elektriska fältstyrkan är oberoende av massan och hastighet av testladdningspartikeln. Det beror bara på mängden laddning som finns på testladdningspartikeln. Testladdningen kan vara antingen en positivt laddad partikel eller en negativt laddad partikel.

Riktningen för det elektriska fältet bestäms av laddningen på testladdningspartikeln. För att härleda riktningen för det elektriska fältets intensitet anses testladdningen vara en positiv laddning. Så när en positiv testladdningspartikel införs i detta elektriska fält kommer den att uppleva en avstötningskraft. Således kommer den elektriska fältstyrkan att riktas i riktning bort från laddningen. Medan för en negativt laddad testladdning kommer kraftriktningen för elektrisk fältstyrka att vara mot källladdningspartikeln.



Elektrisk fältintensitetsformel

Låt oss överväga en laddad partikel med laddning 'Q'. Denna laddade partikel skapar ett elektriskt fält runt den. Eftersom denna laddade partikel är källan till det elektriska fältet kallas det en källladdning. Styrkan på det elektriska fältet som skapas av källladdningen kan beräknas genom att placera en annan laddning i dess elektriska fält. Denna externa laddningspartikel som används för att mäta den elektriska fältstyrkan kallas testladdningen. Låt laddningen på testavgiften vara ”q”.

Elektrisk fältintensitet

Elektrisk fältintensitet

När en testladdning placeras i det elektriska fältet kommer den att uppleva antingen en attraktiv elektrisk kraft eller en avstötande elektrisk källa. Låt kraften betecknas med 'F'. Nu kan storleken på den elektriska fältstyrkan definieras som ”kraften per laddning på testladdningen”. Således ges den elektriska fältintensiteten 'E' som


E = F / q —— Eqn1

Här betraktas laddningen på testladdningspartikeln snarare än laddningen på källladdningspartikeln. När det beaktas i SI-enheter är enheterna med elektrisk fältintensitet Newton per coulomb. Det elektriska fältets intensitet är oberoende av mängden laddning på testladdningspartikeln. Det mäts detsamma runt källladdningen oavsett laddning av testladdningspartikeln.

Från Coulombs lag

Elektrisk fältintensitet är också känd som den elektriska fältstyrkan. Formeln för elektrisk fältstyrka kan också härledas från Coulombs lag. Denna lag ger förhållandet mellan partiklarnas laddningar och avståndet mellan dem. Här är de två laddningarna 'q' och 'Q'. Således ges den elektriska kraften 'F' som

F = k.q.Q / dtvå

där k är proportionalitetskonstanten och d är avståndet mellan laddningarna. När denna ekvation ersätts med kraft i ekvation 1 härleds formeln för elektrisk fältintensitet som

E = k. Fråga / dtvå

Ovanstående ekvation visar att det elektriska fältets intensitet är beroende av två faktorer - laddningen på källladdningen 'Q' och avståndet mellan källladdningen och testladdningen.

Således är den elektriska fältintensiteten för en laddning platsberoende. Den är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan källladdning och testladdning. När avståndet ökar minskar storleken på den elektriska fältstyrkan eller det elektriska fältets intensitet.

Beräkningar av elektrisk fältintensitet

Från formeln för elektrisk fältintensitet härleddes det att-

  • Det är omvänt proportionellt mot avståndet mellan källan och testladdningarna.
  • Direkt proportionell mot avgiften ”Q” på källavgiften.
  • Beror inte på laddningen på testladdningen ”q”.

När dessa villkor tillämpas på den inversa kvadratiska lagen ges relationen mellan den elektriska fältstyrkan (El) vid ett avstånd d1 och den elektriska fältintensiteten (E2) vid avståndet (d2) som-

E1 / E2 = dtvå1 / dtvåtvå

När således avståndet ökas med faktorn 2 kommer den elektriska fältintensiteten att minska med faktorn 4.

Beräkna den elektriska fältstyrkan som verkar på en partikel med laddning -1,6 × 10-19C när den elektriska kraften är 5,6 × 10-femtonN.

Här ges kraften F och laddningen 'q'. Sedan beräknas den elektriska fältstyrkan E som E = F / q

Således, E = 5,6 × 10-femton/-1,6x10-19= -3,5 × 104N / C

Dimensionsformeln för kraft (newton) för enheten kg.m / stvåär MLT-2. Dimensionsformeln för coulomb för ampere-sek är AT. Således är den dimensionella formeln för elektrisk fältstyrka MLT-3TILL-1.

Vanliga frågor

1). Hur definieras det elektriska fältet?

Det elektriska fältet definieras som kraften per laddningsenhet.

2). Vad är värdet av proportionalitetskonstanten ”k”?

Värdet av proportionalitetskonstanten 'k' i coulombs lag är 9,0 × 109N.mtvå/ Ctvå.

3). Beror det elektriska fältets styrka på laddningens mängd på testladdningen?

Nej, den elektriska fältstyrkan beror inte på kvantiteten 'q'. Enligt coulombs lag när laddningen ökar ökar också den elektriska kraften med samma faktor. Således avbryter dessa två ändringar varandra. Detta kan förstås av formeln för den elektriska fältstyrkan, E = F / q.

4). Vad är riktningen för den elektriska fältstyrkan när den positivt laddade testpartikeln används?

När de positiva laddningspartiklarna används kommer den elektriska fältintensitetsvektorn alltid att riktas bort från de positivt laddade föremålen. Eftersom både källladdningen och testladdningen är av positiv laddning, stöter de från varandra. Detta är vice versa för negativt laddade partiklar.

Således blir det svårt när punktavgiften placeras under påverkan av många källavgifter. Här, initialt, det elektriska fältet styrkan för enskilda källavgifter beräknas. Då ger vektorsumman av alla dessa intensiteter den resulterande fältstyrkan vid den punktladdningen. Vad är riktningen för den elektriska fältstyrkan när testladdningen är negativ?