Co je to intenzita elektrického pole: vzorec a výpočty

Všechny materiály jsou tvořeny atomy, které obsahují subatomární částice, jako jsou elektrony, protony a neutrony. Tyto subatomové částice jsou také známé jako nabité částice. Elektrony mají záporný náboj, zatímco protony jsou kladně nabité. Pokud atom obsahuje velké množství elektronů ve srovnání s počtem protonů, říká se, že je záporně nabitý. Zatímco pokud atom obsahuje velké množství protonů ve srovnání s počtem elektronů, říká se, že je kladně nabitý. S každým elektrickým nábojem je spojeno elektrické pole. Jednou z charakteristik elektrického náboje je intenzita elektrického pole.

Co je intenzita elektrického pole?

Definice: Elektrický náboj přenášejí subatomární částice atomu, jako jsou elektrony a fotony. Náboj elektronu je asi 1,602 × 10^-19coulombs. Každá nabitá částice vytváří kolem sebe prostor, ve kterém je cítit účinek její elektrické síly. Tento prostor kolem nabitých částic je znám jako „ Elektrické pole “. Kdykoli test jednotky nabít je umístěno v tomto elektrickém poli, zažije sílu emitovanou zdrojovou částicí. Množství síly, kterou zažívá jednotka nabitá částice, když je umístěna do elektrického pole, se nazývá intenzita elektrického pole.

Intenzita elektrického pole je vektorová veličina. Má to velikost i směr. Zkušební náboj, který je vystaven elektrickému poli zdrojového náboje, zažije sílu, i když je v klidové poloze. Intenzita elektrického pole je nezávislá na hmotnosti a rychlost částice zkušebního náboje. Záleží pouze na množství náboje přítomného na testovací částice náboje. Zkušební náplní může být buď kladně nabitá částice, nebo záporně nabitá částice.

Směr elektrického pole je určen nábojem na částice zkušebního náboje. Pro odvození směru intenzity elektrického pole se zkušební náboj považuje za kladný. Když je tedy do tohoto elektrického pole zavedena pozitivní testovací částice náboje, zažije odpudivou sílu. Intenzita elektrického pole bude tedy směrována směrem od náboje. Zatímco u záporně nabitého zkušebního náboje bude směr síly pro intenzitu elektrického pole směřovat k částice náboje zdroje.

Vzorec intenzity elektrického pole

Uvažujme nabitou částici s nábojem „Q“. Tato nabitá částice vytváří kolem sebe elektrické pole. Protože tato nabitá částice je zdrojem elektrického pole, označuje se jako zdrojový náboj. Intenzitu elektrického pole vytvořeného zdrojovým nábojem lze vypočítat umístěním dalšího náboje do jeho elektrického pole. Tato externí částice náboje, která se používá k měření intenzity elektrického pole, se nazývá zkušební náboj. Nechť je náboj na zkušebním náboji „q“.

Intenzita elektrického pole

Když je testovací náboj umístěn do elektrického pole, zažije buď atraktivní elektrickou sílu, nebo odpudivý elektrický zdroj. Nechť sílu označíme písmenem „F“. Nyní lze velikost intenzity elektrického pole definovat jako „sílu na náboj na zkušební náboj“. Intenzita elektrického pole ‚E 'je tedy dána jako

E = F / q —— Eqn1

Zde je považován za náboj na částice zkušebního náboje spíše než náboj na zdrojové částice náboje. Když se uvažuje v jednotkách SI, jednotky intenzity elektrického pole jsou Newton na coulomby. Intenzita elektrického pole je nezávislá na množství náboje na částice zkušebního náboje. Měří se stejně všude kolem náboje zdroje bez ohledu na náboj částice zkušebního náboje.

Z Coulombova zákona

Intenzita elektrického pole je také známá jako síla elektrického pole. Vzorec pro sílu elektrického pole lze odvodit také z Coulombova zákona. Tento zákon stanoví vztah mezi náboji částic a vzdáleností mezi nimi. Zde jsou dva náboje „q“ a „Q“. Elektrická síla „F“ je tedy dána jako

F = k.q.Q / d^dva

kde k je konstanta proporcionality ad je vzdálenost mezi náboji. Když tato rovnice nahradí sílu v rovnici 1, vzorec pro intenzitu elektrického pole se odvodí jako

E = k. Q / d^dva

Výše uvedená rovnice ukazuje, že intenzita elektrického pole závisí na dvou faktorech - náboji na zdrojovém náboji „Q“ a vzdálenosti mezi zdrojovým nábojem a testovacím nábojem.

Intenzita elektrického pole náboje tedy závisí na poloze. Je nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti mezi zdrojovým nábojem a zkušebním nábojem. Jak se vzdálenost zvětšuje, intenzita elektrického pole nebo intenzita elektrického pole klesá.

Výpočty intenzity elektrického pole

Ze vzorce intenzity elektrického pole bylo odvozeno, že -

• Je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi zdrojem a testovacími náboji.
• Přímo úměrné poplatku „Q“ na zdroji.
• Není závislé na náboji na zkušebním náboji „q“.

Když jsou tyto podmínky aplikovány na zákon inverzního čtverce, vztah mezi intenzitou elektrického pole (E1) ve vzdálenosti d1 a intenzitou elektrického pole (E2) ve vzdálenosti (d2) je uveden jako

E1 / E2 = d^dva1 / d^dvadva

Když se tedy vzdálenost zvětší o faktor 2, intenzita elektrického pole se sníží o faktor 4.

Vypočítejte intenzitu elektrického pole působící na částici s nábojem -1,6 × 10^-19C, když je elektrická síla 5,6 × 10^-patnáctN.

Zde je dána síla F a náboj „q“. Poté se vypočte intenzita elektrického pole E jako E = F / q

tím pádem, E = 5,6 × 10^-patnáct/ -1,6x10^-19= -3,5 × 10⁴N / C

Rozměrový vzorec pro sílu (newton) pro jednotku kg.m / s^dvaje MLT^-2. Dimenzionální vzorec pro coulomb pro ampérsekundy je AT. Dimenzionální vzorec pro sílu elektrického pole je tedy MLT^-3NA^-1.

Časté dotazy

1). Jak je definováno elektrické pole?

Elektrické pole je definováno jako síla na jednotku nabití.

2). Jaká je hodnota konstanty proporcionality „k“?

Hodnota konstanty proporcionality „k“ v coulombově zákoně je 9,0 × 10⁹N.m^dva/ C.^dva.

3). Závisí intenzita elektrického pole na množství náboje na zkušebním náboji?

Ne, intenzita elektrického pole nezávisí na veličině „q“. Podle coulombova zákona se s rostoucím nábojem zvyšuje stejná síla také elektrická síla. Tyto dvě změny se tedy navzájem ruší. To lze pochopit vzorcem síly elektrického pole, E = F / q.

4). Jaký je směr intenzity elektrického pole, když se použije kladně nabitá testovací částice?

Při použití částice kladných nábojů bude vektor intenzity elektrického pole vždy směrován od kladně nabitých objektů. Protože zdrojový i testovací náboj mají kladný náboj, navzájem se odpuzují. Toto je obráceně pro záporné náboje částic.

Věci se tedy stávají obtížnými, když je bodový náboj umístěn pod vliv mnoha zdrojových nábojů. Tady zpočátku elektrické pole jsou vypočteny síly nábojů jednotlivých zdrojů. Vektorový součet všech těchto intenzit pak dává výslednou intenzitu pole v daném bodě náboje. Jaký je směr intenzity elektrického pole, když je záporný testovací náboj?