Kiedy balon ociera się o sweter, balon zostaje naładowany. Z powodu tego ładunku balon może przykleić się do ścian, ale po umieszczeniu go obok innego, który również został potarty, pierwszy balon poleci w przeciwnym kierunku.
Kluczowe rzeczy na wynos: pole elektryczne
- Ładunek elektryczny jest właściwością materii, która powoduje przyciąganie lub odpychanie dwóch obiektów w zależności od ich ładunków (dodatnich lub ujemnych).
- Pole elektryczne to obszar przestrzeni wokół naładowanej elektrycznie cząstki lub obiektu, w którym ładunek elektryczny odczuwałby siłę.
- Pole elektryczne jest wielkością wektorową i może być wizualizowane jako strzały zmierzające w kierunku lub od ładunków. Linie są zdefiniowane jako wskazujące promieniowo na zewnątrz, z dala od ładunku dodatniego, lub promieniowo do wewnątrz, w kierunku ładunku ujemnego.
Zjawisko to wynika z właściwości materii zwanej ładunkiem elektrycznym. Ładunki elektryczne wytwarzają pola elektryczne: obszary przestrzeni wokół naładowanych elektrycznie cząstek lub przedmiotów, w których inne naładowane elektrycznie cząstki lub przedmioty mogłyby odczuwać siłę.
Definicja ładunku elektrycznego
Ładunek elektryczny, który może być dodatni lub ujemny, jest właściwością materii, która powoduje przyciąganie lub odpychanie dwóch obiektów. Jeśli obiekty są naładowane przeciwnie (dodatnio-ujemnie), przyciągną; jeśli są podobnie naładowane (dodatnio-dodatnie lub ujemnie-ujemne), odpychają się.
Jednostką ładunku elektrycznego jest kulomb, który jest definiowany jako ilość energii elektrycznej przenoszonej przez prąd elektryczny 1 ampera w 1 sekundę.
Atomy, które są podstawowymi jednostkami materia, są wykonane z trzech rodzajów cząstek: elektrony, neutrony, i protony. Same elektrony i protony są naładowane elektrycznie i mają odpowiednio ładunek ujemny i dodatni. Neutron nie jest naładowany elektrycznie.
Wiele obiektów jest elektrycznie neutralnych i ma całkowity ładunek zerowy. Jeśli występuje nadmiar elektronów lub protonów, co daje ładunek netto, który nie jest równy zero, obiekty uważa się za naładowane.
Jednym ze sposobów kwantyfikacji ładunku elektrycznego jest zastosowanie stałej e = 1,602 * 10-19 kulony. Elektron, który jest najmniejszą ilością ujemnego ładunku elektrycznego, ma ładunek -1,602 * 10-19 kulony. Proton, który jest najmniejszą ilością dodatniego ładunku elektrycznego, ma ładunek +1.602 * 10-19 kulony. Zatem 10 elektronów miałoby ładunek -10 e, a 10 protonów miałoby ładunek +10 e.
Prawo Coulomba
Ładunki elektryczne przyciągają się lub odpychają, ponieważ wywierają siły na siebie. Siła między dwoma elektrycznymi ładunkami punktowymi - wyidealizowanymi ładunkami skoncentrowanymi w jednym punkcie przestrzeni - opisana jest przez Prawo Coulomba. Prawo Coulomba mówi, że siła lub wielkość siły między dwoma punktowymi ładunkami jest proporcjonalna do wielkości ładunków i odwrotnie proporcjonalny do odległości między dwoma ładunkami.
Matematycznie jest to podane jako:
F = (k | q1q2|) / r2
gdzie q1 jest ładunkiem pierwszego punktu, q2 to ładunek drugiego punktu, k = 8,988 * 109 Nm2/DO2 jest stałą Coulomba, a r jest odległością między dwoma ładunkami punktowymi.
Chociaż technicznie nie ma rzeczywistych ładunków punktowych, elektrony, protony i inne cząstki są tak małe, że mogą być przybliżone za opłatą punktową.
Formuła pola elektrycznego
Ładunek elektryczny wytwarza pole elektryczne, które jest obszarem przestrzeni wokół naładowanej elektrycznie cząstki lub obiektu, w którym ładunek elektryczny odczuwałby siłę. Pole elektryczne istnieje we wszystkich punktach w przestrzeni i można je zaobserwować, wprowadzając kolejny ładunek do pola elektrycznego. Jednak pole elektryczne może być przybliżone do zera dla celów praktycznych, jeśli ładunki są wystarczająco daleko od siebie.
Pola elektryczne są a wielkość wektorowa i mogą być wizualizowane jako strzały zmierzające w kierunku lub od ładunków. Linie są zdefiniowane jako wskazujące promieniowo na zewnątrz, z dala od ładunku dodatniego, lub promieniowo do wewnątrz, w kierunku ładunku ujemnego.
Wielkość pola elektrycznego jest podana wzorem E = F / q, gdzie E jest siłą pola pole elektryczne, F jest siłą elektryczną, a q jest ładunkiem testowym, który jest używany do „odczuwania” elektryczności pole.
Przykład: pole elektryczne 2-punktowych ładunków
W przypadku dwóch ładunków punktowych F jest podane przez powyższe prawo Coulomba.
- Zatem F = (k | q1q2|) / r2, gdzie q2 jest zdefiniowany jako test ładowania, który służy do „wyczuwania” pola elektrycznego.
- Następnie używamy wzoru pola elektrycznego, aby uzyskać E = F / q2, ponieważ q2 został zdefiniowany jako opłata testowa.
- Po podstawieniu na F, E = (k | q1|) / r2.
Źródła
- Fitzpatrick, Richard. “Pola elektryczne.” University of Texas at Austin, 2007.
- Lewandowski, Heather i Chuck Rogers. „Pola elektryczne”. University of Colorado at Boulder, 2008.
- Richmond, Michael. “Ładunek elektryczny i prawo Coulomba.” Rochester Institute of Technology.