Hva er et elektrisk felt? Definisjon, formel, eksempel

Når en ballong gnides mot en genser, blir ballongen ladet. På grunn av denne ladningen kan ballongen feste seg til vegger, men når den plasseres ved siden av en annen ballong som også er blitt gnidd, vil den første ballongen fly i motsatt retning.

Key Takeaways: Electric Field

Dette fenomenet er et resultat av en egenskap av materie som kalles elektrisk ladning. Elektriske ladninger produserer elektriske felt: områder i rommet rundt elektrisk ladede partikler eller gjenstander der andre elektrisk ladede partikler eller gjenstander vil føle kraft.

En elektrisk ladning, som kan være enten positiv eller negativ, er en egenskap av materie som får to gjenstander til å tiltrekke seg eller avvise. Hvis objektene er motsatt ladede (positive-negative), vil de tiltrekke seg; hvis de er likt belastet (positive-positive eller negative-negative), vil de slå tilbake.

Enheten med elektrisk ladning er coulomb, som er definert som mengden elektrisitet som transporteres av en elektrisk strøm av 1 ampere på 1 sekund.

atomer, som er grunnenhetene til saken, er laget av tre typer partikler: elektroner, nøytroner, og protoner. Elektroner og protoner i seg selv er elektrisk ladet og har henholdsvis en negativ og positiv ladning. Et nøytron er ikke elektrisk ladet.

Mange objekter er elektrisk nøytrale og har en total nettoladning på null. Hvis det er et overskudd av enten elektroner eller protoner, og dermed gir en nettoladning som ikke er null, regnes objektene som ladede.

En måte å kvantifisere elektrisk ladning er ved å bruke konstanten e = 1,602 * 10^-19 anhenger. Et elektron, som er den minste mengden av negativ elektrisk ladning, har en ladning på -1,602 * 10^-19 anhenger. Et proton, som er den minste mengden positiv elektrisk ladning, har en ladning på +1,602 * 10^-19 anhenger. Dermed ville 10 elektroner ha en ladning på -10 e, og 10 protoner vil ha en ladning på +10 e.

Elektriske ladninger tiltrekker eller avviser hverandre fordi de utøver krefter på hverandre. Kraften mellom to elektriske punktladninger - idealiserte ladninger som er konsentrert på ett punkt i rommet - er beskrevet av Coulombs lov. Coulombs lov sier at styrken eller størrelsen på styrken mellom to punktladninger er proporsjonal med størrelsen på ladningene og omvendt proporsjonal til avstanden mellom de to ladningene.

Matematisk er dette gitt som:

F = (k | q₁q₂|) / R²

hvor q₁ er ladningen for det første poengladningen, q₂ er ladningen for den andre poengladningen, k = 8,988 * 10⁹ nm²/ C² er Coulombs konstante, og r er avstanden mellom to punktladninger.

Selv om det teknisk sett ikke er noen reelle punktladninger, er elektroner, protoner og andre partikler så små at de kan være det tilnærmet ved en poengavgift.

En elektrisk ladning produserer et elektrisk felt, som er et område i rommet rundt en elektrisk ladet partikkel eller gjenstand hvor en elektrisk ladning vil føle kraft. Det elektriske feltet eksisterer på alle punkter i rommet og kan observeres ved å bringe en ny ladning inn i det elektriske feltet. Imidlertid kan det elektriske feltet tilnærmes null for praktiske formål hvis ladningene er langt nok fra hverandre.

Elektriske felt er en vektor mengde og kan visualiseres som piler som går mot eller bort fra ladninger. Linjene er definert som pekende radialt utover, vekk fra en positiv ladning, eller radialt innover, mot en negativ ladning.

Størrelsen på det elektriske feltet er gitt med formelen E = F / q, hvor E er styrken til elektrisk felt, F er den elektriske kraften, og q er testladningen som brukes til å "føle" det elektriske felt.

For to punktsanklager er F gitt av Coulombs lov ovenfor.

• Dermed er F = (k | q₁q₂|) / R², hvor q₂ er definert som den mest valgte funksjonen som brukes til å "føle" det elektriske feltet.
• Vi bruker deretter den elektriske feltformelen for å få E = F / q₂, siden q₂ har blitt definert som testladningen.
• Etter å ha byttet ut F, er E = (k | q₁|) / R².

• Fitzpatrick, Richard. “Elektriske felt.” University of Texas i Austin, 2007.
• Lewandowski, Heather og Chuck Rogers. “Elektriske felt.” University of Colorado i Boulder, 2008.
• Richmond, Michael. “Elektrisk ladning og Coulombs lov.” Rochester Institute of Technology.