Kaikki materiaaleja koostuvat atomista, joka sisältää subatomisia hiukkasia, kuten elektronit, protonit ja neutronit. Nämä subatomiset hiukkaset tunnetaan myös varauksina. Elektronit on negatiivinen varaus, kun taas protonit ovat positiivisesti varautuneita. Jos atomi sisältää suuren määrän elektroneja verrattuna protonien määrään, sen sanotaan olevan negatiivisesti varattu. Jos atomissa on paljon protoneja verrattuna elektronien määrään, sen sanotaan olevan positiivisesti varautunut. Jokaiseen sähkövaraukseen liittyy sähkökenttä. Yksi sähkövarauksen ominaisuuksista on sähkökentän voimakkuus.
Mikä on sähkökentän voimakkuus?
Määritelmä: Sähkövarausta kuljettavat atomin subatomiset hiukkaset, kuten elektronit ja fotonit. Elektronin varaus on noin 1,602 × 10-19coulombs. Jokainen varattu hiukkanen luo ympärilleen tilan, jossa sen sähkövoiman vaikutus tuntuu. Tämä varattujen hiukkasten ympärillä oleva tila tunnetaan nimellä Sähkökenttä “. Aina kun yksikkötesti veloittaa on sijoitettu tähän sähkökenttään, se kokee lähdehiukkasen lähettämän voiman. Yksikkövarautuneen hiukkasen kokema voiman määrä, kun se asetetaan sähkökenttään, tunnetaan nimellä sähkökentän voimakkuus.
Sähkökentän voimakkuus on vektorimäärä. Sillä on sekä suuruus että suunta. Lähdelatauksen sähkökentälle altistuva testivaraus kokee voimaa, vaikka se olisi lepoasennossa. Sähkökentän voimakkuus on riippumaton massasta ja nopeus testipanoksen hiukkasesta. Se riippuu vain testivarauspartikkelissa olevan varauksen määrästä. Testivaraus voi olla joko positiivisesti varautunut tai negatiivisesti varautunut hiukkanen.
Sähkökentän suunta määräytyy testivarauspartikkelissa olevan varauksen perusteella. Sähkökentän voimakkuuden suunnan johtamiseksi testivaraus katsotaan positiiviseksi varaukseksi. Joten kun positiivinen testivarauspartikkeli tuodaan tälle sähkökentälle, se kokee työntövoiman. Siten sähkökentän voimakkuus ohjataan poispäin varauksesta. Negatiivisesti varautuneen testilatauksen kohdalla sähkökentän voimakkuuden voiman suunta tulee kohti lähdevarastuspartikkelia.
Sähkökentän intensiteettikaava
Tarkastellaan varautunutta hiukkaa, jolla on varaus Q. Tämä varattu hiukkanen luo sähkökentän sen ympärille. Koska tämä varattu hiukkanen on sähkökentän lähde, sitä kutsutaan lähdevaraukseksi. Lähdelatauksen synnyttämän sähkökentän voimakkuus voidaan laskea asettamalla toinen varaus sen sähkökenttään. Tätä ulkoisen varauksen hiukkaa, jota käytetään sähkökentän voimakkuuden mittaamiseen, kutsutaan testivaraisuudeksi. Olkoon testilatauksen varaus ”q”.
Sähkökentän voimakkuus
Kun testilataus asetetaan sähkökenttään, se kokee joko houkuttelevan sähkövoiman tai hylkivän sähkölähteen. Merkitään voima ”F”. Nyt sähkökentän voimakkuuden suuruus voidaan määritellä 'testilatauksen voimana latausta kohden'. Siten sähkökentän voimakkuus ”E” annetaan muodossa
E = F / q —— Eqn1
Tässä tarkastellaan testivaraushiukkasten varausta lähdevarahiukkasen varauksen sijasta. Kun tarkastellaan SI-yksikköinä, sähkökentän voimakkuuden yksiköt ovat Newton kulmia kohti. Sähkökentän voimakkuus on riippumaton testivarauspartikkelin varauksen määrästä. Se mitataan samalla tavalla koko lähdevarauksen ympärillä testivaraushiukkasten varauksesta riippumatta.
Coulombin laista
Sähkökentän voimakkuus tunnetaan myös nimellä sähkökentän voimakkuus. Sähkökentän voimakkuuden kaava voidaan johtaa myös Coulombin laista. Tämä laki antaa suhdteen hiukkasten varausten ja niiden välisen etäisyyden välillä. Tässä kaksi maksua ovat 'q' ja 'Q'. Siten sähkövoima ”F” annetaan muodossa
F = k.q.Q / dkaksi
missä k on suhteellisuusvakio ja d on varausten välinen etäisyys. Kun tämä yhtälö korvataan voimalla yhtälössä 1, sähkökentän voimakkuuden kaava johdetaan muodossa
E = k. Q / dkaksi
Yllä oleva yhtälö osoittaa, että sähkökentän voimakkuus riippuu kahdesta tekijästä - lähdevarauksen Q varauksesta sekä lähdelatauksen ja testilatauksen välisestä etäisyydestä.
Siten varauksen sähkökentän voimakkuus riippuu sijainnista. Se on kääntäen verrannollinen lähdelatauksen ja testilatauksen välisen etäisyyden neliöön. Etäisyyden kasvaessa sähkökentän voimakkuuden suuruus tai sähkökentän voimakkuus pienenee.
Sähkökentän voimakkuuden laskeminen
Sähkökentän voimakkuuden kaavasta johdettiin, että
- Se on kääntäen verrannollinen lähteen ja testimaksun väliseen etäisyyteen.
- Suoraan verrannollinen lähdelatauksen lataukseen Q.
- Ei ole riippuvainen testilatauksen ”q” varauksesta.
Kun näitä ehtoja sovelletaan käänteiseen neliölakiin, etäisyydellä d1 olevan sähkökentän voimakkuuden (E1) ja etäisyydellä (d2) olevan sähkökentän voimakkuuden (E2) välinen suhde annetaan
E1 / E2 = dkaksi1 / dkaksikaksi
Kun etäisyyttä kasvatetaan kertoimella 2, sähkökentän voimakkuus pienenee kertoimella 4.
Laske sähkökentän voimakkuus, joka vaikuttaa hiukkasten varaukseen -1,6 × 10-19C, kun sähkövoima on 5,6 × 10-viisitoistaN.
Tässä annetaan voima F ja varaus ‘q’. Sitten sähkökentän voimakkuus E lasketaan E = F / q
täten, E = 5,6 × 10-viisitoista/ 1,6x10-19= -3,5 × 104N / C
Mittakaava voimalle (newton) yksikölle kg.m / skaksion MLT-2. Amul-s: n kulonombin mittakaava on AT. Siten sähkökentän voimakkuuden mittakaava on MLT-3TO-1.
UKK
1). Kuinka sähkökenttä määritellään?
Sähkökenttä määritellään voimana latausyksikköä kohti.
2). Mikä on suhteellisuusvakion ”k” arvo?
Suhteellisuusvakion ”k” arvo coulombin laissa on 9,0 × 109N.mkaksi/ Ckaksi.
3). Onko sähkökentän voimakkuus riippuvainen testilatauksen varauksen määrästä?
Ei, sähkökentän voimakkuus ei riipu määrästä “q”. Coulombin lain mukaan varauksen kasvaessa myös sähkövoima kasvaa samalla kertoimella. Siten nämä kaksi muutosta kumoavat toisensa. Tämä voidaan ymmärtää sähkökentän voimakkuuden kaavalla E = F / q.
4). Mikä on sähkökentän voimakkuuden suunta, kun käytetään positiivisesti varautunutta testipartikkelia?
Kun käytetään positiivisen varauksen hiukkasia, sähkökentän voimakkuusvektori ohjataan aina poispäin positiivisesti varautuneista esineistä. Koska sekä lähde- että testivaraus ovat positiivista varausta, ne hylkäävät toisiaan. Tämä on päinvastoin negatiivisesti ladattaville hiukkasille.
Siten asiat vaikeutuvat, kun pistemaksu asetetaan monien lähdemaksujen vaikutuksen alaiseksi. Tässä aluksi sähkökenttä yksittäisten lähdemaksujen vahvuus lasketaan. Sitten kaikkien näiden intensiteettien vektorisumma antaa tuloksena olevan kenttävoimakkuuden kyseisessä pistevarauksessa. Mikä on sähkökentän voimakkuuden suunta, kun testivaraus on negatiivinen?
