Hvad er en elektrisk feltintensitet: formel og beregninger

Alle materialer består af atomer, der indeholder subatomære partikler såsom elektroner, protoner og neutroner. Disse subatomære partikler er også kendt som ladede partikler. Elektroner har en negativ ladning, mens protoner er positivt ladede. Hvis et atom indeholder et stort antal elektroner sammenlignet med antallet af protoner, siges det at være negativt ladet. Mens et atom indeholder et stort antal protoner sammenlignet med antallet af elektroner, siges det at være positivt ladet. Hver elektrisk ladning har et elektrisk felt forbundet med det. En af egenskaberne ved en elektrisk ladning er den elektriske feltintensitet.

Hvad er elektrisk feltintensitet?

Definition: Elektrisk ladning bæres af de subatomære partikler i et atom, såsom elektroner og fotoner. Opladningen af ​​en elektron er ca. 1,602 × 10^-19coulombs. Hver ladet partikel skaber et rum omkring det, hvor effekten af ​​dets elektriske kraft mærkes. Dette rum omkring de ladede partikler er kendt som “ Elektrisk felt “. Hver gang en enhedstest oplade placeres i dette elektriske felt, vil det opleve den kraft, der udsendes af kildepartiklen. Mængden af ​​kraft, der opleves af en enhedsopladet partikel, når den placeres i det elektriske felt, kaldes elektrisk feltintensitet.

Elektrisk feltintensitet er en vektormængde. Det har både størrelse og retning. Testladningen, der udsættes for det elektriske felt for kildeladningen, oplever kraft, selvom den er i hvileposition. Den elektriske feltstyrke er uafhængig af massen og hastighed af testladningspartiklen. Det afhænger kun af mængden af ​​ladning, der er til stede på testladningspartiklen. Testladningen kan enten være en positivt ladet partikel eller en negativt ladet partikel.

Retningen af ​​det elektriske felt bestemmes af ladningen på testladningspartiklen. For at udlede retningen af ​​det elektriske feltintensitet betragtes testladningen som en positiv ladning. Så når en positiv testladningspartikel introduceres til dette elektriske felt, vil den opleve en frastødningskraft. Den elektriske feltstyrke vil således blive rettet i retning væk fra ladningen. Mens for en negativt ladet testladning vil kraftretningen for elektrisk feltstyrke være i retning af kildeladningspartiklen.

Elektrisk feltintensitetsformel

Lad os overveje en ladet partikel med ladning 'Q'. Denne ladede partikel skaber et elektrisk felt omkring det. Da denne ladede partikel er kilden til det elektriske felt, kaldes det en kildeladning. Styrken af ​​det elektriske felt skabt af kildeladningen kan beregnes ved at placere en anden ladning i dets elektriske felt. Denne eksterne ladningspartikel, der bruges til at måle den elektriske feltstyrke, kaldes testladningen. Lad opladningen på testopladningen være 'q'.

Elektrisk feltintensitet

Når en testladning placeres i det elektriske felt, oplever den enten en attraktiv elektrisk kraft eller en frastødende elektrisk kilde. Lad kraften betegnes med 'F'. Nu kan størrelsen af ​​den elektriske feltstyrke defineres som ”kraften pr. Ladning på testladningen”. Den elektriske feltintensitet 'E' gives således som

E = F / q —— Eqn1

Her betragtes ladningen på testladningspartiklen snarere end ladningen på kildeladningspartiklen. Når det overvejes i SI-enheder, er enhederne med elektrisk feltintensitet Newton pr. Coulombs. Den elektriske feltintensitet er uafhængig af mængden af ​​ladning på testladningspartiklen. Det måles det samme hele kildeladningen uanset ladningen af ​​testladningspartiklen.

Fra Coulombs lov

Elektrisk feltintensitet er også kendt som den elektriske feltstyrke. Formlen for elektrisk feltstyrke kan også afledes af Coulombs lov. Denne lov giver forholdet mellem ladningerne af partiklerne og afstanden mellem dem. Her er de to ladninger 'q' og 'Q'. Således gives den elektriske kraft 'F' som

F = k.q.Q / d^to

hvor k er proportionalitetskonstanten og d er afstanden mellem ladningerne. Når denne ligning erstattes af kraft i ligning 1, afledes formlen for elektrisk feltintensitet som

E = k. Q / d^to

Ovenstående ligning viser, at det elektriske feltintensitet er afhængig af to faktorer - ladningen på kildeladningen 'Q' og afstanden mellem kildeladningen og testladningen.

Således er en ladnings elektriske feltintensitet placeringsafhængig. Det er omvendt proportionalt med kvadratet for afstanden mellem kildeladning og testladning. Når afstanden øges, falder størrelsen af ​​den elektriske feltstyrke eller det elektriske feltintensitet.

Beregninger af elektrisk feltintensitet

Fra formlen for elektrisk feltintensitet blev det afledt, at-

• Det er omvendt proportionalt med afstanden mellem kilden og testladningerne.
• Direkte proportional med opladningen 'Q' på kildeafgiften.
• Ikke afhængig af ladningen på testopladningen 'q'.

Når disse betingelser anvendes på den omvendte kvadratiske lov, gives forholdet mellem den elektriske feltstyrke (E1) i en afstand d1 og den elektriske feltintensitet (E2) ved afstanden (d2) som-

E1 / E2 = d^to1 / d^toto

Således, når afstanden øges med faktoren 2, vil den elektriske feltintensitet falde med faktoren 4.

Beregn den elektriske feltstyrke, der virker på en partikel med ladning -1,6 × 10^-19C når den elektriske kraft er 5,6 × 10^-femtenN.

Her er kraften F og ladningen 'q' givet. Derefter beregnes den elektriske feltstyrke E som E = F / q

dermed, E = 5,6 × 10^-femten/-1,6x10^-19= -3,5 × 10⁴N / C

Dimensionsformlen for kraft (newton) for enheden kg.m / s^toer MLT^-2. Den dimensionelle formel for coulomb til ampere-sec er AT. Således er den dimensionelle formel for elektrisk feltstyrke MLT^-3TIL^-1.

Ofte stillede spørgsmål

1). Hvordan defineres det elektriske felt?

Det elektriske felt defineres som kraften pr. Enhedsladning.

2). Hvad er værdien af ​​proportionalitetskonstanten 'k'?

Værdien af ​​proportionalitetskonstanten 'k' i coulombs lov er 9,0 × 10⁹N.m^to/ C^to.

3). Afhænger det elektriske feltstyrke af mængden af ​​ladning på testladningen?

Nej, den elektriske feltstyrke afhænger ikke af mængden “q”. I henhold til coulombs lov, når ladningen stiger, øges den elektriske kraft også med samme faktor. Således annullerer disse to ændringer hinanden. Dette kan forstås af formlen for den elektriske feltstyrke, E = F / q.

4). Hvad er retningen af ​​elektrisk feltstyrke, når den positivt ladede testpartikel anvendes?

Når de positive ladningspartikler anvendes, vil den elektriske feltintensitetsvektor altid blive dirigeret væk fra de positivt ladede genstande. Fordi både kildeopladningen og testopladningen er af positiv ladning, afviser de hinanden. Dette er omvendt for negativt ladede partikler.

Således bliver tingene vanskelige, når punktafgiften placeres under indflydelse af mange kildeafgifter. Her oprindeligt det elektriske felt styrken af ​​individuelle kildeafgifter beregnes. Derefter giver vektorsummen af ​​alle disse intensiteter den resulterende feltstyrke ved det punktladning. Hvad er retningen af ​​den elektriske feltstyrke, når testladningen er negativ?