Svi materijali čine atomi koji sadrže subatomske čestice poput elektrona, protona i neutrona. Te su subatomske čestice poznate i kao nabijene čestice. Elektroni imaju negativan naboj dok su protoni pozitivno nabijeni. Ako atom sadrži velik broj elektrona u usporedbi s brojem protona, kaže se da je negativno nabijen. Dok ako atom sadrži velik broj protona u usporedbi s brojem elektrona, kaže se da je pozitivno nabijen. Svaki električni naboj povezan je s električnim poljem. Jedna od karakteristika električnog naboja je intenzitet električnog polja.
Što je intenzitet električnog polja?
Definicija: Električni naboj nose subatomske čestice atoma poput elektrona i fotona. Naboj elektrona je oko 1.602 × 10-19kulomi. Svaka nabijena čestica stvara prostor oko sebe u kojem se osjeća učinak njene električne sile. Ovaj prostor oko nabijenih čestica poznat je kao „ Električno polje “. Kad god se testira jedinica naplatiti smješteno u ovo električno polje iskusit će silu koju emitira izvorna čestica. Količina sile koju doživljava jedinica nabijene čestice kad se stavi u električno polje poznata je kao intenzitet električnog polja.
Intenzitet električnog polja je vektorska veličina. Ima i veličinu i smjer. Ispitni naboj koji je podvrgnut električnom polju naboja izvora iskusit će silu čak i ako je u položaju mirovanja. Jakost električnog polja neovisna je o masi i brzina čestice ispitnog naboja. Ovisi samo o količini naboja prisutnog na ispitnoj čestici naboja. Ispitni naboj može biti ili pozitivno nabijena čestica ili negativno nabijena čestica.
Smjer električnog polja određuje se nabojem na ispitnoj čestici naboja. Za određivanje smjera intenziteta električnog polja ispitni naboj smatra se pozitivnim nabojem. Dakle, kada se čestica pozitivnog testnog naboja uvede u ovo električno polje, ona će iskusiti silu odbijanja. Dakle, jakost električnog polja bit će usmjerena u smjeru dalje od naboja. Dok će za negativno nabijeni ispitni naboj smjer sile za jakost električnog polja biti usmjeren prema izvornoj čestici naboja.
Formula intenziteta električnog polja
Razmotrimo nabijenu česticu s nabojem 'Q'. Ova nabijena čestica stvara oko sebe električno polje. Budući da je ta nabijena čestica izvor električnog polja, naziva se izvornim nabojem. Snaga električnog polja stvorenog nabojem izvora može se izračunati stavljanjem drugog naboja u njegovo električno polje. Ova čestica vanjskog naboja koja se koristi za mjerenje jakosti električnog polja naziva se ispitni naboj. Neka naboj na ispitnom naboju bude ‘q’.
Intenzitet električnog polja
Kada se ispitni naboj stavi u električno polje, on će iskusiti privlačnu električnu silu ili odbojni električni izvor. Neka sila bude označena s ‘F’. Sada se veličina jakosti električnog polja može definirati kao 'sila po naboju na ispitni naboj'. Dakle, intenzitet električnog polja ‘E’ dan je kao
E = F / q —— Eqn1
Ovdje se uzima u obzir naboj na čestici ispitnog naboja, a ne naboj na izvornoj čestici naboja. Kad se razmatraju u SI jedinicama, jedinice intenziteta električnog polja su Newton po kulonima. Intenzitet električnog polja neovisan je o količini naboja na ispitnoj čestici naboja. Mjeri se jednako oko naboja izvora, bez obzira na naboj čestice ispitnog naboja.
Iz Coulomb-ovog zakona
Intenzitet električnog polja poznat je i kao jakost električnog polja. Formula za jakost električnog polja također se može izvesti iz Coulombovog zakona. Ovaj zakon daje odnos između naboja čestica i udaljenosti između njih. Ovdje su dva punjenja 'q' i 'Q'. Dakle, električna sila ‘F’ dana je kao
F = k.q.Q / ddva
gdje je k konstanta proporcionalnosti, a d udaljenost između naboja. Kada se ova jednadžba zamijeni silom u jednadžbi 1, formula za intenzitet električnog polja izvodi se kao
E = k. Q / ddva
Gornja jednadžba pokazuje da intenzitet električnog polja ovisi o dva čimbenika - naboju na izvornom naboju 'Q' i udaljenosti između naboja izvora i ispitnog naboja.
Dakle, intenzitet električnog polja naboja ovisi o mjestu. Obrnuto je proporcionalan kvadratu razmaka između naboja izvora i nabojnog naboja. Kako se udaljenost povećava, veličina jakosti električnog polja ili intenzitet električnog polja opada.
Proračuni intenziteta električnog polja
Iz formule intenziteta električnog polja izvedeno je da
- Obrnuto je proporcionalan udaljenosti između izvora i ispitnih naboja.
- Izravno proporcionalno naboju 'Q' na izvornom punjenju.
- Ne ovisi o punjenju na probnom punjenju ‘q’.
Kada se ovi uvjeti primijene na inverzni kvadratni zakon, odnos između jakosti električnog polja (E1) na udaljenosti d1 i intenziteta električnog polja (E2) na udaljenosti (d2) daje se kao
E1 / E2 = ddva1 / ddvadva
Dakle, kada se udaljenost poveća za faktor 2, intenzitet električnog polja smanjit će se za faktor 4.
Izračunajte jakost električnog polja koja djeluje na česticu s nabojem -1,6 × 10-19C kad je električna sila 5,6 × 10-petnaestN.
Ovdje su dana sila F i naboj ‘q’. Tada se jakost električnog polja E izračunava kao E = F / q
Tako, E = 5,6 × 10-petnaest/-1,6x10-19= -3,5 × 104N / C
Dimenzijska formula sile (njutna) za jedinicu kg.m / sdvaje MLT-dva. Dimenzijska formula kulona za amper-sek je AT. Dakle, dimenzijska formula za jakost električnog polja je MLT-3DO-1.
Najčešća pitanja
1). Kako se definira električno polje?
Električno polje definirano je kao sila po jedinici naboja.
2). Kolika je vrijednost konstante proporcionalnosti ‘k’?
Vrijednost konstante proporcionalnosti ‘k’ u Coulomb-ovom zakonu iznosi 9,0 × 109N.mdva/ Cdva.
3). Ovisi li jakost električnog polja o količini naboja na ispitnom naboju?
Ne, jačina električnog polja ne ovisi o veličini 'q'. Prema Coulombovom zakonu kako se naboj povećava, električna sila također se povećava za isti faktor. Stoga se ove dvije promjene međusobno poništavaju. To se može razumjeti formulom jakosti električnog polja, E = F / q.
4). Koji je smjer jakosti električnog polja kada se koristi pozitivno nabijena ispitna čestica?
Kada se koristi čestica pozitivnih naboja, vektor intenziteta električnog polja uvijek će biti usmjeren dalje od pozitivno nabijenih objekata. Budući da su i izvorni i ispitni naboj pozitivnog naboja, oni se međusobno odbijaju. Ovo je obratno za negativno nabijene čestice.
Stoga stvari postaju teške kad se točkasti naboj stavi pod utjecaj mnogih izvornih naboja. Ovdje, u početku, električno polje izračunava se snaga pojedinih naboja izvora. Zatim, vektorski zbroj svih tih intenziteta daje rezultirajuću jakost polja u tom točkovnom naboju. Koji je smjer jakosti električnog polja kad je probni naboj negativan?
