Fisik

Medan listrik

3531
1087
Jessie Harvey

Medan listrik dari positif (kiri) dan negatif (kanan). Sumber: Wikimedia Commons

Apa medan listrik?

Dia Medan listrik Itu adalah properti yang dimiliki objek dengan mempengaruhi ruang sekitarnya, yang dirasakan oleh badan -badan lain. Tapi, tidak seperti gaya listrik di antara beban, medan listrik hanya bergantung pada beban yang menghasilkannya.

Michael Faraday (1791-1867), seorang ahli fisika Inggris, menciptakan konsep bidang dengan mengamati bahwa muatan listrik apa pun mempengaruhi ruang yang mengelilinginya, sehingga tidak perlu bersentuhan dengan beban lain sehingga interaksi terjadi terjadi.

Bahkan tidak perlu bahwa beban berada dalam media material, karena interaksi dapat diberikan dalam ruang hampa.

Untuk memvisualisasikan bentuk medan listrik, misalkan beban spesifik dan positif, disebut +Q, yang ukurannya sangat kecil sehingga tidak perlu memperhitungkan dimensinya. Lapangan yang ia hasilkan mampu mempengaruhi biaya lain, seperti beban titik uji positif lainnya_{salah satu}.

Beban uji ditempatkan di lokasi yang berbeda di sekitar +Q, dan karena keduanya positif, gaya yang +Q diberikan pada Q_{salah satu} Itu adalah tolakan.

Menggambar gaya gaya pada beban q_{salah satu} Pada setiap titik ruang yang ditempati, dan menghapusnya, ada satu set garis yang muncul secara radial dari beban +Q (lihat gambar di atas, ke kiri).

Saat mengulangi pengalaman dengan beban negatif - q, garis juga radial, tetapi masuk ke - q. Dalam kedua kasus, garis bersinggungan dengan medan listrik vektor beban, keluar saat itu positif, dan masuk jika negatif.

Formula dan Unit

Jika di wilayah ruang ada medan listrik DAN, Muatan listrik q_{salah satu} Pengalaman, terima kasih padanya, kekuatan yang diberikan oleh:

Dapat melayani Anda: Kesalahan acak: rumus dan persamaan, perhitungan, contoh, latihan

F = q_{salah satu}DAN

Sehingga:

$\mathbfE=\frac\mathbfF\mathrmq_o$

Unit medan listrik dalam sistem unit internasional adalah Newton/Coulomb, yang disingkat N/C. Juga umum untuk mengekspresikan medan listrik dalam hal magnitudo skalar yang disebut potensial listrik, dalam hal ini bidang untuk bidang tersebut adalah volt/meter (v/m).

Medan listrik dari beban tepat waktu

Bidang DAN diproduksi oleh beberapa objek dengan beban q. Membuat beban uji coba sangat kecil, yaitu membuat q_{salah satu} cenderung 0, vektor DAN adalah:

$\mathbfE=\lim_q_o\rightarrow 0\frac\mathbfF_o\mathrmq_o$ Dengan F_{salah satu}kekuatan antara Q dan Q_{salah satu}.

Niat saat mengambil batas adalah untuk membuat beban uji coba cukup kecil sehingga bidangnya tidak mengubah orang yang ingin menghitung.

Jika apa yang merupakan beban tepat waktu, menurut hukum Coulomb, kekuatan antara tuduhan Q dan Q_{salah satu}, Keduanya memisahkan jarak R, diberikan oleh:

$\mathbfF_o=k\fracq\cdot q_or^2\hatr$ Dalam persamaan ini, k adalah konstanta elektrostatik dan vektor unit ke arah garis yang menyatukan q dan q dan q_{salah satu}adalah: $\hatr$

Mengganti ekspresi ini dalam definisi bidang, diperoleh:

$\mathbfE =\lim_q_o\rightarrow 0\frack\fracqq_or^2q_o\hatr=k\fracqr^2\hatr$ Sehingga bidangnya DAN, Diproduksi oleh beban tepat waktu Q pada titik P, adalah:

$\mathbfE =\frackqr^2\hatr$ Dengan demikian, DAN Itu tidak tergantung pada beban uji coba, tetapi pada beban yang menghasilkannya. Itu besarnya bidang ini berbanding lurus dengan besarnya beban, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara beban dan titik p.

Dan seperti yang dinyatakan di awal, alamat Dari lapangan itu radial dan arah keluar ke beban saat positif, dan masuk saat negatif.

Intensitas medan listrik

Medan listrik adalah vektor, dan intensitasnya mengacu pada modul atau besarnya, yang dilambangkan tanpa tebal. Untuk beban tepat waktu, intensitas medan listriknya sederhana:

Dapat melayani Anda: pelebaran superfisial: formula, koefisien dan contoh

$E =\frackqr^2$ Dan untuk menjadi modul jumlah, itu selalu positif.

Misalnya, intensitas medan listrik yang dihasilkan oleh beban q = - 4.3 μC (μC berbunyi "Microcoulomb" dan setara dengan pergaulan sekejap Coulomb), pada jarak 2 cm dari beban, itu adalah:

$E =\frac9\times 10^9\times 4.3\times 10^-6\left (2\times 10^-2 \right )^2\: \fracNC$

Perhatikan bahwa jarak 2 cm menjadi meter, dikalikan dengan daya 10⁻², karena konstanta elektrostatik berada dalam unit jika. Dan meskipun bebannya negatif, intensitas bidang yang dihasilkannya selalu positif, tetapi vektor medan listrik masuk ke beban, seperti yang dijelaskan sebelumnya.

Contoh medan listrik

1. Medan listrik dari distribusi beban yang bijaksana

Satu set biaya spesifik dipanggil Distribusi beban diskrit. Dalam hal ini, medan listrik yang dihasilkan pada titik P dihitung dengan menerapkan Prinsip superposisi, yang merupakan jumlah vektor bidang yang dihasilkan masing -masing beban dalam p:

DAN_bersih = DAN₁+ DAN₂+ DAN₃+..

Gambar berikut menunjukkan distribusi yang terdiri dari lima beban spesifik dan medan listrik yang masing -masing menghasilkan pada titik P:

Medan listrik pada titik P, karena distribusi beban yang bijaksana

Beban q₃ dan q₅ Mereka negatif dan bidang yang mereka hasilkan masuk untuk mereka. Mereka dibedakan dengan warna biru.
Untuk bagiannya, beban q₁, Q₂dan q₄Mereka positif, menciptakan bidang yang menonjol dalam warna merah.

2. Medan listrik dari distribusi beban yang berkelanjutan

Distribusi beban kontinu terdiri dari objek yang diperluas, dimuat secara elektrik, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Karena objek memiliki dimensi yang cukup besar, bidang yang dihasilkan oleh bagian tubuh dalam P sangat berbeda dari yang menghasilkan yang lebih lanjut (atau terdekat) dari P lainnya.

Dapat melayani Anda: Hukum Kirchhoff

Misalkan muatan listrik kecil dari objek tersebut diambil, disebut dq dan seharusnya positif, yang menghasilkan kontribusi kecil pada medan listrik total. Kontribusi ini adalah perbedaan dari vektor medan listrik DDAN.

Karena beban DQ sangat kecil, bidangnya seperti beban tepat waktu, sehingga persamaan dapat diterapkan sebelum dilihat:

$d\mathbfE=k\fracdqr^2\hatr$

Untuk menghitung medan listrik dari objek yang diperluas, itu terintegrasi di atas semua volumenya. Kepadatan beban (beban per unit volume) dilambangkan sebagai ρ

Untuk mendapatkan bidang total objek pada titik P, kontribusi semua DQ yang dapat diambil pada objek ditambahkan. Ini mengarah ke integral:

$\mathbfE=\int_Volumen^k\fracdqr^2\hatr$

Olahraga diselesaikan

Beban tepat waktu q = 2.0 × 10⁻⁸ C ditempatkan pada titik P dalam medan listrik, di mana ia mengalami gaya naik sebesar 4.0 × 10⁻⁶ N. Menghitung:

a) medan listrik di p

b) Gaya pada beban q = −1.0 × 10⁻⁸ C Terletak di P.

Solusi untuk

Jadilah besarnya medan listrik di mana beban ditempatkan. Berdasarkan bidang ini, beban ini mengalami kekuatan ke atas sebesar F, sehingga:

F = q ∙ e

Jadi:

E = f /q = 4.0 × 10^-6 N/ 2.0 × 10^-8 C = 200 N/C.

Menjadi positif beban, kekuatan, dan medan memiliki arah dan makna yang sama.

Solusi b

Besarnya gaya yang bekerja pada apa itu:

$F=\left |q \right | \cdot E=\left |-1.0\times 10^-8 \right | \cdot 200\: N=2.0\times 10^-6 \: N$

Ketika beban ini negatif, kekuatan dan medan memiliki arah yang sama, tetapi indera yang berlawanan.

Referensi

Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 2. MC Graw Hill.
Lapangan dan potensi listrik dari beban tepat waktu. Diperoleh dari: sc.Ehu.adalah.
Resnick, r. (1999). Fisik. Vol. 1. Edisi ke -3. di Spanyol. Perusahaan Editorial Kontinental S.KE. dari c.V.
Sears, z. (2016). Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Ed. Volume 1. Pearson.
Fisika Universitas. Medan listrik. Vol. 2. Diperoleh dari: OpenStax.org.