הרעיון של קווי שדה חשמליים הוצג על ידי מייקל פאראדיי, הוא נולד ב -22 בספטמבר 1791 בלונדון ומת ב -25 באוגוסט 1867 בארמון המפטון קורט, מולסי. בתחומים רבים בפיסיקה, השדות החשמליים חשובים ובטכנולוגיה החשמלית מנוצלים שדות אלה באופן מעשי. הכוח האטרקטיבי בין אלקטרונים לגרעין האטום, השדות החשמליים אחראים. יחידת SI של עוצמת האות בשדה החשמלי היא v / m (וולט למטר) ועל ידי השדות המגנטיים המשתנים בזמן או על ידי מטענים חשמליים, השדות החשמליים נוצרים. נדון בהסבר הקצר על קווים מתויקים חשמליים וייצוג קווי שדה.
מהם קווי שדה חשמליים?
הַגדָרָה: קו שדה חשמלי מוגדר כאזור בו מטען חשמלי חווה כוח. האובייקטים הטעונים יכולים להיות חיוביים או שליליים, המטענים ההפוכים מושכים זה את זה וכמו מטענים דוחים. קווי השדה הם ייצוגים חזותיים של השדה החשמלי שנוצר על ידי מטען יחיד או קבוצת מטענים והוא מקוצר כשדה E. זהו מושג תלת מימדי ולכן לא ניתן לדמיין אותו לנכונות גדולה מאוד במישור. האות E מייצגת את וקטור השדה החשמלי והיא משיקה לקו השדה בכל נקודה. כיוון קווים אלה זהה לכיוון וקטור השדה החשמלי.
עוצמת שדה חשמלית עקב חיוב נקודתי וקבוצת מטען
ניתן להשיג את עוצמת השדה החשמלי עקב מטעני נקודה באמצעות חוק קולומב. עוצמת השדה החשמלי עקב מטען הנקודה מוצגת באיור שלהלן.
מטען של שדה חשמלי-עקב נקודה
על פי חוק קולומב, הכוח 'F' מתבטא כ
F = q * q0/ 4Πε0רשתייםr ̂ ……………………… שווה ערך (1)
עוצמת השדה החשמלי עקב מטען נקודה מתבטאת כ-.
E = F / q0r ̂ ……………………. שווה ערך (2)
תחליף eq (1) ב- eq (2) יקבל ביטוי בעוצמת שדה חשמלי יחד עם מטען נקודה ו- מבחן עומס
E = q * q0/ 4Πε0רשתיים* 1 / ש0 r ̂
E = q / 4Πε0רשתייםr ̂ ……………… שווה ערך (3)
כאשר r ̂ הוא וקטור היחידה
משוואה (3) היא עוצמת השדה החשמלי בשל מטען נקודה יחד עם מטען נקודה ומטען הבדיקה. עוצמת השדה החשמלי עקב קבוצת המטענים מוצגת באיור שלהלן
עוצמת שדה חשמלי-עקב קבוצת מטענים
איפה ש 1,מהשתיים,מה3,מה4,מה5,מה6………. מה נ הם האישומים ו ר1,רשתיים,ר3,ר4,ר5,ר6………. רנ הם המרחקים.
עוצמת השדה החשמלי עקב קבוצת המטענים בנקודה p ניתנת על ידי
E = E.1+ Eשתיים+ E3+ E4+ ……… + הנ……………………. שווה ערך (4)
כידוע כי עוצמת השדה החשמלי עקב מטען נקודה באה לידי ביטוי במקביל (3) לעיל, באופן דומה
IS1= ש1/ 4Πε0ר1שתייםr ̂1
ISשתיים= ששתיים/ 4Πε0רשתייםשתייםr ̂שתיים
IS3= ש3/ 4Πε0ר3שתייםr ̂3………… ISנ= שנ/ 4Πε0רנשתייםr ̂נ
מחליף E1,ISשתיים,IS3,IS4,……… ISנ הערכים ב- eq (4) יקבלו
E = q1/ 4Πε0ר1שתייםr ̂1+ ששתיים/ 4Πε0רשתייםשתייםr ̂שתיים+ ש3/ 4Πε0ר3שתייםr ̂3+ ……… .. + שנ/ 4Πε0רנשתייםr ̂נ
E = 1/4 Π0[מה1/ r1שתייםr ̂1+ ששתיים/ rשתייםשתייםr ̂שתיים+ ש3/ r3שתייםר3̂ + ……… .. + שנ/ rנשתייםr ̂נ] …………………………. שווה ערך (5)
משוואה (5) היא עוצמת השדה החשמלי עקב קבוצת המטענים
ייצוג קווי שדה
עבור q> 0: כאשר q גדול מאפס (q> 0), המטען חיובי וקווי השדה הם כלפי חוץ. קווי השדה עבור q> 0 מוצגים באיור שלהלן.
קו שדה חשמלי לטעינה גדול מאפס
עבור ש<0: כאשר q הוא פחות מאפס (q<0), the charge is negative and the field lines are radially inward. The field lines for q<0 are shown in the below figure.
עבור-q- פחות מאפס
שלא כמו חיובים או דיפול: הייצוג של קווי שדה עבור חיובים שונים או דיפול מוצג באיור שלהלן.
קווי שדה חשמליים למטענים שלא כמוהם
עבור חיובים דומים
אם | ש 1 | = | ש 2 |: אם מטען ש1וששתייםהם שווים, הנקודה הנייטרלית ועוצמת השדה היא אפס עבור מטענים דומים והיא במרכז q1וששתייםחיובים.
תשלום-q1-שווה ל- q2
אם | ש 1 |> | ש 2 |: אם מטען ש1גדול מ- qשתיים, הנקודה הנייטרלית 'p' עוברת לכיוון המטען qשתייםבסדר גודל קטן יותר.
שדה חשמלי אחיד: בשדה החשמלי האחיד קווי השדה מתחילים מהמטען החיובי ועוברים למטען שלילי. קווי השדה הם במרחק שווה וקווים מקבילים בשדה החשמלי האחיד.
אחיד-שדה חשמלי
נכסים
המאפיינים של קווי שדה חשמליים הם
- קווי השדה מתחילים ממטען חיובי ומסתיימים במטען השלילי
- קווי השדה רצופים
- קווי השדה לא מצטלבים לעולם (סיבה: אם הם מצטלבים זה בזה, בנקודה זה לא יהיה שני כיוונים של שדה חשמלי)
- באזור השדה החשמלי החזק, קווים קרובים מאוד זה לזה ואילו באזור השדות החשמליים החלשים הם רחוקים
- באזור קו השדה החשמלי האחיד, ישנם קווים מקבילים שווים
- קווי השדה תמיד תקינים לפני השטח של המוליך
כללים לשרטוט קווי שדה חשמליים
הכללים לשרטוט קווי שדה הם
- עבור קבוצה מסוימת של מטענים נקודתיים, קווי השדה מקורם תמיד במטען חיובי ומסתיימים במטען שלילי. במקרה שיש חיוב עודף כלשהו, כמה שורות יתחילו או יסתיימו ללא הגבלת זמן.
לדוגמא, באיור שלעיל q1גדול מ- qשתיים. מקור השורות ב- qשתייםאז טען ששתייםחיובי ובמטען q1כמה שורות מגיעות לאין סוף רחוק. - מספר הקווים הנמשכים המסתיימים במטען שלילי או בהשארת מטען חיובי הוא פרופורציונאלי לגודל המטען.
אז גבוה יותר המטען יותר קווים ישאירו ממנו אם זה מטען חיובי או יסתיימו בו אם זה מטען שלילי. - קווי השדה לעולם אינם חוצים זה את זה
שאלות נפוצות
1). מהם סוגי קווי השדה החשמליים?
השדה החשמלי האחיד והשדה החשמלי הלא אחיד הם שני סוגי קווי השדה החשמליים. קו השדה נאמר שהוא שדה חשמלי אחיד כאשר השדה החשמלי הוא קבוע ואומרים שהוא שדה חשמלי לא אחיד כאשר השדה אינו סדיר בכל נקודה.
2). איך מייצרים שדה חשמלי?
על ידי המטענים הנייחים מייצרים את השדה החשמלי, ואת המטענים הנעים מייצרים את השדה המגנטי.
3). כיצד מייצרים את השדה החשמלי?
השדה החשמלי מיוצר על ידי החלקיקים הטעונים. בכיוון השדה, מטענים חיוביים מואצים ובכיוון ההפוך של השדה מואצים החלקיקים הטעונים שלילית.
4). מהי עוצמת השדה החשמלי עקב מטעני נקודה?
עוצמת השדה החשמלי עקב מטען נקודה יחד עם מטען נקודה ומטען בדיקה מתבטאת כ-
E = q / 4Πε0רשתייםr ̂
כאשר E הוא עוצמת השדה החשמלי, r ̂ הוא וקטור היחידה ו- q הוא המטען.
5). כיצד קווי שדה חשמליים מציינים את חוזק השדה?
חוזק קווי השדה החשמלי תלוי במטען המקור והשדה החשמלי חזק כאשר קווי השדה קרובים זה לזה.
במאמר זה, שדה חשמלי עוצמה עקב מטען נקודתי וקבוצת מטען, ייצוג של קווי שדה, קווי שדה מאפיינים וכללים לשרטוט קווי שדה חשמליים. הנה שאלה עבורך, מהו טעינת בדיקה וטעינה נקודתית בשדה חשמלי?
