כל ה חומרים מורכבים מאטומים המכילים חלקיקים תת-אטומיים כגון אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים. חלקיקים תת אטומיים אלה ידועים גם כחלקיקים טעונים. אלקטרונים יש מטען שלילי ואילו פרוטונים טעונים באופן חיובי. אם אטום מכיל מספר רב של אלקטרונים בהשוואה למספר הפרוטונים, נאמר שהוא טעון שלילית. ואילו אם אטום מכיל מספר רב של פרוטונים בהשוואה למספר האלקטרונים, נאמר שהוא טעון חיובי. לכל מטען חשמלי יש שדה חשמלי המשויך אליו. אחד המאפיינים של מטען חשמלי הוא עוצמת השדה החשמלי.
מהי עוצמת שדה חשמלית?
הַגדָרָה: מטען חשמלי נישא על ידי החלקיקים התת אטומיים של אטום כמו אלקטרונים ופוטונים. המטען של אלקטרון הוא כ- 1.602 × 10-19קולומבים. כל חלקיק טעון יוצר מרחב סביבו בו מורגשת השפעת הכוח החשמלי שלו. החלל הזה סביב החלקיקים הטעונים מכונה ' שדה חשמלי '. בכל פעם שמבחן יחידה לחייב ממוקם בשדה חשמלי זה הוא יחווה את הכוח הנפלט על ידי חלקיק המקור. כמות הכוח שחווה חלקיק טעון יחידה כאשר הוא ממוקם בשדה החשמלי מכונה עוצמת שדה חשמלי.
עוצמת שדה חשמלית היא כמות וקטורית. יש לו גם גודל וגם כיוון. מטען הבדיקה הנתון לשדה החשמלי של מטען המקור יחווה כוח גם אם הוא נמצא במצב מנוחה. חוזק השדה החשמלי אינו תלוי במסה ו מְהִירוּת של חלקיק טעינת הבדיקה. זה תלוי רק בכמות המטען הקיימת בחלקיק טעינת הבדיקה. מטען הבדיקה יכול להיות חלקיק טעון חיובי או חלקיק טעון שלילי.
כיוון השדה החשמלי נקבע על ידי המטען על חלקיק טעינת הבדיקה. להפקת כיוון עוצמת השדה החשמלי, מטען הבדיקה נחשב למטען חיובי. לכן, כאשר חלקיק מטען בדיקה חיובי מוחדר לשדה חשמלי זה הוא יחווה כוח דחייה. לפיכך, חוזק השדה החשמלי יופנה לכיוון הרחק מהמטען. ואילו עבור מטען בדיקה טעון שלילי כיוון הכוח של חוזק השדה החשמלי יהיה כלפי חלקיק מטען המקור.
נוסחת עוצמת שדה חשמלית
הבה נבחן חלקיק טעון עם מטען 'Q'. חלקיק טעון זה יוצר סביבו שדה חשמלי. מכיוון שחלקיק טעון זה הוא מקור השדה החשמלי, הוא מכונה מטען מקור. ניתן לחשב את חוזק השדה החשמלי שנוצר על ידי מטען המקור על ידי הצבת מטען נוסף בשדה החשמלי שלו. חלקיק מטען חיצוני זה המשמש למדידת חוזק השדה החשמלי נקרא מטען הבדיקה. תן לחיוב בחיוב הבדיקה להיות 'q'.
עוצמת שדה חשמלית
כאשר מטען בדיקה מונח בשדה החשמלי הוא יחווה כוח חשמלי מושך או מקור חשמלי דוחה. תן את הכוח לסמן על ידי 'F'. כעת, ניתן להגדיר את גודל חוזק השדה החשמלי כ'כוח למטען על מטען הבדיקה '. לפיכך, עוצמת השדה החשמלי 'E' ניתנת כ-
E = F / q —— Eqn1
כאן, המטען על חלקיק מטען הבדיקה נחשב ולא המטען על חלקיק המטען המקורי. כאשר נחשב ביחידות SI היחידות בעוצמת השדה החשמלי הן ניוטון לכל קולומב. עוצמת השדה החשמלי אינה תלויה בכמות המטען על חלקיק טעינת הבדיקה. זה נמדד זהה סביב מטען המקור ללא קשר למטען של חלקיק מטען הבדיקה.
מחוק קולומב
עוצמת השדה החשמלי מכונה גם חוזק השדה החשמלי. הנוסחה לחוזק השדה החשמלי יכולה להיגזר גם מחוק קולומב. חוק זה נותן את הקשר בין מטעני החלקיקים והמרחק ביניהם. כאן, שני המטענים הם 'q' ו- 'Q'. לפיכך, הכוח החשמלי 'F' ניתן כ
F = k.q.Q / dשתיים
כאשר k הוא המידתיות קבוע ו- d הוא המרחק בין המטענים. כאשר משוואה זו מוחלפת בכוח במשוואה 1, הנוסחה לעוצמת השדה החשמלי נגזרת כ-
E = k. שאלה / דשתיים
המשוואה לעיל מראה כי עוצמת השדה החשמלי תלויה בשני גורמים - המטען על מטען המקור 'Q' והמרחק בין מטען המקור לבין מטען הבדיקה.
לפיכך, עוצמת השדה החשמלי של מטען תלויה במיקום. הוא פרופורציונלי הפוך לריבוע המרחק בין מטען המקור לבין מטען הבדיקה. ככל שהמרחק גדל עוצמת השדה החשמלי או עוצמת השדה החשמלי פוחתת.
חישובי עוצמת השדה החשמלי
מהנוסחה של עוצמת השדה החשמלי, נגזר כי-
- זה ביחס הפוך למרחק בין המקור לחיובי הבדיקה.
- פרופורציונלית ישירה לחיוב 'Q' על חיוב המקור.
- לא תלוי בחיוב בחיוב הבדיקה 'q'.
כאשר תנאים אלה מוחלים על החוק המרובע ההפוך, היחס בין חוזק השדה החשמלי (E1) במרחק d1 לבין עוצמת השדה החשמלי (E2) במרחק (d2) ניתן כ-
E1 / E2 = דשתיים1 / דשתייםשתיים
לפיכך, כאשר המרחק מוגבר בגורם 2, עוצמת השדה החשמלי תפחת בגורם 4.
חשב את חוזק השדה החשמלי הפועל על חלקיק עם מטען -1.6 × 10-19C כאשר הכוח החשמלי הוא 5.6 × 10-חֲמֵשׁ עֶשׂרֵהנ.
כאן, הכוח F והמטען 'q' ניתנים. ואז חוזק השדה החשמלי E מחושב כ- E = F / q
לכן, E = 5.6 × 10-חֲמֵשׁ עֶשׂרֵה/-1.6x10-19= -3.5 × 104N / C
נוסחת המימד לכוח (ניוטון) ליחידה kg.m / sשתייםהוא MLT-שתיים. הנוסחה הממדית לקולומב עבור אמפר-שניה היא AT. לפיכך, הנוסחה הממדית של חוזק השדה החשמלי היא MLT-3ל-1.
שאלות נפוצות
1). כיצד מגדירים את השדה החשמלי?
השדה החשמלי מוגדר ככוח ליחידת מטען.
2). מה הערך של קבוע המידתיות 'k'?
הערך של קבוע המידתיות 'k' בחוק קולומב הוא 9.0 × 109נ.מ.שתיים/ גשתיים.
3). האם חוזק השדה החשמלי תלוי בכמות המטען שבמטען הבדיקה?
לא, עוצמת השדה החשמלי אינה תלויה בכמות 'q'. על פי חוק קולומב ככל שהמטען גדל, הכוח החשמלי גם גדל באותו גורם. לפיכך, שני שינויים אלה מבטלים זה את זה. ניתן להבין זאת על ידי הנוסחה של חוזק השדה החשמלי, E = F / q.
4). מהו כיוון חוזק השדה החשמלי כאשר משתמשים בחלקיק הבדיקה הטעון באופן חיובי?
כאשר משתמשים בחלקיק המטענים החיוביים, וקטור עוצמת השדה החשמלי תמיד יופנה מהאובייקטים הטעונים באופן חיובי. מכיוון שכיוון שגם מטען המקור וגם מטען הבדיקה הם של מטען חיובי, הם דוחים זה את זה. זה להפך עבור חלקיקים טעונים שלילית.
לפיכך הדברים נעשים קשים כאשר מטען הנקודה מושם בהשפעת מטעני מקור רבים. כאן, בהתחלה, השדה החשמלי עוצמת חיובי המקור היחידים מחושבת. לאחר מכן, סכום הווקטור של כל העוצמות הללו נותן את חוזק השדה המתקבל באותה נקודת מטען. מה כיוון חוזק השדה החשמלי כאשר מטען הבדיקה הוא שלילי?
