Tot el materials estan formats per àtoms que contenen partícules subatòmiques com electrons, protons i neutrons. Aquestes partícules subatòmiques també es coneixen com a partícules carregades. Electrons tenen una càrrega negativa mentre que els protons estan carregats positivament. Si un àtom conté un gran nombre d'electrons en comparació amb el nombre de protons, es diu que està carregat negativament. Mentre que si un àtom conté un gran nombre de protons en comparació amb el nombre d’electrons, es diu que està carregat positivament. Cada càrrega elèctrica té associat un camp elèctric. Una de les característiques d’una càrrega elèctrica és la intensitat del camp elèctric.
Què és la intensitat del camp elèctric?
Definició: La càrrega elèctrica la porten les partícules subatòmiques d’un àtom, com ara electrons i fotons. La càrrega d’un electró és d’uns 1.602 × 10-19coulombs. Cada partícula carregada crea un espai al seu voltant on es nota l’efecte de la seva força elèctrica. Aquest espai al voltant de les partícules carregades es coneix com ' Camp elèctric “. Sempre que es fa una prova unitària càrrec es col·loca en aquest camp elèctric i experimentarà la força emesa per la partícula font. La quantitat de força que experimenta una partícula carregada unitat quan es col·loca al camp elèctric es coneix com a intensitat del camp elèctric.
La intensitat de camp elèctric és una quantitat vectorial. Té magnitud i direcció. La càrrega de prova que està sotmesa al camp elèctric de la càrrega font experimentarà força fins i tot si es troba en posició de repòs. La intensitat del camp elèctric és independent de la massa i velocitat de la partícula de càrrega de prova. Només depèn de la quantitat de càrrega present a la partícula de càrrega de prova. La càrrega de prova pot ser una partícula amb càrrega positiva o una partícula amb càrrega negativa.
La direcció del camp elèctric ve determinada per la càrrega de la partícula de càrrega de prova. Per obtenir la direcció de la intensitat del camp elèctric, es considera que la càrrega de prova és una càrrega positiva. Per tant, quan s’introdueix una partícula de càrrega de prova positiva en aquest camp elèctric experimentarà una força de repulsió. Així, la intensitat del camp elèctric es dirigirà en la direcció allunyada de la càrrega. Mentre que per a una prova de càrrega negativa, la direcció de la força del camp elèctric serà cap a la partícula de càrrega font.
Fórmula d’intensitat de camp elèctric
Considerem una partícula carregada amb càrrega 'Q'. Aquesta partícula carregada crea un camp elèctric al seu voltant. Com que aquesta partícula carregada és la font del camp elèctric, es coneix com a font de càrrega. La força del camp elèctric creada per la càrrega font es pot calcular col·locant una altra càrrega al seu camp elèctric. Aquesta partícula de càrrega externa que s’utilitza per mesurar la intensitat del camp elèctric s’anomena càrrega de prova. Deixeu que la càrrega de la càrrega de prova sigui 'q'.
Intensitat de camp elèctric
Quan es col·loca una càrrega de prova al camp elèctric, experimentarà una força elèctrica atractiva o una font elèctrica repulsiva. Que la força es denoti amb ‘F’. Ara, la magnitud de la intensitat del camp elèctric es pot definir com 'la força per càrrega de la càrrega de prova'. Per tant, la intensitat del camp elèctric ‘E’ es dóna com a
E = F / q —— Eqn1
Aquí es considera la càrrega de la partícula de càrrega de prova més que la càrrega de la partícula de càrrega font. Quan es considera en unitats SI, les unitats d’intensitat del camp elèctric són Newton per coulombs. La intensitat del camp elèctric és independent de la quantitat de càrrega de la partícula de càrrega de prova. Es mesura igual al voltant de la càrrega font independentment de la càrrega de la partícula de càrrega de prova.
De la llei de Coulomb
La intensitat del camp elèctric també es coneix com la intensitat del camp elèctric. La fórmula de la intensitat del camp elèctric també es pot derivar de la llei de Coulomb. Aquesta llei dóna la relació entre les càrregues de les partícules i la distància entre elles. Aquí, els dos càrrecs són 'q' i 'Q'. Així, la força elèctrica ‘F’ es dóna com a
F = k.q.Q / d2
on k és la constant de proporcionalitat i d és la distància entre les càrregues. Quan aquesta equació se substitueix per la força a l'equació 1, la fórmula per a la intensitat del camp elèctric es deriva com
E = k. Q / d2
L'equació anterior mostra que la intensitat del camp elèctric depèn de dos factors: la càrrega de la càrrega font 'Q' i la distància entre la càrrega font i la càrrega de prova.
Per tant, la intensitat del camp elèctric d’una càrrega depèn de la ubicació. És inversament proporcional al quadrat de la distància entre la càrrega font i la càrrega de prova. A mesura que augmenta la distància, la magnitud de la intensitat del camp elèctric o la intensitat del camp elèctric disminueix.
Càlculs de la intensitat del camp elèctric
De la fórmula de la intensitat del camp elèctric, es va derivar que-
- És inversament proporcional a la distància entre la font i les càrregues de prova.
- Directament proporcional a la càrrega 'Q' de la font de càrrega.
- No depèn de la càrrega de la prova de càrrega 'q'.
Quan s’apliquen aquestes condicions a la llei del quadrat invers, la relació entre la intensitat del camp elèctric (E1) a una distància d1 i la intensitat del camp elèctric (E2) a distància (d2) es dóna com-
E1 / E2 = d21 / d22
Així, quan la distància s’incrementi en el factor 2, la intensitat del camp elèctric disminuirà en el factor 4.
Calculeu la intensitat del camp elèctric que actua sobre una partícula amb càrrega -1,6 × 10-19C quan la força elèctrica és 5.6 × 10-15N.
Aquí es dóna la força F i la càrrega ‘q’. Llavors, la intensitat del camp elèctric E es calcula com E = F / q
així, E = 5,6 × 10-15/-1.6×10-19= -3.5 × 104N / C
La fórmula dimensional de la força (newton) per a la unitat kg.m / s2és MLT-2. La fórmula dimensional del coulomb per a ampere-seg és AT. Per tant, la fórmula dimensional per a la intensitat del camp elèctric és MLT-3A-1.
Preguntes freqüents
1). Com es defineix el camp elèctric?
El camp elèctric es defineix com la força per unitat de càrrega.
2). Quin és el valor de la constant de proporcionalitat 'k'?
El valor de la constant de proporcionalitat ‘k’ a la llei de Coulomb és de 9,0 × 109N.m2/ C2.
3). La intensitat del camp elèctric depèn de la quantitat de càrrega de la càrrega de prova?
No, la intensitat del camp elèctric no depèn de la quantitat 'q'. Segons la llei de Coulomb a mesura que augmenta la càrrega, la força elèctrica també augmenta pel mateix factor. Per tant, aquests dos canvis es cancel·len mútuament. Això es pot entendre per la fórmula de la intensitat del camp elèctric, E = F / q.
4). Quina és la direcció de la intensitat del camp elèctric quan s’utilitza la partícula de prova carregada positivament?
Quan s’utilitza la partícula de càrregues positives, el vector d’intensitat del camp elèctric sempre s’allunyarà dels objectes carregats positivament. Com que tant la càrrega font com la de prova són de càrrega positiva, es repel·leixen mútuament. Això és viceversa per a les partícules de càrrega negativa.
Per tant, les coses es posen difícils quan la càrrega puntual es posa sota la influència de moltes càrregues font. Aquí, inicialment, el camp elèctric es calcula la força de les càrregues de la font individual. Llavors, la suma vectorial de totes aquestes intensitats dóna la intensitat del camp resultant en aquest punt de càrrega. Quina és la direcció de la intensitat del camp elèctric quan la càrrega de prova és negativa?
