Forskare förstod varför krafter agerade som de gjorde när föremål berördes. Tanken som förvirrade dem var krafter som verkade på avstånd utan att röra. Tänk på exempel som gravitationskraft, elektrisk kraft och magnetisk kraft. För att hjälpa dem att förklara vad som hände använde de idén om ”fält”.
De föreställde sig att det fanns ett område runt föremålet, och allt som kom in skulle känna en kraft. Vi säger till exempel att månen har ett gravitationsfält runt sig, och om du kommer nära månen kommer den att dra ner dig till dess yta.
Elektriska fält
Ett elektriskt fält beskriver området nära alla elektriskt laddade föremål. Det kan också kallas ett elektrostatiskt fält. Varje laddning som kommer in i det området kommer att känna en kraft, och det ursprungliga objektet kommer också att känna den kraften (Newtons tredje lag). Det är ungefär som en spindel som sitter i mitten av ett nät.
Ett normalt fält är en vektor och representeras av pilar. Jordens (eller någon planets) gravitationsfält skulle ritas som pilar som pekar mot marken. En fältvektor visar riktningen för effekten på ett objekt som kommer in i fältet. Tyngdkraften verkar nedåt.
För ett elektriskt fält är saker och ting lite mer komplicerade eftersom det finns två typer av laddningar, och vissa kombinationer attraherar medan andra stöter bort. För att vara överens med varandra beslutade fysiker att de alltid skulle använda positiva laddningar för att bestämma riktningen för effekten av ett fält.
Så om den centrala laddningen var positiv, och du lägger en annan positiv laddning nära den, skulle den andra laddningen stötas utåt. Så fältvektorerna för en central positiv laddning pekar utåt. Om den centrala laddningen är negativ, skulle en positiv laddning placerad i närheten attraheras mot mittladdningen, så fältvektorerna för en central negativ laddning pekar inåt.
Elektriska fält ökar i styrka när laddade partiklar rör sig närmare varandra. Eftersom fält är direkt relaterade till de krafter de utövar, minskar deras styrka med avståndet och ökar med storleken på laddningen som producerar fältet. När du placerar laddningar nära varandra interagerar deras fält och ändrar form. Detta resulterar i förändringar i objektens PE och genererar krafter av repulsion eller attraktion.
Elektriska fält kan också skapas av magnetiska fält. Magnetism och elektricitet hänger alltid ihop. Vi kommer att prata om magnetfält i nästa avsnitt.
Typer av ett elektriskt fält
Det elektriska fältet delas huvudsakligen in i två typer. De är det enhetliga elektriska fältet och det olikformiga elektriska fältet.
1. Enhetligt elektriskt fält
När det elektriska fältet är konstant vid varje punkt, kallas fältet det enhetliga elektriska fältet. Det konstanta fältet erhålls genom att placera de två ledarna parallellt med varandra, och potentialskillnaden mellan dem förblir densamma vid varje punkt.
2. Olikformigt elektriskt fält
Fältet som är oregelbundet vid varje punkt kallas det olikformiga elektriska fältet. Det olikformiga fältet har en annan storlek och riktning.
Egenskaper hos ett elektriskt fält
Följande är egenskaperna hos ett elektriskt fält.
- Fältlinjer skär aldrig varandra.
- De är vinkelräta mot ytladdningen.
- Fältet är starkt när linjerna ligger nära varandra, och det är svagt när fältlinjerna rör sig från varandra.
- Antalet fältlinjer är direkt proportionellt mot laddningens storlek.
- Den elektriska fältlinjen börjar från den positiva laddningen och slutar från negativ laddning.
- Om laddningen är singel, börjar eller slutar de i oändligheten.
- Linjekurvorna är kontinuerliga i ett laddningsfritt område.
- När det elektriska och magnetiska fältet kombineras bildar de det elektromagnetiska fältet.
När en ballong gnuggas mot en tröja blir ballongen laddad. På grund av denna laddning kan ballongen fastna på väggar, men när den placeras bredvid en annan ballong som också har gnuggats, kommer den första ballongen att flyga i motsatt riktning.
En elektrisk laddning är en egenskap hos materia som gör att två föremål attraherar eller stöter bort beroende på deras laddningar (positiva eller negativa).
Ett elektriskt fält är ett område i rymden runt en elektriskt laddad partikel eller föremål där en elektrisk laddning skulle känna kraft.
Ett elektriskt fält är en vektorkvantitet och kan visualiseras som pilar som går mot eller bort från laddningar. Linjerna definieras som att de pekar radiellt utåt, bort från en positiv laddning, eller radiellt inåt, mot en negativ laddning.
Detta fenomen är resultatet av en egenskap hos materien som kallas elektrisk laddning. Elektriska laddningar producerar elektriska fält: områden i rymden runt elektriskt laddade partiklar eller föremål där andra elektriskt laddade partiklar eller föremål skulle känna kraft.
Definition av elektrisk laddning
En elektrisk laddning, som kan vara antingen positiv eller negativ, är en egenskap hos materia som gör att två föremål attraherar eller stöter bort. Om objekten är motsatt laddade (positiv-negativa) kommer de att attrahera; om de är lika laddade (positiva-positiva eller negativa-negativa), kommer de att stöta bort.
Enheten för elektrisk laddning är coulomb, som definieras som mängden elektricitet som överförs av en elektrisk ström på 1 ampere på 1 sekund.
Atomer, som är materiens grundläggande enheter, är gjorda av tre typer av partiklar: elektroner, neutroner och protoner. Elektroner och protoner i sig är elektriskt laddade och har en negativ respektive positiv laddning. En neutron är inte elektriskt laddad.
Många föremål är elektriskt neutrala och har en total nettoladdning på noll. Om det finns ett överskott av antingen elektroner eller protoner, vilket ger en nettoladdning som inte är noll, anses föremålen laddade.
Ett sätt att kvantifiera elektrisk laddning är att använda konstanten e = 1,602 *10-19 coulombs. En elektron, som är den minsta mängden negativ elektrisk laddning, har en laddning på -1,602 *10-19 coulombs. En proton, som är den minsta mängden positiv elektrisk laddning, har en laddning på +1,602 *10-19 coulombs. Således skulle 10 elektroner ha en laddning på -10 e, och 10 protoner skulle ha en laddning på +10 e.
Coulombs lag
Elektriska laddningar attraherar eller stöter bort varandra eftersom de utövar krafter på varandra. Kraften mellan två elektriska punktladdningar – idealiserade laddningar som är koncentrerade till en punkt i rymden – beskrivs av Coulombs lag. Coulombs lag säger att styrkan, eller storleken, av kraften mellan två punktladdningar är proportionell mot laddningarnas storlek och omvänt proportionell mot avståndet mellan de två laddningarna.
En elektrisk laddning producerar ett elektriskt fält, vilket är ett område av rymden runt en elektriskt laddad partikel eller föremål där en elektrisk laddning skulle känna kraft. Det elektriska fältet finns på alla punkter i rymden och kan observeras genom att föra in en annan laddning i det elektriska fältet. Det elektriska fältet kan dock uppskattas till noll av praktiska skäl om laddningarna är tillräckligt långt från varandra.
Elektriska fält är en vektorkvantitet och kan visualiseras som pilar som går mot eller bort från laddningar. Linjerna definieras som att de pekar radiellt utåt, bort från en positiv laddning, eller radiellt inåt, mot en negativ laddning.
Storleken på det elektriska fältet ges av formeln E = F/q, där E är styrkan på det elektriska fältet, F är den elektriska kraften och q är testladdningen som används för att ”känna” det elektriska fältet .
