Was ist ein elektrisches Feld? Definition, Formel, Beispiel

Wenn ein Ballon gegen einen Pullover gerieben wird, wird der Ballon aufgeladen. Aufgrund dieser Aufladung kann der Ballon an Wänden haften bleiben. Wenn er jedoch neben einem anderen Ballon platziert wird, der ebenfalls gerieben wurde, fliegt der erste Ballon in die entgegengesetzte Richtung.

Key Takeaways: Elektrisches Feld

• Eine elektrische Ladung ist eine Eigenschaft von Materie, die zwei Objekte abhängig von ihrer Ladung (positiv oder negativ) anzieht oder abstößt..
• Ein elektrisches Feld ist ein Raumbereich um ein elektrisch geladenes Teilchen oder Objekt, in dem eine elektrische Ladung Kraft spüren würde.
• Ein elektrisches Feld ist eine Vektorgröße und kann als Pfeile auf Ladungen zu oder von diesen weg dargestellt werden. Die Linien sind als zeigend definiert radial nach außen, weg von einer positiven Ladung oder radial nach innen, auf eine negative Ladung.

Dieses Phänomen ist das Ergebnis einer Eigenschaft der Materie, die als elektrische Ladung bezeichnet wird. Elektrische Ladungen erzeugen elektrische Felder: Bereiche im Raum um elektrisch geladene Partikel oder Objekte, in denen andere elektrisch geladene Partikel oder Objekte Kraft spüren würden.

Definition der elektrischen Ladung

Eine elektrische Ladung, die entweder positiv oder negativ sein kann, ist eine Eigenschaft der Materie, die zwei Objekte anzieht oder abstößt. Wenn die Objekte entgegengesetzt geladen sind (positiv-negativ), werden sie anziehen; Wenn sie ähnlich geladen sind (positiv-positiv oder negativ-negativ), stoßen sie ab.

Die Einheit der elektrischen Ladung ist das Coulomb, das als die Elektrizitätsmenge definiert ist, die durch einen elektrischen Strom von 1 Ampere in 1 Sekunde übertragen wird.

Atome, die Grundeinheiten der Materie, bestehen aus drei Arten von Teilchen: Elektronen, Neutronen und Protonen. Elektronen und Protonen selbst sind elektrisch geladen und haben eine negative bzw. positive Ladung. Ein Neutron ist nicht elektrisch geladen.

Viele Objekte sind elektrisch neutral und haben eine Gesamtnettoladung von Null. Wenn ein Überschuss an Elektronen oder Protonen vorliegt, wodurch sich eine Nettoladung ungleich Null ergibt, werden die Objekte als geladen betrachtet.

Eine Möglichkeit zur Quantifizierung der elektrischen Ladung ist die Verwendung der Konstante e = 1,602 * 10^-19 Coulombs. Ein Elektron, das am kleinsten istMenge der negativen elektrischen Ladung, hat eine Ladung von -1,602 * 10^-19 Coulombs. Ein Proton, das die kleinste positive elektrische Ladung darstellt, hat eine Ladung von +1.602 * 10^-19 Coulombs. Somit hätten 10 Elektronen eine Ladung von -10 e und 10 Protonen eine Ladung von +10 e.

Coulomb-Gesetz

Elektrische Ladungen ziehen sich an oder stoßen sich ab, weil sie Kräfte aufeinander ausüben. Die Kraft zwischen zwei elektrischen Punktladungen - idealisierte Ladungen, die an einem Punkt im Raum konzentriert sind - wird durch das Coulombsche Gesetz beschrieben. Coulombs Gesetz besagt, dass die Stärke oder Stärke der Kraft zwischen zwei Punktladungen istproportional zu den Größen der Ladungen und invers proportional auf den Abstand zwischen den beiden Ladungen.

Mathematisch ist dies gegeben als:

F = (k | q₁q₂|) / r²

wo q₁ ist die Ladung der ersten Punktladung, q₂ ist die Ladung der zweiten Punktladung, k = 8,988 * 10⁹ Nm²/ C² ist die Coulombsche Konstante und r ist der Abstand zwischen zwei Punktladungen.

Obwohl es technisch keine realen Punktladungen gibt, sind Elektronen, Protonen und andere Teilchen so klein, dass sie es sein können angenähert durch eine Punktladung.

Elektrische Feldformel

Eine elektrische Ladung erzeugt ein elektrisches Feld, das ein Raumbereich um ein elektrisch geladenes Teilchen oder Objekt ist, in dem eine elektrische Ladung Kraft spüren würde. Das elektrische Feld existiert an allen Stellen im Raum und kann beobachtet werden, indem eine andere Ladung in das elektrische Feld gebracht wird. Das elektrische Feld kann jedoch für praktische Zwecke als Null angenähert werden, wenn die Ladungen weit genug voneinander entfernt sind.

Elektrische Felder sind eine Vektorgröße und können als Pfeile auf Ladungen zu oder von Ladungen weg dargestellt werden. Die Linien sind als zeigend definiert radial nach außen, weg von einer positiven Ladung oder radial nach innen, auf eine negative Ladung.

Die Größe des elektrischen Feldes wird durch die Formel E = F / q angegeben, wobei E die Stärke des elektrischen Feldes ist, F die elektrische Kraft ist und q die Testladung ist, die verwendet wird, um das elektrische Feld zu "fühlen".

Beispiel: Elektrisches Feld von 2-Punkt-Ladungen

Für Zweipunktladungen ist F nach dem obigen Coulombschen Gesetz gegeben.

• Somit ist F = (k | q₁q₂|) / r², wo q₂ ist definiert alsTestgebührDamit wird das elektrische Feld „gefühlt“.
• Wir verwenden dann die elektrische Feldformel, um E = F / q zu erhalten₂, seit q₂ wurde als Testgebühr definiert.
• Nach dem Ersetzen von F ist E = (k | q₁|) / r².

Quellen

• Fitzpatrick, Richard. "Elektrische Felder." Die Universität von Texas in Austin, 2007.
• Lewandowski, Heather und Chuck Rogers. "Elektrische Felder." Universität von Colorado in Boulder, 2008.
• Richmond, Michael. "Elektrische Ladung und Coulomb-Gesetz." Rochester Institute of Technology.