In eerste instantie lijkt het concept van een veld een beetje abstract. Wat is dit mysterieuze onzichtbare dat ruimte vult? Het kan klinken als iets dat rechtstreeks uit science fiction komt!

Maar een veld is eigenlijk gewoon een wiskundige constructie, of een manier om een vector toe te wijzen aan elke regio van de ruimte die een indicatie geeft van hoe sterk of zwak een effect is is op elk punt.
Definitie van elektrisch veld

Net zoals objecten met massa een zwaartekrachtveld creëren, creëren objecten met elektrische lading elektrische velden. De waarde van het veld op een bepaald punt geeft u informatie over wat er met een ander object gebeurt als het daar wordt geplaatst. In het geval van het zwaartekrachtveld geeft het informatie over welke zwaartekracht een andere massa zal voelen.

Een elektrisch veld is een vectorveld dat aan elk punt in de ruimte een vector toekent die de elektrostatische kracht per eenheid lading op die locatie aangeeft . Elk item met lading genereert een elektrisch veld.

De SI-eenheden geassocieerd met elektrisch veld zijn Newton per Coulomb (N /C). En de grootte van het elektrische veld als gevolg van een puntbronlading Q
wordt gegeven door:
E \u003d \\ frac {kQ} {r ^ 2}

Waar r
is de afstand van de lading Q
en de Coulomb-constante k
\u003d 8,99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Volgens afspraak wijst de richting van het elektrische veld radiaal weg van positieve ladingen en naar negatieve ladingen. Een andere manier om erover na te denken is dat het altijd wijst in de richting dat een positieve testlading zou verplaatsen als het daar wordt geplaatst.

Omdat veld kracht is per eenheid lading, dan is de kracht op een punttestlading q
in een veld E
zou gewoon het product zijn van q
en E
:
F \u003d qE \u003d \\ frac {kQq} {r ^ 2}

Wat hetzelfde resultaat is als gegeven door de wet van Coulomb voor elektrische kracht.

Het veld op een bepaald punt vanwege meerdere bronladingen of een ladingsverdeling is de vectorsom van het veld vanwege elke van de kosten afzonderlijk. Als bijvoorbeeld het veld dat wordt geproduceerd door bronheffing Q _{1
alleen op een bepaald punt 3 N /C aan de rechterkant is, en het veld dat wordt geproduceerd door een bronheffing Q 2
alleen op hetzelfde punt is 2 N /C links, dan is het veld op dat punt vanwege beide ladingen 3 N /C - 2 N /C \u003d 1 N /C aan de rechterkant.
Elektrische veldlijnen}

Vaak worden elektrische velden afgebeeld met doorlopende lijnen in de ruimte. De veldvectoren raken de veldlijnen op elk willekeurig punt, en deze lijnen geven het pad aan dat een positieve lading zou afleggen als het zich vrij in het veld zou mogen bewegen.

De veldintensiteit of elektrische veldsterkte wordt aangegeven door afstand van de lijnen. Het veld is sterker op plaatsen waar de veldlijnen dichter bij elkaar liggen en zwakker zijn waar ze meer verspreid zijn. De elektrische veldlijnen geassocieerd met een positieve puntlading zien er als volgt uit:

(afbeelding van het positieve puntladingveld invoegen)

De veldlijnen van een dipool lijken op die van een puntlading op de buiten de randen van een dipool, maar zijn heel verschillend daartussen:

(afbeelding dipoolveld invoegen)
Kunnen elektrische veldlijnen ooit oversteken?

Om deze vraag te beantwoorden, overweeg wat er zou gebeuren als de veldlijnen kruisten elkaar.

Zoals eerder vermeld, raken de veldvectoren altijd aan de veldlijnen. Als twee veldlijnen elkaar kruisen, dan zouden er op het snijpunt twee verschillende veldvectoren zijn, die elk in een andere richting wijzen.

Maar dit kan niet. U kunt niet twee verschillende veldvectoren op hetzelfde punt in de ruimte hebben. Dit zou suggereren dat een positieve lading op deze locatie op de een of andere manier in meer dan één richting zou reizen!

Dus het antwoord is nee, veldlijnen kunnen elkaar niet kruisen.
Elektrische velden en geleiders

In een geleider zijn elektronen vrij om te bewegen. Als er een elektrisch veld aanwezig is in een geleider, zullen deze ladingen bewegen als gevolg van de elektrische kracht. Merk op dat zodra ze bewegen, deze herverdeling van ladingen zal bijdragen aan het netto veld.

De elektronen zullen blijven bewegen zolang er een niet-nul veld in de geleider bestaat. Vandaar dat ze bewegen totdat ze zich zodanig hebben verdeeld dat het binnenveld wordt geannuleerd.

Om dezelfde reden ligt elke netto lading die op een geleider wordt geplaatst altijd op het oppervlak van de geleider. Dit komt omdat soortgelijke ladingen afstoten en zichzelf zo uniform en ver mogelijk gelijkmatig verdelen, elk op een zodanige manier bijdragend aan het netto binnenveld dat hun effecten elkaar opheffen.

Vandaar dat onder statische omstandigheden de veld in een geleider is altijd nul.

Deze eigenschap van geleiders maakt elektrische afscherming mogelijk. Dat wil zeggen, aangezien vrije elektronen in een geleider zichzelf altijd zullen verspreiden zodat ze het veld binnenin opheffen, dan zal alles dat zich in een geleidend gaas bevindt worden afgeschermd tegen externe elektrische krachten.

Merk op dat elektrische veldlijnen altijd binnenkomen en laat het oppervlak van een geleider loodrecht staan. Dit komt omdat elke parallelle component van het veld ervoor zou zorgen dat vrije elektronen op het oppervlak bewegen, wat ze zullen doen totdat er geen netto veld meer in die richting is.
Voorbeelden van elektrisch veld

Voorbeeld 1: Wat ligt het elektrische veld halverwege tussen een lading van +6 μC en een lading van +4 μC gescheiden door 10 cm? Welke kracht zou een +2 μC testlading op deze locatie voelen?

Begin met het kiezen van een coördinatensysteem waarbij de positieve x
-as naar rechts wijst, en laat de +6 μC opladen liggen bij de oorsprong terwijl de +4 μC-lading op x
\u003d 10 cm ligt. Het netto elektrisch veld is de vectorsom van het veld vanwege de +6 μC-lading (die naar rechts zal wijzen) en het veld vanwege de +4 μC-lading (die naar links zal wijzen):
E \u003d \\ frac {(8.99 \\ keer 10 ^ 9) (6 \\ keer 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} - \\ frac {(8.99 \\ keer 10 ^ 9) (4 \\ keer 10 ^ {- 6 })} {0.05 ^ 2} \u003d 7.19 \\ times10 ^ 6 \\ text {N /C}

De elektrische kracht die wordt gevoeld door de +2 μC-lading is dan:
F \u003d qE \u003d (2 \\ times10 ^ { -6}) (7.19 \\ times10 ^ 6) \u003d 14.4 \\ text {N}

Voorbeeld 2: Een lading van 0,3 μC ligt aan de oorsprong en een lading van -0,5 μC wordt geplaatst op x \u003d 10 cm. Zoek een locatie waar het netto elektrisch veld 0 is.
Eerst kunt u redeneren om te bepalen dat het niet tussen de twee ladingen kan zijn, omdat het netto veld ertussen altijd "be nonzero and pointing to the right.", 3, [[Het kan ook niet rechts
van de -5 μC lading zijn, omdat het netto veld zich links zou bevinden en niet nul is. Daarom moet het links links van de lading van 0,3 μC zijn.

Laat d
\u003d afstand links van de lading van 0,3 μC waar het veld 0 is. uitdrukking voor het netto veld op d
is:
E \u003d - \\ frac {k (0.3 \\ text {μC})} {d ^ 2} + \\ frac {k (0.5 \\ text {μC })} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Los nu eerst d,
op door de _k'_s te annuleren:
- \\ frac {0.3 \\ text {μC }} {d ^ 2} + \\ frac {0.5 \\ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Vervolgens vermenigvuldigt u om zich te ontdoen van noemers, vereenvoudig en maak een kwadratische formule:
5d ^ 2 - 3 (0.1 + d) ^ 2 \u003d 2d ^ 2 - 0.6d - 0.03 \u003d 0

Het oplossen van het kwadratische geeft d
\u003d 0,34 m.

Vandaar de netto veld is nul op een locatie 0,34 m links van de 0,3 μC lading.