在这一讲中,我们将学习电场,电场线的性质,以及叠加原理。你可以观看下面的视频或阅读下面的书面教程。
两个带电物体相互施加一个力。即使不接触,它们也会对彼此施加力。这个力叫做an远距离力的作用。
什么是电场?
如果我们有一个带电的物体,我们可以预测其他物体会发生什么电荷当它们被带到那个对象时。
带电物体修改其周围的空间,形成电场。电场能够用位于场的任何点放置的另一电荷上的力起作用。
当我们谈论的时候库仑定律我们观察到两个电荷之间的力是两个物体之间的作用,现在我们将观察这个力是电场对进入电场的电荷所施加的作用。
Michael Faraday是一位英国科学家,是第一个介绍电场概念的人。一个字段可以是:
- 可以在字段源周围的空间中的所有点处给出的任何数量;或者
- “影响区域”。
电场如何工作?
首先,电场强度是一个矢量,有大小和方向。一点上电场的方向实际上和作用在这一点上的正电荷上的力的方向是相同的。
假设有一个正电荷,用大写的q表示。为了看到这个电荷对其他电荷的影响,我们将在它的影响范围内引入一个小的正电荷,用q表示。
我们带来小型测试费用的原因是因为我们想要一个独立于测试电荷大小的值,并且仅取决于场的源和距离该源的距离。
根据定义,测试电荷总是正的。两种电荷都产生电场,但大Q的大小比小Q大得多。点电荷Q改变了它周围的空间,形成了电场。
电场公式
现在我们可以测量这个领域。
一个带电物体产生的电场,实际上是物体和测试电荷之间的电场力,除以测试电荷的大小。库仑定律可以帮助我们找到这个力。
我们用库仑定律方程来代替F。
这里,我们可以注意到小q在这个方程中出现了两次,所以它约掉了,我们得到了一个只包含点电荷的方程。
最后,由点电荷产生的电场的强度等于由产生场的物体上的电荷的库仑恒定,除以该对象之间的距离和测试电荷平方之间的距离。
在这里,我们具有积极的点电荷和正面测试电荷,结果具有积极的标志,这意味着带正电的物体将击退正面测试电荷。这就是为什么电场图具有向外指向的箭头。
对于负点电荷,并且我们具有具有吸引力的阳性测试电荷,其由等式的负符号示出。
带负电荷的物体的电场线图与带正电荷的物体的电场线图相似,但箭头指向内,这意味着带负电荷的物体Q会吸引测试正电荷。
电场测量单位是牛顿/库仑或伏特/米。
即使附近没有测试电荷,也存在电场以测量它。同样,即使在附近没有“测试质量”,引力场围绕地球围绕到地球上以测量它。
如果我们知道点电荷的值和电场强度的值,我们可以轻松地计算力量,只需通过乘以这些值来计算力量。
例子
例如,我们有一个点电荷Q等于1×10-8库仑。同样,在50cm距离处,我们有一个1库仑的测试电荷。那么,离点电荷50厘米远的电场是多少?
这一点的电场等于库仑常数乘以产生电场的电荷,除以点电荷和测试电荷之间的距离的平方。这等于9×109 Nm2/C2乘以1×10-8 C除以(0。5m)2。
这里我们可以约掉米和库仑,就得到牛顿/库仑。这等于90除以0。25牛顿/库仑。最后,点电荷在50厘米距离处产生的电场大小为360牛顿/库仑。
作用在测试电荷上的力等于测试电荷乘以电场的大小,也就是1库仑乘以360牛顿/库仑。这里,库仑抵消了,作用在1库仑电荷上的力就是360牛顿。
在这里,我们可以注意到点电荷和测试电荷是正的,因此力将是令人厌恶的,这意味着力的方向将向外。
叠加原则
叠加原理也适用于电场。
假设我们有两个点电荷Q1和Q2,我们在附近带一个正测试电荷q。Q1是正电荷,Q2是负电荷。Q1作用于q的力是排斥力,Q2作用于q的力是吸引力。
叠加原理可以帮助我们计算由多个点电荷产生的总电场,它只是所有单个电场的总和。
换句话说,作用于测试电荷的电荷系统在某一点上的总电场等于每一个单独电荷在这一点上的电场的矢量和。
使用等式,我们可以计算等于E1 + E2的总电场E:
电场线
放置在q附近不同点上的小正电荷q会被q排斥(或吸引),并沿着直线移动。这些矢量被称为力线或电场线,这个概念是由迈克尔·法拉第首先提出的。
它们显示了施加在附近任何正测试电荷上的力的方向和大小。这实际上是一个移动的正电荷在电场中的移动方向。
电场线的性质
我们来看看两个大小相同但符号相反的电荷之间的电场。它们形成电偶极子。
现在让我们的电场连接并创建一个总电场。
如果我们注意这个总电场,就会发现电场线的四个重要性质。
- 线路始终从正收费开始,并以负面收费结束。在我们的示例中,行从带正电的对象开始,并转向负电荷的对象。每个粒子中相同数量的线路,因为它们的电荷的大小相等且相反。
- 现场线必须在任何点处与字段的方向相切。
- 线的近距离表示该领域的强度。线密度越大,场的大小越大,相反。
- 线条从不交叉。电荷不能同时在两个方向上。
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