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Was ist ein elektrisches Feld? Definition, Formel, Beispiel

Wenn ein Ballon gegen einen Pullover gerieben wird, wird der Ballon aufgeladen. Aufgrund dieser Ladung 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.

Wichtige Imbissbuden: Elektrisches Feld

  • Eine elektrische Ladung ist eine Eigenschaft der Materie, die bewirkt, dass zwei Objekte abhängig von ihren Ladungen (positiv oder negativ) angezogen oder abgestoßen werden.
  • Ein elektrisches Feld ist ein Raumbereich um ein elektrisch geladenes Teilchen oder Objekt, in dem eine elektrische Ladung Kraft fühlen würde.
  • Ein elektrisches Feld ist eine Vektorgröße und kann als Pfeile dargestellt werden, die auf Ladungen zu oder von Ladungen weg gehen. Die Linien sind so definiert, dass sie radial nach außen , von einer positiven Ladung weg oder radial nach innen zu einer negativen Ladung zeigen.

Dieses Phänomen ist das Ergebnis einer Eigenschaft der Materie, die als elektrische Ladung bezeichnet wird. Elektrische Ladungen erzeugen elektrische Felder: Bereiche des Raums um elektrisch geladene Teilchen oder Objekte, in denen andere elektrisch geladene Teilchen oder Gegenstände Kraft fühlen würden.

 

Definition der elektrischen Ladung

Eine elektrische Ladung, die entweder positiv oder negativ sein kann, ist eine Eigenschaft der Materie, die bewirkt, dass zwei Objekte sich anziehen oder abstoßen. Wenn die Objekte entgegengesetzt geladen sind (positiv-negativ), ziehen sie sich an; Wenn sie ähnlich geladen sind (positiv-positiv oder negativ-negativ), stoßen sie ab.

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

Atome. die die Grundeinheiten der Materie darstellen. 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 es einen Überschuss an Elektronen oder Protonen gibt, wodurch sich eine Nettoladung ergibt, die nicht Null ist, werden die Objekte als geladen betrachtet.

Eine Möglichkeit zur Quantifizierung der elektrischen Ladung ist die Verwendung der Konstanten e=1,602 * 10 -19 Coulomb. Ein Elektron, bei dem es sich um die kleinste Menge negativer elektrischer Ladung handelt, hat eine Ladung von -1,602 * 10 -19 Coulomb. Ein Proton, bei dem es sich um die kleinste Menge positiver elektrischer Ladung handelt, hat eine Ladung von +1,602 * 10 -19 Coulomb. 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 gegenseitig ab, weil sie Kräfte aufeinander ausüben . Die Kraft zwischen zwei elektrischen Punktladungen – idealisierten Ladungen, die an einem Punkt im Raum konzentriert sind – wird durch das Coulombsche Gesetz beschrieben. Das Coulombsche Gesetz besagt, dass die Stärke oder Größe der Kraft zwischen zwei Punktladungen proportional zu den Größen der Ladungen und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den beiden Ladungen ist.

Mathematisch ist dies gegeben als:

F=(k | q 1 q 2 |) / r 2

wobei q 1 die Ladung der ersten Punktladung ist, q 2 die Ladung der zweiten Punktladung ist, k=8,988 * 10 9 Nm 2 / C 2 die Coulombsche Konstante ist und r der Abstand zwischen zwei Punktladungen ist.

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

 

Elektrische Feldformel

Eine elektrische Ladung erzeugt ein elektrisches Feld, bei dem es sich um einen Raumbereich um ein elektrisch geladenes Teilchen oder Objekt handelt, in dem eine elektrische Ladung eine Kraft fühlen würde. Das elektrische Feld existiert an allen Punkten im Raum und kann beobachtet werden, indem eine andere Ladung in das elektrische Feld gebracht wird. Das elektrische Feld kann jedoch aus praktischen Gründen als Null angenähert werden, wenn die Ladungen weit genug voneinander entfernt sind.

Elektrische Felder sind eine Vektorgröße und können als Pfeile dargestellt werden, die auf Ladungen zu oder von Ladungen weg gehen. Die Linien sind so definiert, dass sie radial nach außen , von einer positiven Ladung weg oder radial nach innen zu einer negativen Ladung zeigen.

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 mit 2 Punktladungen

Für Zweipunktladungen ist F nach dem obigen Coulombschen Gesetz gegeben.

  • Somit ist F=(k | q 1 q 2 |) / r 2 , wobei q 2 als die Testladung definiert ist, die verwendet wird, um das elektrische Feld zu „fühlen“.
  • Wir verwenden dann die elektrische Feldformel, um E=F / q 2 zu erhalten , da q 2 als Testladung definiert wurde.
  • Nach dem Ersetzen von F ist E=(k | q 1 |) / r 2 .

 

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 Coulombsches Gesetz .“ Rochester Institute of Technology.

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