Was ist eine elektrische Feldstärke: Formel und Berechnungen

All die Materialien bestehen aus Atomen, die subatomare Teilchen wie Elektronen, Protonen und Neutronen enthalten. Diese subatomaren Teilchen werden auch als geladene Teilchen bezeichnet. Elektronen haben eine negative Ladung, während Protonen positiv geladen sind. Wenn ein Atom im Vergleich zur Anzahl der Protonen eine große Anzahl von Elektronen enthält, spricht man von einer negativen Ladung. Wenn ein Atom im Vergleich zur Anzahl der Elektronen eine große Anzahl von Protonen enthält, wird es als positiv geladen bezeichnet. Jeder elektrischen Ladung ist ein elektrisches Feld zugeordnet. Eine der Eigenschaften einer elektrischen Ladung ist die elektrische Feldstärke.

Was ist elektrische Feldstärke?

Definition: Elektrische Ladung wird von den subatomaren Teilchen eines Atoms wie Elektronen und Photonen getragen. Die Ladung eines Elektrons beträgt etwa 1,602 × 10^-19Coulomb. Jedes geladene Teilchen schafft einen Raum um sich herum, in dem die Wirkung seiner elektrischen Kraft spürbar ist. Dieser Raum um die geladenen Teilchen wird als „ Elektrisches Feld “. Wann immer ein Unit-Test aufladen Wird es in dieses elektrische Feld gebracht, erfährt es die vom Quellpartikel abgegebene Kraft. Die Kraft, die ein geladenes Teilcheneinheit erfährt, wenn es in das elektrische Feld gebracht wird, wird als elektrische Feldstärke bezeichnet.

Die elektrische Feldstärke ist eine Vektorgröße. Es hat sowohl Größe als auch Richtung. Die Testladung, die dem elektrischen Feld der Quellenladung ausgesetzt ist, erfährt Kraft, selbst wenn sie sich in einer Ruheposition befindet. Die elektrische Feldstärke ist unabhängig von der Masse und Geschwindigkeit des Testladungsteilchens. Dies hängt nur von der Ladungsmenge ab, die auf dem Testladungspartikel vorhanden ist. Die Testladung kann entweder ein positiv geladenes Teilchen oder ein negativ geladenes Teilchen sein.

Die Richtung des elektrischen Feldes wird durch die Ladung auf dem Testladungsteilchen bestimmt. Zur Ableitung der Richtung der elektrischen Feldstärke wird die Testladung als positive Ladung angesehen. Wenn also ein positives Testladungsteilchen in dieses elektrische Feld eingeführt wird, erfährt es eine Abstoßungskraft. Somit wird die elektrische Feldstärke in die Richtung weg von der Ladung gerichtet. Während für eine negativ geladene Testladung die Kraftrichtung für die elektrische Feldstärke in Richtung des Quellladungsteilchens ist.

Formel für die Intensität des elektrischen Feldes

Betrachten wir ein geladenes Teilchen mit der Ladung „Q“. Dieses geladene Teilchen erzeugt ein elektrisches Feld um es herum. Da dieses geladene Teilchen die Quelle des elektrischen Feldes ist, wird es als Quellenladung bezeichnet. Die Stärke des durch die Quellenladung erzeugten elektrischen Feldes kann berechnet werden, indem eine andere Ladung in ihr elektrisches Feld gelegt wird. Dieses externe Ladungsteilchen, mit dem die elektrische Feldstärke gemessen wird, wird als Testladung bezeichnet. Die Ladung auf der Testladung sei 'q'.

Elektrische Feldstärke

Wenn eine Testladung in das elektrische Feld eingebracht wird, erfährt sie entweder eine anziehende elektrische Kraft oder eine abstoßende elektrische Quelle. Die Kraft sei mit 'F' bezeichnet. Die Größe der elektrischen Feldstärke kann nun als 'Kraft pro Ladung auf die Testladung' definiert werden. Somit ist die elektrische Feldstärke 'E' gegeben als

E = F / q - Gleichung 1

Hier wird eher die Ladung auf dem Testladungsteilchen als die Ladung auf dem Quellladungsteilchen betrachtet. In SI-Einheiten betrachtet sind die Einheiten der elektrischen Feldstärke Newton pro Coulomb. Die elektrische Feldstärke ist unabhängig von der Ladungsmenge auf dem Testladungspartikel. Es wird unabhängig von der Ladung des Testladungsteilchens rund um die Quellladung gleich gemessen.

Aus dem Coulombschen Gesetz

Die elektrische Feldstärke wird auch als elektrische Feldstärke bezeichnet. Die Formel für die elektrische Feldstärke kann auch aus dem Coulombschen Gesetz abgeleitet werden. Dieses Gesetz gibt die Beziehung zwischen den Ladungen der Teilchen und dem Abstand zwischen ihnen an. Hier sind die beiden Gebühren 'q' und 'Q'. Somit ist die elektrische Kraft 'F' gegeben als

F = k.q.Q / d^zwei

Dabei ist k die Proportionalitätskonstante und d der Abstand zwischen den Ladungen. Wenn diese Gleichung die Kraft in Gleichung 1 ersetzt, wird die Formel für die elektrische Feldstärke wie folgt abgeleitet

E = k. Q / d^zwei

Die obige Gleichung zeigt, dass die elektrische Feldstärke von zwei Faktoren abhängt - der Ladung der Quellladung „Q“ und dem Abstand zwischen Quellladung und Testladung.

Somit ist die elektrische Feldstärke einer Ladung ortsabhängig. Sie ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen der Quellenladung und der Testladung. Mit zunehmender Entfernung nimmt die Stärke der elektrischen Feldstärke oder der elektrischen Feldstärke ab.

Berechnungen der elektrischen Feldstärke

Aus der Formel der elektrischen Feldstärke wurde abgeleitet, dass

• Sie ist umgekehrt proportional zum Abstand zwischen der Quelle und den Testladungen.
• Direkt proportional zur Gebühr „Q“ auf die Quellenladung.
• Nicht abhängig von der Gebühr für die Testgebühr „q“.

Wenn diese Bedingungen auf das Gesetz des umgekehrten Quadrats angewendet werden, wird die Beziehung zwischen der elektrischen Feldstärke (E1) in einem Abstand d1 und der elektrischen Feldstärke (E2) in einem Abstand (d2) wie folgt angegeben:

E1 / E2 = d^zwei1 / d^zweizwei

Wenn also der Abstand um den Faktor 2 vergrößert wird, nimmt die elektrische Feldstärke um den Faktor 4 ab.

Berechnen Sie die elektrische Feldstärke, die auf ein Teilchen mit einer Ladung von -1,6 × 10 wirkt^-19C wenn die elektrische Kraft ist 5,6 × 10^-fünfzehnN.

Hier sind die Kraft F und die Ladung 'q' angegeben. Dann wird die elektrische Feldstärke E berechnet als E = F / q

so, E = 5,6 × 10^-fünfzehn/-1.6x10^-19= -3,5 × 10⁴N / C.

Die Maßformel für Kraft (Newton) für die Einheit kg.m / s^zweiist MLT^-zwei. Die Dimensionsformel für Coulomb für Ampere-Sekunden lautet AT. Somit lautet die Dimensionsformel für die elektrische Feldstärke MLT^-3ZU^-1.

FAQs

1). Wie ist das elektrische Feld definiert?

Das elektrische Feld ist definiert als die Kraft pro Ladungseinheit.

2). Was ist der Wert der Proportionalitätskonstante „k“?

Der Wert der Proportionalitätskonstante 'k' im Coulombschen Gesetz beträgt 9,0 × 10⁹N.m.^zwei/ C.^zwei.

3). Hängt die elektrische Feldstärke von der Ladungsmenge der Testladung ab?

Nein, die elektrische Feldstärke hängt nicht von der Größe „q“ ab. Nach dem Coulombschen Gesetz steigt mit zunehmender Ladung auch die elektrische Kraft um den gleichen Faktor. Somit heben sich diese beiden Änderungen gegenseitig auf. Dies kann durch die Formel der elektrischen Feldstärke E = F / q verstanden werden.

4). Wie ist die Richtung der elektrischen Feldstärke, wenn das positiv geladene Testteilchen verwendet wird?

Wenn das positive Ladungsteilchen verwendet wird, wird der elektrische Feldintensitätsvektor immer von den positiv geladenen Objekten weg gerichtet. Da sowohl die Quellladung als auch die Testladung positiv geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab. Dies ist umgekehrt für negativ geladene Teilchen.

Daher wird es schwierig, wenn die Punktladung unter den Einfluss vieler Quellenladungen gestellt wird. Hier zunächst das elektrische Feld Die Stärke der einzelnen Quellenladungen wird berechnet. Dann ergibt die Vektorsumme all dieser Intensitäten die resultierende Feldstärke bei dieser Punktladung. Wie ist die Richtung der elektrischen Feldstärke, wenn die Testladung negativ ist?