Che cos'è un campo elettrico? Definizione, formula, esempio

Quando si sfrega un pallone contro un maglione, il pallone si carica. A causa di questa carica, il palloncino può attaccarsi alle pareti, ma quando posizionato accanto a un altro palloncino che è stato anche sfregato, il primo palloncino volerà nella direzione opposta.

Takeaway chiave: campo elettrico

• Una carica elettrica è una proprietà della materia che provoca l'attrazione o la repulsione di due oggetti a seconda della loro carica (positiva o negativa).
• Un campo elettrico è una regione di spazio attorno a una particella o oggetto caricato elettricamente in cui una carica elettrica percepirebbe una forza.
• Un campo elettrico è una quantità vettoriale e può essere visualizzato come frecce che vanno verso o lontano dalle cariche. Le linee sono definite come puntate radialmente verso l'esterno, lontano da una carica positiva, o radialmente verso l'interno, verso una carica negativa.

Questo fenomeno è il risultato di una proprietà della materia chiamata carica elettrica. Le cariche elettriche producono campi elettrici: regioni di spazio attorno a particelle o oggetti caricati elettricamente in cui altre particelle o oggetti caricati elettricamente avvertirebbero forza.

Definizione di carica elettrica

Una carica elettrica, che può essere positiva o negativa, è una proprietà della materia che provoca l'attrazione o la repulsione di due oggetti. Se gli oggetti sono caricati in modo opposto (positivo-negativo), si attrarranno; se sono caricati in modo simile (positivo-positivo o negativo-negativo), si respingeranno.

L'unità di carica elettrica è la coulomb, che è definita come la quantità di elettricità che viene trasportata da una corrente elettrica di 1 ampere in 1 secondo.

Gli atomi, che sono le unità di base della materia, sono composti da tre tipi di particelle: elettroni, neutroni e protoni. Gli elettroni e i protoni stessi sono caricati elettricamente e hanno rispettivamente una carica negativa e positiva. Un neutrone non è caricato elettricamente.

Molti oggetti sono elettricamente neutri e hanno una carica netta totale pari a zero. Se c'è un eccesso di elettroni o protoni, producendo così una carica netta che non è zero, gli oggetti sono considerati carichi.

Un modo per quantificare la carica elettrica è utilizzando la costante e = 1.602 * 10^-19 pendagli. Un elettrone, che è il più piccoloquantità di carica elettrica negativa, ha una carica di -1,6060 * 10^-19 pendagli. Un protone, che è la più piccola quantità di carica elettrica positiva, ha una carica di +1,6060 * 10^-19 pendagli. Pertanto, 10 elettroni avrebbero una carica di -10 e, e 10 protoni avrebbero una carica di +10 e.

Legge di Coulomb

Le cariche elettriche si attraggono o si respingono perché esercitano forze reciproche. La forza tra due cariche di punti elettrici - cariche idealizzate che sono concentrate in un punto nello spazio - è descritta dalla legge di Coulomb. La legge di Coulomb afferma che la forza, o magnitudine, della forza tra due cariche puntiformi èproporzionale all'entità delle cariche e inversamente proporzionale alla distanza tra le due cariche.

Matematicamente, questo è dato come:

F = (k | q₁q₂|) / R²

dove q₁ è la carica della carica del primo punto, q₂ è la carica della carica del secondo punto, k = 8.988 * 10⁹ nm²/ C² è la costante di Coulomb e r è la distanza tra due cariche punti.

Sebbene tecnicamente non ci siano cariche in punti reali, elettroni, protoni e altre particelle sono così piccoli che possono essere approssimato con una carica puntuale.

Formula del campo elettrico

Una carica elettrica produce un campo elettrico, che è una regione di spazio attorno a una particella o oggetto caricato elettricamente in cui una carica elettrica percepirebbe una forza. Il campo elettrico esiste in tutti i punti dello spazio e può essere osservato portando un'altra carica nel campo elettrico. Tuttavia, il campo elettrico può essere approssimato a zero per scopi pratici se le cariche sono abbastanza distanti tra loro.

I campi elettrici sono una quantità vettoriale e possono essere visualizzati come frecce che vanno verso o lontano dalle cariche. Le linee sono definite come puntate radialmente verso l'esterno, lontano da una carica positiva, o radialmente verso l'interno, verso una carica negativa.

L'ampiezza del campo elettrico è data dalla formula E = F / q, dove E è la forza del campo elettrico, F è la forza elettrica e q è la carica di prova che viene utilizzata per "sentire" il campo elettrico.

Esempio: campo elettrico con 2 punti di ricarica

Per due punti, F è dato dalla legge di Coulomb sopra.

• Pertanto, F = (k | q₁q₂|) / R², dove q₂ è definito comecarica di provache viene utilizzato per "sentire" il campo elettrico.
• Usiamo quindi la formula del campo elettrico per ottenere E = F / q₂, dal q₂ è stata definita come la carica di prova.
• Dopo aver sostituito F, E = (k | q₁|) / R².

fonti

• Fitzpatrick, Richard. "Campi elettrici". L'Università del Texas ad Austin, 2007.
• Lewandowski, Heather e Chuck Rogers. "Campi elettrici". Università del Colorado a Boulder, 2008.
• Richmond, Michael. "Carica elettrica e legge di Coulomb." Rochester Institute of Technology.