ความเข้มของสนามไฟฟ้าคืออะไร: สูตรและการคำนวณ

ทั้งหมด วัสดุ ประกอบด้วยอะตอมที่มีอนุภาคย่อยเช่นอิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอน อนุภาคย่อยของอะตอมเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า อิเล็กตรอน มีประจุลบในขณะที่โปรตอนมีประจุบวก ถ้าอะตอมมีอิเล็กตรอนจำนวนมากเมื่อเทียบกับจำนวนโปรตอนก็จะมีประจุลบ ในขณะที่ถ้าอะตอมประกอบด้วยโปรตอนจำนวนมากเมื่อเทียบกับจำนวนอิเล็กตรอนก็จะมีประจุบวก ประจุไฟฟ้าทุกชนิดมีสนามไฟฟ้าเกี่ยวข้อง ลักษณะหนึ่งของประจุไฟฟ้าคือความเข้มของสนามไฟฟ้า

ความเข้มของสนามไฟฟ้าคืออะไร?

คำจำกัดความ: ประจุไฟฟ้าถูกพัดพาโดยอนุภาคย่อยของอะตอมเช่นอิเล็กตรอนและโฟตอน ประจุของอิเล็กตรอนมีค่าประมาณ 1.602 × 10^-19คูลอมบ์ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าทุกอนุภาคจะสร้างช่องว่างรอบ ๆ ซึ่งสัมผัสได้ถึงผลของแรงเคลื่อนไฟฟ้า ที่ว่างรอบอนุภาคที่มีประจุนี้เรียกว่า“ สนามไฟฟ้า “. เมื่อใดก็ตามที่ทดสอบหน่วย ค่าใช้จ่าย วางอยู่ในสนามไฟฟ้านี้จะได้สัมผัสกับแรงที่ปล่อยออกมาจากอนุภาคต้นทาง ปริมาณของแรงที่อนุภาคที่มีประจุเป็นหน่วยเกิดขึ้นเมื่อวางในสนามไฟฟ้าเรียกว่าความเข้มสนามไฟฟ้า

ความเข้มของสนามไฟฟ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์ มันมีทั้งขนาดและทิศทาง ประจุทดสอบที่อยู่ภายใต้สนามไฟฟ้าของประจุต้นทางจะพบแรงแม้ว่าจะอยู่ในตำแหน่งพักก็ตาม ความแรงของสนามไฟฟ้าไม่ขึ้นอยู่กับมวลและ ความเร็ว ของอนุภาคประจุทดสอบ ขึ้นอยู่กับปริมาณประจุที่มีอยู่ในอนุภาคของประจุทดสอบเท่านั้น ประจุทดสอบอาจเป็นได้ทั้งอนุภาคที่มีประจุบวกหรืออนุภาคที่มีประจุลบ

ทิศทางของสนามไฟฟ้าถูกกำหนดโดยประจุบนอนุภาคประจุทดสอบ สำหรับการหาทิศทางของความเข้มสนามไฟฟ้าประจุทดสอบจะถือเป็นประจุบวก ดังนั้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกถูกนำเข้าสู่สนามไฟฟ้านี้จะได้รับแรงผลัก ดังนั้นความแรงของสนามไฟฟ้าจะถูกนำไปในทิศทางที่ห่างจากประจุ ในขณะที่สำหรับการทดสอบที่มีประจุลบทิศทางของแรงสำหรับความแรงของสนามไฟฟ้าจะไปทางอนุภาคประจุต้นทาง

สูตรความเข้มสนามไฟฟ้า

ให้เราพิจารณาอนุภาคที่มีประจุซึ่งมีประจุ ‘Q’ อนุภาคที่มีประจุนี้จะสร้างสนามไฟฟ้ารอบ ๆ ตัวมัน เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุนี้เป็นแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าจึงเรียกว่าแหล่งกำเนิดประจุ ความแรงของสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยประจุต้นทางสามารถคำนวณได้โดยการวางประจุอื่นในสนามไฟฟ้าของมัน อนุภาคประจุไฟฟ้าภายนอกซึ่งใช้ในการวัดความแรงของสนามไฟฟ้าเรียกว่าประจุทดสอบ ให้ประจุในการทดสอบเป็น 'q'

ความเข้มของสนามไฟฟ้า

เมื่อประจุทดสอบถูกวางไว้ในสนามไฟฟ้าจะได้สัมผัสกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่น่าดึงดูดหรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่น่ารังเกียจ ให้บังคับแทนด้วย 'F' ตอนนี้ขนาดของความแรงของสนามไฟฟ้าสามารถกำหนดเป็น 'แรงต่อประจุของประจุทดสอบ' ดังนั้นความเข้มสนามไฟฟ้า ‘E’ จึงถูกกำหนดเป็น

E = F / q —— Eqn1

ในที่นี้จะพิจารณาประจุของอนุภาคประจุไฟฟ้าแทนที่จะเป็นประจุของอนุภาคประจุต้นทาง เมื่อพิจารณาในหน่วย SI หน่วยของความเข้มสนามไฟฟ้าคือนิวตันต่อคูลอมบ์ ความเข้มของสนามไฟฟ้าไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุทดสอบ มีการวัดค่าเดียวกันรอบ ๆ แหล่งกำเนิดโดยไม่คำนึงถึงประจุของอนุภาคประจุทดสอบ

จาก Coulomb’s Law

ความเข้มของสนามไฟฟ้าเรียกอีกอย่างว่าความแรงของสนามไฟฟ้า สูตรความแรงของสนามไฟฟ้าสามารถมาจากกฎของคูลอมบ์ กฎนี้ให้ความสัมพันธ์ระหว่างประจุของอนุภาคและระยะห่างระหว่างพวกมัน ในที่นี้การเรียกเก็บเงิน 2 รายการคือ 'q' และ 'Q' ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้า 'F' จึงได้รับเป็น

ฉ = k.q.Q / d^สอง

โดยที่ k คือค่าคงที่ตามสัดส่วนและ d คือระยะห่างระหว่างประจุ เมื่อสมการนี้ถูกแทนที่ด้วยแรงในสมการที่ 1 สูตรสำหรับความเข้มสนามไฟฟ้าจะได้มาเป็น

E = k. ถาม / ง^สอง

สมการข้างต้นแสดงให้เห็นว่าความเข้มของสนามไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปัจจัยสองประการคือประจุของประจุแหล่งกำเนิด ‘Q’ และระยะห่างระหว่างประจุต้นทางและประจุทดสอบ

ดังนั้นความเข้มสนามไฟฟ้าของประจุจึงขึ้นอยู่กับตำแหน่ง มันแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุต้นทางและประจุทดสอบ เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นขนาดของความแรงของสนามไฟฟ้าหรือความเข้มของสนามไฟฟ้าจะลดลง

การคำนวณความเข้มของสนามไฟฟ้า

จากสูตรของความเข้มสนามไฟฟ้าได้มาว่า -

• มันแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดและค่าทดสอบ
• สัดส่วนโดยตรงกับการชาร์จ ‘Q’ ของการชาร์จต้นทาง
• ไม่ขึ้นอยู่กับการเรียกเก็บเงินจากค่าทดสอบ 'q'

เมื่อนำเงื่อนไขเหล่านี้ไปใช้กับกฎกำลังสองผกผันความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสนามไฟฟ้า (E1) ที่ระยะห่าง d1 และความเข้มสนามไฟฟ้า (E2) ที่ระยะทาง (d2) จะได้รับเป็น -

E1 / E2 = ง^สอง1 / วัน^สองสอง

ดังนั้นเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นตามปัจจัยของ 2 ความเข้มของสนามไฟฟ้าจะลดลงตามปัจจัย 4

คำนวณความแรงของสนามไฟฟ้าที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุ -1.6 × 10^-19C เมื่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็น 5.6 × 10^{- สิบห้า}เอ็น

ที่นี่จะให้แรง F และประจุ 'q' จากนั้นความแรงของสนามไฟฟ้า E จะคำนวณเป็น E = F / q

ดังนั้น E = 5.6 × 10^{- สิบห้า}/-1.6x10^-19= -3.5 × 10⁴ไม่มี

สูตรมิติสำหรับแรง (นิวตัน) สำหรับหน่วย kg.m / s^สองคือ MLT^-2. สูตรมิติของคูลอมบ์สำหรับแอมแปร์วินาทีคือ AT ดังนั้นสูตรมิติสำหรับความแรงของสนามไฟฟ้าคือ MLT^-3ถึง^-1.

คำถามที่พบบ่อย

1). สนามไฟฟ้าถูกกำหนดอย่างไร?

สนามไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นแรงต่อหน่วยประจุ

2). ค่าคงที่ตามสัดส่วน ‘k’ คืออะไร?

ค่าของค่าคงที่ตามสัดส่วน ‘k’ ในกฎของคูลอมบ์คือ 9.0 × 10⁹น^สอง/ ค^สอง.

3). ความแรงของสนามไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปริมาณประจุของประจุทดสอบหรือไม่?

ไม่ความแรงของสนามไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณ“ q” ตามกฎของคูลอมบ์เมื่อประจุเพิ่มขึ้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นด้วยปัจจัยเดียวกัน ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงทั้งสองนี้จึงยกเลิกซึ่งกันและกัน สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้โดยสูตรของความแรงของสนามไฟฟ้า E = F / q

4). ทิศทางของความแรงของสนามไฟฟ้าเป็นอย่างไรเมื่อใช้อนุภาคทดสอบที่มีประจุบวก?

เมื่อใช้อนุภาคประจุบวกเวกเตอร์ความเข้มสนามไฟฟ้าจะถูกนำออกไปจากวัตถุที่มีประจุบวกเสมอ เนื่องจากทั้งประจุต้นทางและประจุทดสอบเป็นประจุบวกจึงขับไล่ซึ่งกันและกัน นี่คือข้อรองสำหรับอนุภาคที่มีประจุลบ

ดังนั้นสิ่งต่าง ๆ จะยากขึ้นเมื่อจุดประจุถูกวางไว้ภายใต้อิทธิพลของประจุต้นทางจำนวนมาก ที่นี่ในตอนแรก สนามไฟฟ้า คำนวณความแรงของค่าใช้จ่ายต้นทางแต่ละรายการ จากนั้นผลรวมเวกเตอร์ของความเข้มเหล่านี้จะให้ความแรงของสนามที่เป็นผลลัพธ์ ณ จุดนั้น ทิศทางของความแรงของสนามไฟฟ้าเป็นอย่างไรเมื่อประจุทดสอบเป็นลบ?