כאשר מתחככים בלון על סוודר, הבלון הופך טעון. בגלל מטען זה, הבלון יכול להיצמד לקירות, אך כשהוא מונח לצד בלון אחר שנשפשף גם כן, הבלון הראשון יעוף בכיוון ההפוך.
Takeaways מפתח: שדה חשמלי
- מטען חשמלי הוא מאפיין של חומר הגורם לשני עצמים למשוך או להדוף בהתאם למטענים שלהם (חיובי או שלילי).
- שדה חשמלי הוא אזור בחלל סביב חלקיק או חפץ טעון חשמלי בו מטען חשמלי ירגיש כוח.
- שדה חשמלי הוא כמות וקטורית וניתן לדמיין אותו כמו חצים שהולכים לכיוון או הרחק מטענים. הקווים מוגדרים כמצביעים קדימה כלפי חוץ, הרחק מטען חיובי, או קדימה פנימה, כלפי מטען שלילי.
תופעה זו היא תוצאה של מאפיין של חומר הנקרא מטען חשמלי. מטענים חשמליים מייצרים שדות חשמליים: אזורים בחלל סביב חלקיקים או עצמים טעונים חשמליים בהם חלקיקים או עצמים טעונים חשמליים אחרים ירגישו כוח.
הגדרת טעינה חשמלית
מטען חשמלי, שיכול להיות חיובי או שלילי, הוא מאפיין של חומר הגורם לשני עצמים למשוך או להדוף. אם האובייקטים טעונים מנוגדים (חיובי-שלילי), הם ימשכו; אם הם טעונים באופן דומה (חיובי-חיובי או שלילי-שלילי), הם ידחו.
יחידת המטען החשמלי היא קולומב, המוגדרת ככמות החשמל המועברת על ידי זרם חשמלי מתוך אמפר אחד בשנייה אחת.
אטומים, שהן היחידות הבסיסיות של משנה, עשויים משלושה סוגים של חלקיקים: אלקטרונים, נויטרונים, ו פרוטונים. אלקטרונים ופרוטונים עצמם נטענים חשמליים והם בעלי מטען שלילי וחיובי, בהתאמה. נויטרון אינו טעון חשמלי.
אובייקטים רבים הם ניטרליים חשמלית והם בעלי מטען נטו כולל של אפס. אם יש עודף של אלקטרונים או פרוטונים, ובכך מניב מטען נטו שאינו אפס, האובייקטים נחשבים לטעונים.
אחת הדרכים לכמת מטען חשמלי היא באמצעות הקבוע e = 1.602 * 10-19 coulombs. לאלקטרון, שהוא הכמות הקטנה ביותר של מטען חשמלי שלילי, יש מטען של -1,602 * 10-19 coulombs. לפרוטון, שהוא הכמות הקטנה ביותר של מטען חשמלי חיובי, יש מטען של +1.602 * 10-19 coulombs. לפיכך, 10 אלקטרונים יהיו בעלי מטען של -10 e, ו- 10 פרוטונים יהיו בעלי מטען של +10 e.
חוק קולומב
מטענים חשמליים מושכים או דוחים זה את זה מכיוון שהם מפעילים כוחות אחד על השני. הכוח בין שני מטעני נקודה חשמליים - מטענים אידיאליסטים המרוכזים בנקודה אחת בחלל - מתואר על ידי החוק של קולומב. החוק של קולומב קובע כי כוחו, או גודלו, של הכוח בין שני מטעני נקודה אינו פרופורציונאלי לגודל המטענים ו ביחס הפוך למרחק בין שני המטענים.
מבחינה מתמטית זה ניתן כ:
F = (k | q1ש2|) / r2
איפה ש1 הוא המטען של טעינת הנקודה הראשונה, ש2 הוא המטען של טעינת הנקודה השנייה, k = 8.988 * 109 נ.מ.2/ ג2 הוא קבוע של קולומב, וה- r הוא המרחק בין שני מטעני נקודה.
למרות שאין מבחינה טכנית מטעני נקודה אמיתיים, אלקטרונים, פרוטונים וחלקיקים אחרים הם כה קטנים עד שהם יכולים להיות בקירוב על ידי חיוב נקודתי.
נוסחת שדה חשמלי
מטען חשמלי מייצר שדה חשמלי, שהוא אזור בחלל סביב חלקיק או חפץ טעון חשמלי בו מטען חשמלי ירגיש כוח. השדה החשמלי קיים בכל נקודות החלל וניתן לצפות בו על ידי הכנסת מטען נוסף לשדה החשמלי. עם זאת, ניתן לקרב את השדה החשמלי כאפס למטרות מעשיות אם המטענים מספיק רחוקים זה מזה.
שדות חשמליים הם א כמות וקטורית וניתן לדמיין אותם כחצים החוזרים לכיוון או הרחק מטענים. הקווים מוגדרים כמצביעים קדימה כלפי חוץ, הרחק מטען חיובי, או קדימה פנימה, כלפי מטען שלילי.
עוצמת השדה החשמלי ניתנת על ידי הנוסחה E = F / q, כאשר E הוא כוחו של שדה חשמלי, F הוא הכוח החשמלי, ו- q הוא מטען הבדיקה שמשמש ל"להרגיש "את החשמל שדה.
דוגמה: שדה חשמלי של 2 טעינות נקודה
לשני אישומים נקודתיים, F ניתן בחוק של קולומב לעיל.
- לפיכך, F = (k | q1ש2|) / r2, היכן ש2 מוגדר כמתאם הכי טוב שמשמש ל"להרגיש "את השדה החשמלי.
- לאחר מכן אנו משתמשים בנוסחת השדה החשמלי כדי להשיג E = F / q2, מאז ש2 הוגדר כמטען הבדיקה.
- לאחר החלפת F, E = (k | q1|) / r2.
מקורות
- פיצפטריק, ריצ'רד. “שדות חשמליים.” אוניברסיטת טקסס באוסטין, 2007.
- לבנדובסקי, הת'ר וצ'אק רוג'רס. "שדות חשמליים." אוניברסיטת קולורדו בבולדר, 2008.
- ריצ'מונד, מייקל. “חוק טעינה חשמלית וחוק קולומב.” מכון טכנולוגי של רוצ'סטר.