campo elettrico

Il campo elettrico di un positivo (a sinistra) e negativo (a destra). Fonte: Wikimedia Commons

Qual è il campo elettrico?

Lui campo elettrico È la proprietà che gli oggetti carichi di influenza sullo spazio circostante, che è percepito da altri corpi caricati elettricamente. Ma, a differenza della forza elettrica tra i carichi, il campo elettrico dipende solo dal carico che lo produce.

Michael Faraday (1791-1867), un fisico inglese, ha creato il concetto di campo osservando che qualsiasi carica elettrica influenza lo spazio che lo circonda, in modo che non debba essere in contatto con un altro carico in modo che l'interazione si verifichi.

Non è nemmeno necessario che i carichi siano in un mezzo di materiale, poiché l'interazione può essere somministrata nel vuoto.

Per visualizzare la forma di un campo elettrico, supponiamo un carico specifico e positivo, chiamato +Q, la cui dimensione è così piccola che non è necessario tenere conto delle sue dimensioni. Il campo che produce è in grado di influire su altre cariche, come un altro carico di punti di prova positivo q_O.

Il carico di test è posizionato in diverse posizioni intorno a +Q, e per essere sia positiva, la forza che +Q esercita su Q_O È repulsione.

Disegnare la forza di forza sul carico Q_O In ogni punto dello spazio che occupa e rimuovendolo, c'è una serie di linee che emergono radialmente dal carico +Q (vedere l'immagine sopra, a sinistra).

Quando si ripete l'esperienza con un carico negativo - Q, anche le linee sono radiali, ma entrano a - Q. In entrambi i casi, le linee sono tangenti al campo elettrico vettoriale del carico, in uscita quando è positivo e in arrivo se è negativo.

Formula e unità

Se in una regione di spazio c'è un campo elettrico E, Una carica elettrica Q_O Esperienza, grazie a lui, una forza data da:

Può servirti: errore casuale: formula ed equazioni, calcolo, esempi, esercizi

F = Q_OE

Affinché:

L'unità di campo elettrico nel sistema internazionale di unità è Newton/Coulomb, che è abbreviata N/C. È anche comune esprimere il campo elettrico in termini di grandezza scalare chiamata potenziale elettrico, nel qual caso il campo per il campo è il volt/metro (v/m).

Il campo elettrico di un carico puntuale

Campo E è prodotto da un oggetto con carico q. Rendere il carico di prova molto piccolo, cioè fare Q_O tendono a 0, il vettore E È:

Con F_O La forza tra Q e Q_O.

L'intenzione quando si prende il limite è di rendere il carico di prova abbastanza piccolo in modo che il suo campo non modifichi quello che vuole calcolare.

Se ciò che è un onere puntuale, secondo la legge di Coulomb, la forza tra le accuse Q e Q_O, Entrambi separati una distanza r, è dato da:

In questa equazione, K è la costante elettrostatica e il vettore dell'unità nella direzione della linea che unisce Q e Q e Q_O È:

Sostituire questa espressione nella definizione di campo, si ottiene:

 In modo che il campo E, prodotto dal carico puntuale Q al punto P, è:

Così, E Non dipende dal carico di prova, ma dal carico che lo produce. IL grandezza del campo è direttamente proporzionale all'entità del carico e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra il carico e il punto P.

E come affermato all'inizio, il indirizzo Dal campo è radiale e la direzione è in uscita al carico quando è positiva e in arrivo quando è negativa.

Intensità del campo elettrico

Il campo elettrico è vettore e la sua intensità si riferisce al suo modulo o alla grandezza, che è indicato senza grassetto. Per un carico puntuale, l'intensità del suo campo elettrico è semplicemente:

Può servirti: dilatazione superficiale: formula, coefficienti ed esempi

 E per essere il modulo di un importo, è sempre positivo.

Ad esempio, l'intensità del campo elettrico prodotto da un carico Q = - 4.3 μC (μC legge "Microcoulomb" ed è equivalente alla milionesimo di un Coulomb), a una distanza di 2 cm dal carico, è:

Si noti che la distanza di 2 cm è diventata contatori, moltiplicando per la potenza 10⁻², Poiché la costante elettrostatica è in unità se. E sebbene il carico sia negativo, l'intensità del campo che produce è sempre positiva, ma il vettore del campo elettrico è in arrivo al carico, come precedentemente spiegato.

Esempi di campo elettrico

1. Campo elettrico di una distribuzione discreta dei carichi

Si chiama un insieme di addebiti specifici Distribuzione del carico discreto. In tal caso, il campo elettrico risultante nel punto P viene calcolato applicando il Principio di sovrapposizione, che è il vettore di somma del campo che ciascuno dei carichi produce in p:

E_netto = E₁ + E₂ + E₃ +..

L'immagine seguente mostra una distribuzione composta da cinque carichi specifici e il campo elettrico che ciascuno produce nel punto P:

Campo elettrico al punto P, a causa di una distribuzione discreta dei carichi

• I carichi q₃ e q₅ Sono negativi e il campo che producono è in arrivo per loro. Si distinguono in blu.
• Da parte sua, i carichi Q₁, Q₂ e q₄ Sono positivi, creando un campo saliente in rosso.

2. Campo elettrico di una distribuzione continua di carichi

Una distribuzione del carico continuo è costituita da un oggetto esteso, caricato elettricamente, come quello mostrato nella figura seguente. Poiché l'oggetto ha dimensioni apprezzabili, il campo che una parte del corpo produce in P è significativamente diverso da quello che ne produce un altro (o il più vicino) di P.

Può servirti: leggi Kirchhoff

Supponiamo che venga presa una piccola carica elettrica di detto oggetto, chiamato DQ e presunto positivo, che produce in P un piccolo contributo al campo elettrico totale. Questo contributo è un differenziale del vettore di campo elettrico dE.

Poiché il carico DQ è molto piccolo, il suo campo è simile a quello di un carico puntuale, quindi l'equazione può essere applicata prima di vedere:

Per calcolare il campo elettrico di un oggetto esteso, è integrato sopra tutto il suo volume. La densità di carico (carico per unità di volume) è indicata come ρ

Per ottenere il campo totale dell'oggetto al punto P, vengono aggiunti i contributi di tutto il DQ che può essere preso sull'oggetto. Questo porta all'integrale:

Esercizio risolto

Un carico puntuale Q = 2.0 × 10⁻⁸ C è posto in un punto p all'interno di un campo elettrico, in cui sperimenta una forza ascendente di grandezza 4.0 × 10⁻⁶ N. Calcolare:

a) Il campo elettrico in p

b) la forza su un carico q = −1.0 × 10⁻⁸ C situato in p.

Soluzione a

Essere l'entità del campo elettrico in cui viene posizionato il carico. In virtù di questo campo, questo carico sperimenta la forza verso l'alto della grandezza F, in modo che:

F = q ∙ e

COSÌ:

E = f /q = 4.0 × 10^-6 N/ 2.0 × 10^-8 C = 200 N/C.

Essere positivi l'onere, la forza e il campo hanno la stessa direzione e significato.

Soluzione b

L'entità della forza che agisce su ciò che è:

Quando questo onere è negativo, la forza e il campo hanno la stessa direzione, ma i sensi opposti.

Riferimenti

1. Bauer, w. 2011. Fisica per ingegneria e scienze. Volume 2. Mc Graw Hill. 
2. Potenziale campo e elettrico di un carico puntuale. Estratto da: SC.Ehu.È.
3. Resnick, r. (1999). Fisico. Vol. 1. 3a ed. in spagnolo. Azienda editoriale continentale S.A. di c.V.
4. Sears, z. (2016). Fisica universitaria con fisica moderna. 14 °. Ed. Volume 1. Pearson.
5. Fisica universitaria. Campo elettrico. Vol. 2. Estratto da: OpenStax.org.