Inizialmente, il concetto di campo potrebbe sembrare un po 'astratto. Cos'è questa misteriosa cosa invisibile che riempie lo spazio? Può sembrare qualcosa di appena uscito dalla fantascienza!

Ma un campo è in realtà solo un costrutto matematico, o un modo di assegnare un vettore ad ogni regione dello spazio che dà qualche indicazione di quanto sia forte o debole un effetto è in ogni punto.
Definizione del campo elettrico

Proprio come gli oggetti con massa creano un campo gravitazionale, gli oggetti con carica elettrica creano campi elettrici. Il valore del campo in un dato punto ti dà informazioni su cosa accadrà ad un altro oggetto quando posizionato lì. Nel caso del campo gravitazionale, fornisce informazioni su quale forza gravitazionale avvertirà un'altra massa.

Un campo elettrico è un campo vettoriale che assegna ad ogni punto nello spazio un vettore che indica la forza elettrostatica per unità di carica in quella posizione . Qualsiasi oggetto con carica genera un campo elettrico.

Le unità SI associate al campo elettrico sono Newton per Coulomb (N /C). E l'ampiezza del campo elettrico dovuta a una carica di sorgente punti Q
è data da:
E \u003d \\ frac {kQ} {r ^ 2}

Dove r
è la distanza tra la carica Q
e la costante di Coulomb k
\u003d 8.99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Per convenzione, la direzione del campo elettrico punta radialmente lontano da cariche positive e verso cariche negative. Un altro modo di pensarci è che punta sempre nella direzione in cui una carica di prova positiva si sposterebbe se piazzata lì.

Dato che il campo è forza per unità di carica, allora la forza su una carica di prova punto q
in un campo E
sarebbe semplicemente il prodotto di q
e E
:
F \u003d qE \u003d \\ frac {kQq} {r ^ 2}

Qual è lo stesso risultato dato dalla Legge di Coulomb per la forza elettrica.

Il campo in un dato punto a causa di molteplici cariche di sorgente o una distribuzione di carica è la somma vettoriale del campo dovuta a ciascuno "of the charges individually.", 3, [[Ad esempio, se il campo prodotto dalla carica di origine Q _{1
da solo in un determinato punto è 3 N /C a destra e il campo prodotto da una carica di fonte Q 2
da solo nello stesso punto è 2 N /C a sinistra, quindi il campo in quel punto a causa di entrambe le cariche sarebbe 3 N /C - 2 N /C \u003d 1 N /C a destra.
Linee di campi elettrici}

Spesso i campi elettrici sono rappresentati con linee continue nello spazio. I vettori di campo sono tangenti alle linee di campo in un dato punto e queste linee indicano il percorso che una carica positiva percorrebbe se si lasciasse muoversi liberamente nel campo.

Viene indicata l'intensità di campo o l'intensità di campo elettrico "by spacing of the lines.", 3, [[Il campo è più forte nei punti in cui le linee del campo sono più vicine tra loro e più deboli dove sono più sparse. Le linee del campo elettrico associate a una carica in punti positivi, sono simili alle seguenti:

(inserisci l'immagine del campo di carica in punti positivi)

Le linee di campo di un dipolo assomigliano a quelle di una carica in punti sul bordi esterni di un dipolo ma sono molto diversi tra loro:

(inserire l'immagine del campo di dipolo)
Le linee del campo elettrico possono mai incrociarsi?

Per rispondere a questa domanda, considera cosa accadrebbe se le linee di campo si sono incrociate.

Come accennato in precedenza, i vettori di campo sono sempre tangenti alle linee di campo. Se due linee di campo si incrociano, quindi nel punto di intersezione, ci sarebbero due diversi vettori di campo, ognuno rivolto in una direzione diversa.

Ma non può essere. Non puoi avere due diversi vettori di campo nello stesso punto nello spazio. Ciò suggerirebbe che una carica positiva collocata in questa posizione viaggerebbe in qualche modo in più di una direzione!

Quindi la risposta è no, le linee di campo non possono attraversare.
Campi e conduttori elettrici

In un conduttore, gli elettroni sono liberi di muoversi. Se all'interno di un conduttore è presente un campo elettrico, queste cariche si sposteranno a causa della forza elettrica. Nota che una volta che si muovono, questa ridistribuzione delle cariche inizierà a contribuire al campo netto.

Gli elettroni continueranno a muoversi finché esiste un campo diverso da zero all'interno del conduttore. Quindi, si muovono fino a quando non si sono distribuiti in modo tale da annullare il campo interno.

Per un motivo simile, qualsiasi carica netta applicata a un conduttore si trova sempre sulla superficie del conduttore. Questo perché simili cariche si respingeranno, distribuendosi uniformemente il più uniformemente e lontano possibile, ciascuna contribuendo al campo interno netto in modo tale che i loro effetti si annullino a vicenda.

Quindi, in condizioni statiche, il il campo all'interno di un conduttore è sempre zero.

Questa proprietà dei conduttori consente la schermatura elettrica. Cioè, poiché gli elettroni liberi in un conduttore si distribuiranno sempre in modo da annullare il campo all'interno, allora tutto ciò che è contenuto in una rete conduttiva sarà schermato da forze elettriche esterne.

Nota che le linee di campo elettrico entrano sempre e lasciare la superficie di un conduttore perpendicolarmente. Questo perché qualsiasi componente parallelo del campo farebbe muovere elettroni liberi sulla superficie, cosa che faranno fino a quando non ci sarà più campo netto in quella direzione.
Esempi di campi elettrici

Esempio 1: Cosa il campo elettrico è a metà strada tra una carica di +6 μC e una carica di +4 μC separati da 10 cm? Quale forza percepirebbe una carica di prova di +2 μC in questa posizione?

Inizia scegliendo un sistema di coordinate in cui l'asse positivo x
punta a destra e lascia che la carica di +6 μC si trovano all'origine mentre la carica di +4 μC si trova a x
\u003d 10 cm. Il campo elettrico netto sarà la somma vettoriale del campo dovuta alla carica +6 μC (che punterà a destra) e il campo dovuto alla carica +4 μC (che punterà a sinistra):
E \u003d \\ frac {(8.99 \\ times 10 ^ 9) (6 \\ times 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} - \\ frac {(8.99 \\ times 10 ^ 9) (4 \\ times 10 ^ {- 6 })} {0,05 ^ 2} \u003d 7,19 \\ times10 ^ 6 \\ text {N /C}

La forza elettrica percepita dalla carica di +2 μC è quindi:
F \u003d qE \u003d (2 \\ times10 ^ { -6}) (7.19 \\ times10 ^ 6) \u003d 14.4 \\ text {N}

Esempio 2: una carica di 0,3 μC è all'origine e una carica di -0,5μC è posta a x \u003d 10 cm. Trova una posizione in cui il campo elettrico netto è 0.

Innanzitutto, puoi utilizzare il ragionamento per determinare che non può essere tra le due cariche perché il campo netto tra loro sarà sempre essere diverso da zero e puntare a destra. Inoltre, non può essere a destra della carica di -,5 μC perché il campo netto sarebbe a sinistra e diverso da zero. Quindi deve essere alla sinistra della carica di 0,3 μC.

Lascia d
\u003d distanza alla sinistra della carica di 0,3 μC dove il campo è 0. Il l'espressione per il campo netto in d
è:
E \u003d - \\ frac {k (0.3 \\ text {μC})} {d ^ 2} + \\ frac {k (0.5 \\ text {μC })} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Ora risolvi per d,
prima annullando _k'_s:
- \\ frac {0.3 \\ text {μC }} {d ^ 2} + \\ frac {0.5 \\ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Quindi si moltiplica per sbarazzarsi dei denominatori, semplificare e creare una formula quadratica:
5d ^ 2 - 3 (0.1 + d) ^ 2 \u003d 2d ^ 2 - 0.6d - 0.03 \u003d 0

Risolvendo il quadratico si ottiene d
\u003d 0,34 m.

Quindi il il campo netto è zero in una posizione di 0,34 m a sinistra della carica di 0,3 μC.