Hepsi malzemeler elektronlar, protonlar ve nötronlar gibi atom altı parçacıkları içeren atomlardan oluşur. Bu atom altı parçacıklar, yüklü parçacıklar olarak da bilinir. Elektronlar negatif yüke sahipken, protonlar pozitif yüklüdür. Bir atom, proton sayısına kıyasla çok sayıda elektron içeriyorsa, negatif yüklü olduğu söylenir. Oysa bir atom, elektron sayısına kıyasla çok sayıda proton içeriyorsa, pozitif yüklü olduğu söylenir. Her elektrik yükünün kendisiyle ilişkili bir elektrik alanı vardır. Bir elektrik yükünün özelliklerinden biri Elektrik Alan Yoğunluğudur.
Elektrik Alan Yoğunluğu nedir?
Tanım: Elektrik yükü, elektronlar ve fotonlar gibi bir atomun atom altı parçacıkları tarafından taşınır. Bir elektronun yükü yaklaşık 1.602 × 10'dur.-19coulombs. Her yüklü parçacık, çevresinde elektrik kuvvetinin etkisinin hissedildiği bir boşluk yaratır. Yüklü parçacıkların etrafındaki bu boşluk, ' Elektrik alanı '. Ne zaman bir birim testi şarj etmek bu elektrik alanına yerleştirildiğinde, kaynak parçacığın yaydığı kuvveti deneyimleyecektir. Elektrik alanına yerleştirildiğinde birim yüklü bir parçacığın yaşadığı kuvvet miktarı Elektrik alan yoğunluğu olarak bilinir.
Elektrik Alan Yoğunluğu bir vektör miktarıdır. Hem büyüklüğü hem de yönü vardır. Kaynak yükün elektrik alanına maruz kalan test yükü, hareketsiz konumda olsa bile kuvvete maruz kalacaktır. Elektrik alan şiddeti kütleden bağımsızdır ve hız test şarj partikülünün. Sadece test şarjı partikülünde mevcut olan yük miktarına bağlıdır. Test yükü, pozitif yüklü bir parçacık veya negatif yüklü bir parçacık olabilir.
Elektrik alanının yönü, test şarj partikülü üzerindeki yük tarafından belirlenir. Elektrik alan yoğunluğunun yönünü elde etmek için test yükünün pozitif yük olduğu kabul edilir. Dolayısıyla, bu elektrik alanına pozitif bir test yükü parçacığı eklendiğinde, bir itme kuvveti yaşayacaktır. Böylece, elektrik alan şiddeti yükten uzağa doğru yönlendirilecektir. Negatif yüklü bir test yükü için ise, elektrik alan kuvveti için kuvvetin yönü, kaynak yük parçacığına doğru olacaktır.
Elektrik Alan Yoğunluğu Formülü
'Q' yüklü yüklü bir parçacığı ele alalım. Bu yüklü parçacık, çevresinde bir elektrik alanı oluşturur. Bu yüklü parçacık, elektrik alanının kaynağı olduğu için kaynak yükü olarak adlandırılır. Kaynak yük tarafından oluşturulan elektrik alanın gücü, elektrik alanına başka bir yük yerleştirilerek hesaplanabilir. Elektrik alan kuvvetini ölçmek için kullanılan bu harici yük parçacığına test yükü denir. Test ücretindeki ücretin 'q' olmasını sağlayın.
Elektrik Alan Yoğunluğu
Elektrik alanına bir test yükü yerleştirildiğinde, çekici bir elektrik kuvveti veya itici bir elektrik kaynağı yaşayacaktır. Kuvvet 'F' ile gösterilsin. Şimdi, elektrik alan kuvvetinin büyüklüğü 'test yükü üzerindeki yük başına kuvvet' olarak tanımlanabilir. Dolayısıyla, elektrik alan yoğunluğu 'E' şu şekilde verilir:
E = F / q —— Eqn1
Burada, kaynak yük partikülü üzerindeki yükten çok test şarj partikülü üzerindeki yük dikkate alınır. SI birimlerinde düşünüldüğünde, elektrik alan yoğunluğu birimleri coulomb başına Newton'dur. Elektrik alan yoğunluğu, test şarj partikülü üzerindeki yük miktarından bağımsızdır. Test şarj partikülünün yüküne bakılmaksızın kaynak yükün her yerinde aynı şekilde ölçülür.
Coulomb Yasasından
Elektrik alan yoğunluğu, elektrik alan şiddeti olarak da bilinir. Elektrik alan kuvveti formülü, Coulomb yasasından da çıkarılabilir. Bu yasa, parçacıkların yükleri ile aralarındaki mesafe arasındaki ilişkiyi verir. Burada iki yük 'q' ve 'Q' dur. Böylece, elektrik kuvveti 'F' şu şekilde verilir:
F = k.q.Q / diki
burada k orantılılık sabiti ve d, yükler arasındaki mesafedir. Bu denklem, denklem 1'deki kuvvetin yerine geçtiğinde, elektrik alan yoğunluğu formülü şu şekilde türetilir:
E = k. Q / diki
Yukarıdaki denklem, elektrik alan yoğunluğunun iki faktöre bağlı olduğunu gösterir - 'Q' kaynak yükü üzerindeki yük ve kaynak yükü ile test yükü arasındaki mesafe.
Bu nedenle, bir yükün elektrik alan yoğunluğu konuma bağlıdır. Kaynak yükü ile test yükü arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Mesafe arttıkça, elektrik alan kuvvetinin büyüklüğü veya elektrik alan yoğunluğu azalır.
Elektrik Alan Şiddeti Hesaplamaları
Elektrik alan yoğunluğu formülünden şu türetilmiştir:
- Kaynak ve test yükleri arasındaki mesafe ile ters orantılıdır.
- Kaynak ücretindeki 'Q' ücretiyle doğrudan orantılı.
- 'Q' test ücretindeki ücrete bağlı değildir.
Bu koşullar ters kare yasasına uygulandığında, d1 mesafesindeki elektrik alan şiddeti (E1) ile (d2) mesafesindeki elektrik alan şiddeti (E2) arasındaki ilişki şu şekilde verilir:
E1 / E2 = diki1 / günikiiki
Böylece mesafe 2 kat artırıldığında elektrik alan şiddeti 4 kat azalacaktır.
-1.6 × 10 yüke sahip bir parçacığa etki eden elektrik alan kuvvetini hesaplayın-19C elektrik kuvveti olduğunda 5,6 × 10onbeşN.
Burada F kuvveti ve 'q' yükü verilmiştir. Daha sonra elektrik alan kuvveti E şu şekilde hesaplanır: E = F / q
Böylece, E = 5,6 × 10onbeş/-1.6x10-19= -3,5 × 104N / C
Birim kg.m / s için kuvvet (newton) için boyutsal formülikiMLT-iki. Amper-sn için coulomb için boyutsal formül AT'dir. Dolayısıyla, elektrik alan şiddeti için boyutsal formül MLT'dir.-3KİME-1.
SSS
1). Elektrik alan nasıl tanımlanır?
Elektrik alanı, birim yük başına kuvvet olarak tanımlanır.
2). Orantılılık sabiti 'k' nin değeri nedir?
Coulomb yasasındaki orantılılık sabiti 'k' nin değeri 9.0 × 10'dur9N.miki/ Ciki.
3). Elektrik alan gücü, test şarjındaki yük miktarına mı bağlı?
Hayır, elektrik alan şiddeti 'q' miktarına bağlı değildir. Coulomb yasasına göre yük arttıkça elektrik kuvveti de aynı faktörde artar. Böylece, bu iki değişiklik birbirini iptal eder. Bu, elektrik alan kuvveti E = F / q formülü ile anlaşılabilir.
4). Pozitif yüklü test parçacığı kullanıldığında elektrik alan kuvvetinin yönü nedir?
Pozitif yüklü parçacık kullanıldığında, elektrik alan yoğunluk vektörü her zaman pozitif yüklü nesnelerden uzağa yönlendirilecektir. Çünkü hem kaynak yükü hem de test şarjı pozitif yüklü olduğundan birbirlerini iterler. Bu, partikülleri negatif olarak yükler için tam tersidir.
Bu nedenle, nokta şarjı birçok kaynak ücretin etkisi altına alındığında işler zorlaşır. Burada, başlangıçta, elektrik alanı bireysel kaynak ücretlerinin gücü hesaplanır. Daha sonra, tüm bu yoğunlukların vektörel toplamı, o nokta yükünde sonuç alan kuvvetini verir. Test yükü negatif olduğunda elektrik alan kuvvetinin yönü nedir?
