• מהו שדה חשמלי?
• היסטוריה של השדה החשמלי
• יחידות של שדה חשמלי
• נוסחת שדה חשמלי
• עוצמת שדה חשמלי
• דוגמה לשדה חשמלי

אנו מסבירים מהו שדה חשמלי, ההיסטוריה של גילויו, כיצד נמדדת עוצמתו ומהי הנוסחה שלו.

שדה חשמלי הוא אזור במרחב שהשתנה על ידי מטען חשמלי.

מהו שדה חשמלי?

שדה חשמלי הוא שדה פיזי או אזור של חלל המקיים אינטראקציה עם מטענים חשמליים או גופים הנטענים על ידי כוח חשמלי. ייצוג שלו באמצעות אדֶגֶם מתאר את האופן שבו גופים ומערכות שונים בעלי אופי חשמלי מתקשרים איתו.

נאמר במונחים פיזיקליים, זהו שדה וקטור שבו א מטען חשמלי נתון (q) סובל מהשפעות של כוח חשמלי (F).

שדות חשמליים אלה יכולים להיות תוצאה של נוכחות של מטענים חשמליים, או של שדה מגנטי משתנים, כפי שהדגימו ניסויים של המדענים הבריטים מישל פאראדיי וג'יימס סי מקסוול.

מסיבה זו, שדות חשמליים, בנקודות מבט פיזיקליות עכשוויות, נחשבים לצד שדות מגנטיים ליצירת שדות אלקטרומגנטיים.

לפיכך, שדה חשמלי הוא אותו אזור בחלל שעבר שינוי על ידי נוכחות של מטען חשמלי. אם המטען הזה חיובי, הוא יוצר קווי שדה חשמליים ש"עולים" במטען ומתרחבים החוצה בכיוון רדיאלי. אם, לעומת זאת, המטען שלילי, קווי השדה "מתים" על המטען. אם מטען מתקרב לאזור החלל שבו קיים שדה חשמלי, הוא יחווה כוח חשמלי עם a כתובת ומשמעות.

היסטוריה של השדה החשמלי

מושג השדה החשמלי הוצע לראשונה על ידי מישל פאראדיי, הנובע מהצורך להסביר את פעולת הכוחות החשמליים ממרחק. תופעה זו הייתה המפתח בהדגמתו של אינדוקציה אלקטרומגנטית בשנת 1831, ובכך אימתה את הקשרים בין מַגנֶטִיוּת יחַשְׁמַל.

תרומה מאוחרת יותר לשדה החשמלי הייתה זו של ג'יימס מקסוול, שמשוואותיו תיארו היבטים מרובים של הדינמיקה החשמלית של שדות אלה, במיוחד בהיבטיהם. תורת השדה האלקטרומגנטי הדינמי.

יחידות של שדה חשמלי

שדות חשמליים אינם ניתנים למדידה ישירה, עם כל סוג של מכשיר. אבל אפשר לראות את השפעתו על עומס שנמצא בקרבתו, כלומר אפשר למדוד את כּוֹחַ פועל על העומס (עוצמה). ניוטון / קולומב (N / C) משמשים עבור זה.

נוסחת שדה חשמלי

המשוואה המקשרת בין שדה חשמלי E לכוח שהוא מפעיל על מטען q ניתנת על ידי המשוואה הבאה:

F = qE

כאשר F הוא הכוח החשמלי שפועל על המטען החשמלי q המוכנס לשדה בעוצמה E. שימו לב שגם F וגם E הם גדלים וקטוריים, שניחנו בתחושה ובכיוון.

משם, ניתן להתקדם מתמטית על ידי שילוב חוק קולומב, משיג כי E = F / q = 1 / 4πϵ0 = (qi / r2) .ȓi, כאשר ȓi הם וקטורי היחידה המסמנים את כיוון הישר המאחדים כל אחד מהם. טעינת צ'י עם כל מטען q.

עוצמת שדה חשמלי

המטען החשמלי החיובי יוצר שדה חשמלי כלפי חוץ ואת השדה החשמלי השלילי כלפי פנים.

עוצמת השדה החשמלי היא גודל וקטור המייצג את הכוח החשמלי F הפועל על מטען נתון בכמות מדויקת של ניוטון/קולומב (N/C).גודל זה נקרא לעתים קרובות פשוט "שדה חשמלי", מכיוון שלא ניתן למדוד את השדה עצמו, אלא את השפעתו על מטען נתון.

כדי לחשב אותו, משתמשים בנוסחה F = q.E, תוך התחשבות שאם המטען חיובי (q> 0), לכוח החשמלי יהיה סימן זהה לשדה ו-q ינוע באותו כיוון; ואילו אם המטען שלילי (q <0), הכל יקרה הפוך.

דוגמה לשדה חשמלי

דוגמה פשוטה לחישוב עוצמת שדה חשמלי היא:

אם נכניס מטען חשמלי של 5 × 10-6 C לשדה חשמלי הפועל בכוח של 0.04 N, באיזו עוצמה פועל השדה הזה?

יישום הנוסחה E = F / q, יש לנו ש-E = 0.04 N / 5 × 10-6 C = 8,000 N / C.