電界とは定義、式、例

sakkmesterke /ゲッティイメージズ

風船をセーターにこすりつけると、風船が帯電します。この電荷のため、バルーンは壁にくっつくことができますが、同じようにこすった別のバルーンの横に置くと、最初のバルーンは反対方向に飛んでいきます。

重要ポイント: 電場

• 電荷は、電荷 (正または負) に応じて 2 つのオブジェクトを引き付けたり反発させたりする物質の特性です。
• 電界は、電荷が力を感じる荷電粒子または物体の周囲の空間領域です。
• 電場はベクトル量であり、電荷に向かってまたは電荷から離れる矢印として視覚化できます。線はポインティングとして定義されます 放射状に外側に 、正電荷から離れている、または 半径方向内側 、負電荷に向かって。

この現象は、電荷と呼ばれる物質の性質の結果です。電荷は電場を生成します。これは、他の荷電粒子または物体が力を感じる荷電粒子または物体の周囲の空間領域です。

電荷の定義

正または負の電荷は、2 つの物体を引き付けたり反発させたりする物質の特性です。オブジェクトが反対に帯電している場合 (正負)、それらは引き付けられます。それらが同様に帯電している場合 (正-正または負-負)、それらは反発します。

電荷の単位はクーロンであり、これは、によって運ばれる電気の量として定義されます。 電流 1秒間に1アンペア。

原子 の基本単位です。 案件 、次の 3 種類の粒子で構成されています。 電子 、 中性子 、 と 陽子 .電子と陽子自体は電気を帯びており、それぞれ負と正の電荷を持っています。中性子は帯電していません。

多くの物体は電気的に中性であり、総正味電荷はゼロです。電子または陽子のいずれかが過剰で、正味の電荷がゼロではない場合、物体は帯電していると見なされます。

電荷を定量化する 1 つの方法は、定数 e = 1.602 *10 を使用することです。^-19クーロン。最も小さい電子 負の電荷の量、電荷は -1.602 *10^-19クーロン。正電荷の最小量である陽子は、+1.602 *10 の電荷を持っています。^-19クーロン。したがって、10 個の電子は -10 e の電荷を持ち、10 個の陽子は +10 e の電荷を持ちます。

クーロンの法則

電荷はお互いに引きつけたり反発したりします。 力 お互いに。 2 つの点電荷 (空間内の 1 点に集中する理想化された電荷) 間の力は、次の式で表されます。 クーロンの法則 .クーロンの法則では、2 つの点電荷間の力の強さ、または大きさは次のようになります。 電荷の大きさに比例し、 反比例の 2つの電荷間の距離に。

数学的には、これは次のように与えられます。

F = (k|q₁q₂|)/r²

ここでq₁は最初の点の電荷、q₂は 2 点目の料金、k = 8.988 * 10⁹Nm²/C²はクーロン定数、r は 2 点電荷間の距離です。

技術的には実際の点電荷はありませんが、電子、陽子、およびその他の粒子は非常に小さいため、 近似した ポイントチャージで。

電場の公式

電荷は、電荷が力を感じる荷電粒子または物体の周囲の空間領域である電界を生成します。電場は空間のあらゆる点に存在し、別の電荷を電場に持ち込むことで観測できます。ただし、電荷が互いに十分に離れている場合、実用的な目的で電界をゼロに近づけることができます。

電場は ベクトル量 電荷に向かって、または電荷から遠ざかる矢印として視覚化できます。線はポインティングとして定義されます 放射状に外側に 、正電荷から離れている、または 半径方向内側 、負電荷に向かって。

電場の大きさは式 E = F/q で与えられます。ここで、E は電場の強さ、F は電気力、q は電場を感じるために使用される試験電荷です。

例: 2 点電荷の電場

2 点電荷の場合、F は上記のクーロンの法則によって与えられます。

• したがって、F = (k|q₁q₂|)/r²、ここで q₂として定義されます テストチャージ それは電界を感じるために使用されています。
• 次に、電場の式を使用して E = F/q を取得します。₂、q以来₂を試験料金と定めています。
• F を代入すると、E = (k|q₁|)/r².

ソース

• フィッツパトリック、リチャード。 電場 . テキサス大学オースティン校 、2007年。
• レヴァンドフスキ、ヘザー、チャック・ロジャース。電界。 コロラド大学ボルダー校 、2008年。
• リッチモンド、マイケル。 電荷とクーロンの法則 . ロチェスター工科大学。