שדה חשמלי

בפיזיקה, למרחב המקיף מטען חשמלי יש תכונה הנקראת שדה חשמלי. שדה זה מפעיל כוח על גופים הטעונים חשמלית. הרעיון של שדה חשמלי הוצע על ידי מייקל פאראדיי.
השדה החשמלי הוא בעל תכונות וקטוריות שנמדד על פי מערכת היחידות הבינלאומית ביחידות של ניוטון לקולון (N C−1), או באופן שקול, ביחידות של וולט למטר (V m−1) .


באלקטרוסטטיקה (כאשר כל המטענים אליהם מתייחסים נמצאים במנוחה) כיוון השדה עבור נקודה כלשהי במרחב מוגדר על ידי כיוון הכוח החשמלי המופעל על מטען בוחן חיובי המונח בנקודה זו. עוצמת השדה מוגדרת על ידי היחס בין גודלו של הכוח החשמלי המופעל על המטען המונח בנקודה זו לבין גודלו של המטען בנקודה. הרעיון הוא לבדוק את השפעת כלל המטענים במרחב על מטען הבוחן, באופן כזה שלמטען הבוחן אין השפעה על השדה הנמדד.
השדה החשמלי מוגדר ככוח על מטען הבוחן ליחידת מטען בוחן: 
\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}
כאשר:
הוא הכוח החשמלי הנתון על ידי חוק קולון.
הוא גודל המטען של "מטען בוחן".

שימו לב שכאשר q = +1 השדה החשמלי זהה בכיוון ובגודל לכוח המופעל על מטען הבוחן q. כלומר לבדוק שדה חשמלי בנקודה מסוימת אפשר לחשב את סכום הכוחות האלקטרוסטטיים הפועלים על מטען בוחן בגודל q =1 וזהו למעשה ערכו של השדה החשמלי באותה נקודה.


דוגמא - חישוב שדה חשמלי במרחק r ממטען נקודתי Q חיובי:

נתון מטען חשמלי נקודתי בגודל Q (חיובי), חשב את השדה החשמלי במרחק r מהמטען.

פתרון:

שדה חשמלי במרחק r ממטען נקודתי Q חיובי
שדה חשמלי במרחק r ממטען נקודתי Q חיובי
 

נציב מטען בוחן בגודל q = +1 במרחק r מ- Q ונבדוק מה גודל הכוח וכיוונו פועל על מטען הבוחן
ע"פ חוק קולון הכוח F הפועל על מטען בוחן q במרחק r ממטען Q הוא:


כיוון הכוח הוא על הציר המחבר בין Q ל- q בכיוון דחיה מאחר ושני המטענים חיוביים (המטען Q חיובי לפי הנתון, ו- q חיובי ע"פ הגדרת מטען הבוחן)

למציאת גודל השדה במרחק r נציב במשוואת הכוח F q = +1 ונקבל:


גודל השדה במרחק r מנקודה מטען Q הוא:

אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה