שדות חשמליים
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| field/fiːld/ | שדה |
| electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ | שדה חשמלי |
| test charge/test tʃɑːdʒ/ | מטען בדיקה |
| uniform/ˈjuːnɪfɔːm/ | אחיד |
כיצד מטען אחד מרגיש מטען אחר דרך ריק?
- מטען דוחף מטען אחר מרחוק, ללא כל נראות ביניהם.
- אנו מסבירים זאת באמצעות שדה: מטען ממלא את החלל סביבו בהשפעה.
- כל מטען אחר שהונח שם מרגיש כוח מהשדה המקומי.
- השדה הוא גורם הגשר שמעביר את הכוח החשמלי.
שדה = כוח ליחידת מטען
- שדה חשמלי בנקודה הוא הכוח ש$+1\ \text{C}$ טעינה בדיקה הייתה מרגיש שם.
- $\vec E = \dfrac{\vec F}{q}$, נמדד בניוטון לקולון (N/C).
- $E$ הוא וקטור: יש לו כיוון בכל נקודה.
- ברגע שמכירים את $E$, הכוח על כל טעינה הוא פשוט $\vec F = q\vec E$.
השדה החשמלי בנקודה נתונה הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\vec E = \vec F / q$ — הכוח שמטען חיובי יחיד היה מרגיש.
ברגע שידעתם את השדה $E$, הכוח על טעון $q$ הוא $F =$ ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\vec F = q\vec E$ — כפלו את השדה בטעון.
השדה של טעינה נקודתית
- טעינה נקודתית $Q$ יוצרת שדה $E = \dfrac{kQ}{r^2}$ במרחק $r$.
- הוא מצביע רחוק ממטען חיובי $Q$ וכלפי מטען שלילי $Q$.
- הוא החזק ביותר קרוב לטעינה וחולף ככל שה$1/r^2$.
- קווי שדה מראים את הכיוון; כשהם צפופים, השדה חזק יותר.
מיפוי השדה החשמלי של מטען
שנו את סימן וגודל המטען וצפו כיצד קווי השדה שלו מסודרים מחדש.
מצאו את השדה (ביחידות N/C) $3\ \text{m}$ ממקור טעון $+6\ \text{nC}$. השתמשו ב$k = 9\times10^9$.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$E = \dfrac{(9\times10^9)(6\times10^{-9})}{3^2} = \dfrac{54}{9} = 6\ \text{N/C}$.
קריאת קווי שדה
- הקווים מתחילים בטעינה חיובית ומסתיימים בטעינה שלילית.
- הם לעולם לא נחתכים — לשדה יש כיוון אחד בכל נקודה.
- קווים קרובים יותר משמעותם שדה חזק יותר.
- המשיק לקו נותן את הכיוון של $\vec E$ (וגם הכוח על מטען $+$).
שתי קווי שדה חשמלי יכולים לחצות נקודה כלשהי.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
קווים לעולם לא נחתכים — לשדה יש כיוון יחיד בכל נקודה.
בחרו את כל האמיתיות הנכונות לגבי קווי שדה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
קווים זורמים מ-+ ל-, צפופים במקומות בהם השדה חזק, ולעולם אינם נחתכים.
שדה אחיד
- בין שתי לוחות מקבילים גדולים השדה אחיד — זהה בכל מקום.
- הקווים ישרים, מרווחים באופן שווה ומצביעים מ$+$ ל$-$.
- שדה אחיד מספק כוח קבוע, ולכן טעינה נעה כמו פרויקטיאל.
- אנו נשתמש בתמונת השדה הקבוע הזה לקבלנים.
בין שתי פלטות מקבילות גדולות, השדה הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
פלטות מקבילות יוצרות שדה אחיד: קווים ישרים ומרווחים באופן שווה.
מצאו את השדה $2\ \text{cm}$ ממטעינה $+5\ \text{nC}$. השתמשו ב$k = 9\times10^9$.
- $E = \dfrac{kQ}{r^2} = \dfrac{(9\times10^9)(5\times10^{-9})}{(0.02)^2}$.
- $E \approx 1.1\times10^{5}\ \text{N/C}$, מכוון לחוצה מהטעינה.
השדה $\vec E$ קיים בכל מקרה — בין אם יש מטען בדיקה שם או לא; זו תכונה של המרחב שנוצרה על ידי המטען המקור. אל תאמרו "אין מטען, אין שדה": המקור עדיין ממלא את המרחב ב$E$.
השדה החשמלי הוא הכוח ליחידת מטען, $\vec E = \vec F / q$ (N/C), והוא וקטורי המכוון הרחק מ$+$ ואל ⟨$-$⟩. מטען נקודתי יוצר $E = kQ/r^2$; קווי שדה מראים את כיוונו, וקווים צפופים יותר מעידים על שדה חזק יותר.