Linie sił pola elektrycznego
Interaktywne demo pokazujące zachowanie linii pola elektrycznego wokół ładunków dodatnich i ujemnych.
Prawo Coulomba mówi nam, że wartość siły, \( F \), wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Ładunki jednoimienne odpychają się, a różnoimienne przyciągają. Siła z jaką ciało 2 działa na ciało 1 może być wyrżona wzorem:
\[ \vec{F} = k_e \frac{q_1 q_2}{r_{21}^2} \hat{r}_{21} \]Gdzie, \( q_1 \) i \( q_2 \) to ładunki tych ciał, \( k_e \) to stała kulombowska, \( 8.987 \times 10^9 \textrm{N} \textrm{m}^2 \textrm{C}^{-2}\), \( r_{21} \) jest wartością wektora łączącego punkt 2 z 1, a \( \hat{r}_{21} \) to wektor jednostkowy o tym samym kierunku i zwrocie.
Gdy znamy siłę, możemy obliczyć natężenie pola elektrycznego. Jest to siła z jaką pole elektryczne działa na ładunek elektryczny, do wartości q tego ładunku.
\[ \vec{E} = \vec{F} / q \]Pole elektryczne jest często wizualizowane za pomocą linii sił pola, które można zobaczyć w interaktywnym demo u góry strony. Linie sił pola elektrycznego podlegają kilku zasadom
- Zawsze wskazują kierunek i zwrot natężenia pola elektrycznego w danym punkcie (w każdym punkcie linii wektor natężenia pola elektrycznego jest do niej styczny).
- Nigdy się nie krzyżują, ponieważ oznaczałoby to, że pole elektryczne wskazuje dwa różne kierunki w tym samym miejscu, co jest niemożliwe.
- Zawsze zaczynają się od ładunków dodatnich lub w nieskończoności.
- Zawsze kończą się na ładunkach ujemnych lub w nieskończoności.
- Liczba linii przechodzących przez jednostkową powierzchnię jest proporcjonalna do wartości natężenia pola. W symulacji, ładunek z +2 będzie miał dwa razy więcej linii wychodzących z niego niż z +1.
Powyższe demo pozwala zmienić wartość każdego ładunku punktowego. Możesz także przeciągać ładunek z prawej, aby zobaczyć, jak linie zachowują się po zmianie położenia.