Todos materiales están formados por átomos que contienen partículas subatómicas como electrones, protones y neutrones. Estas partículas subatómicas también se conocen como partículas cargadas. Electrones tienen una carga negativa mientras que los protones tienen carga positiva. Si un átomo contiene una gran cantidad de electrones en comparación con la cantidad de protones, se dice que tiene carga negativa. Mientras que si un átomo contiene una gran cantidad de protones en comparación con la cantidad de electrones, se dice que tiene carga positiva. Cada carga eléctrica tiene un campo eléctrico asociado. Una de las características de una carga eléctrica es la intensidad del campo eléctrico.
¿Qué es la intensidad del campo eléctrico?
Definición: La carga eléctrica es transportada por las partículas subatómicas de un átomo, como los electrones y los fotones. La carga de un electrón es de aproximadamente 1,602 × 10-19culombios. Cada partícula cargada crea un espacio a su alrededor en el que se siente el efecto de su fuerza eléctrica. Este espacio alrededor de las partículas cargadas se conoce como ' Campo eléctrico “. Siempre que una prueba unitaria cargo se coloca en este campo eléctrico experimentará la fuerza emitida por la partícula fuente. La cantidad de fuerza experimentada por una partícula cargada unitaria cuando se coloca en el campo eléctrico se conoce como intensidad de campo eléctrico.
La intensidad del campo eléctrico es una cantidad vectorial. Tiene magnitud y dirección. La carga de prueba que se somete al campo eléctrico de la carga fuente experimentará fuerza incluso si está en una posición de reposo. La intensidad del campo eléctrico es independiente de la masa y velocidad de la partícula de carga de prueba. Solo depende de la cantidad de carga presente en la partícula de carga de prueba. La carga de prueba puede ser una partícula cargada positivamente o una partícula cargada negativamente.
La dirección del campo eléctrico está determinada por la carga en la partícula de carga de prueba. Para derivar la dirección de la intensidad del campo eléctrico, la carga de prueba se considera una carga positiva. Entonces, cuando se introduce una partícula de carga de prueba positiva en este campo eléctrico, experimentará una fuerza de repulsión. Por tanto, la intensidad del campo eléctrico se dirigirá en la dirección opuesta a la carga. Mientras que para una carga de prueba con carga negativa, la dirección de la fuerza para la intensidad del campo eléctrico será hacia la partícula de carga fuente.
Fórmula de intensidad de campo eléctrico
Consideremos una partícula cargada con carga 'Q'. Esta partícula cargada crea un campo eléctrico a su alrededor. Dado que esta partícula cargada es la fuente del campo eléctrico, se denomina carga fuente. La fuerza del campo eléctrico creado por la carga de la fuente se puede calcular colocando otra carga en su campo eléctrico. Esta partícula de carga externa que se utiliza para medir la intensidad del campo eléctrico se denomina carga de prueba. Sea 'q' la carga de la carga de prueba.
Intensidad del campo eléctrico
Cuando se coloca una carga de prueba en el campo eléctrico, experimentará una fuerza eléctrica atractiva o una fuente eléctrica repulsiva. Sea la fuerza denotada por 'F'. Ahora, la magnitud de la intensidad del campo eléctrico se puede definir como 'la fuerza por carga en la carga de prueba'. Por tanto, la intensidad del campo eléctrico 'E' se da como
E = F / q —— Eqn1
Aquí, se considera la carga de la partícula de carga de prueba en lugar de la carga de la partícula de carga fuente. Cuando se considera en unidades SI, las unidades de intensidad del campo eléctrico son Newton por culombio. La intensidad del campo eléctrico es independiente de la cantidad de carga en la partícula de carga de prueba. Se mide de la misma manera alrededor de la carga de la fuente independientemente de la carga de la partícula de carga de prueba.
De la ley de Coulomb
La intensidad del campo eléctrico también se conoce como intensidad del campo eléctrico. La fórmula de la intensidad del campo eléctrico también se puede derivar de la ley de Coulomb. Esta ley da la relación entre las cargas de las partículas y la distancia entre ellas. Aquí, los dos cargos son 'q' y 'Q'. Por tanto, la fuerza eléctrica 'F' se da como
F = k.q.Q / d2
donde k es la constante de proporcionalidad yd es la distancia entre las cargas. Cuando esta ecuación se sustituye por la fuerza en la ecuación 1, la fórmula para la intensidad del campo eléctrico se deriva como
E = k. Q / d2
La ecuación anterior muestra que la intensidad del campo eléctrico depende de dos factores: la carga de la carga fuente 'Q' y la distancia entre la carga fuente y la carga de prueba.
Por tanto, la intensidad del campo eléctrico de una carga depende de la ubicación. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la carga de la fuente y la carga de prueba. A medida que aumenta la distancia, la magnitud de la intensidad del campo eléctrico o la intensidad del campo eléctrico disminuye.
Cálculos de intensidad de campo eléctrico
De la fórmula de la intensidad del campo eléctrico, se derivó que-
- Es inversamente proporcional a la distancia entre la fuente y las cargas de prueba.
- Directamente proporcional a la carga 'Q' en la carga de la fuente.
- No depende de la carga de la carga de prueba 'q'.
Cuando estas condiciones se aplican a la ley del cuadrado inverso, la relación entre la intensidad del campo eléctrico (E1) a una distancia d1 y la intensidad del campo eléctrico (E2) a la distancia (d2) se da como:
E1 / E2 = d21 / día22
Por lo tanto, cuando la distancia aumenta en un factor de 2, la intensidad del campo eléctrico disminuirá en un factor de 4.
Calcule la intensidad del campo eléctrico que actúa sobre una partícula con carga -1,6 × 10-19C cuando la fuerza eléctrica es 5.6×10-15NORTE.
Aquí, se dan la fuerza F y la carga 'q'. Entonces, la intensidad del campo eléctrico E se calcula como E = F / q
por lo tanto, E = 5,6 × 10-15/-1.6×10-19= -3.5×104CAROLINA DEL NORTE
La fórmula dimensional de la fuerza (newton) para la unidad kg.m / s2es MLT-2. La fórmula dimensional del culombio para amperios-seg es AT. Por lo tanto, la fórmula dimensional para la intensidad del campo eléctrico es MLT-3A-1.
Preguntas frecuentes
1). ¿Cómo se define el campo eléctrico?
El campo eléctrico se define como la fuerza por unidad de carga.
2). ¿Cuál es el valor de la constante de proporcionalidad 'k'?
El valor de la constante de proporcionalidad 'k' en la ley de coulomb es 9.0 × 109Nuevo Méjico2/C2.
3). ¿Depende la intensidad del campo eléctrico de la cantidad de carga de la carga de prueba?
No, la intensidad del campo eléctrico no depende de la cantidad “q”. Según la ley de coulomb, a medida que aumenta la carga, la fuerza eléctrica también aumenta en el mismo factor. Por tanto, estos dos cambios se anulan entre sí. Esto se puede entender por la fórmula de la intensidad del campo eléctrico, E = F / q.
4). ¿Cuál es la dirección de la intensidad del campo eléctrico cuando se usa la partícula de prueba cargada positivamente?
Cuando se usa la partícula de cargas positivas, el vector de intensidad del campo eléctrico siempre se dirigirá en dirección opuesta a los objetos con carga positiva. Debido a que tanto la carga de la fuente como la carga de prueba son de carga positiva, se repelen entre sí. Esto es al revés para las partículas con carga negativa.
Por lo tanto, las cosas se ponen difíciles cuando la carga puntual se coloca bajo la influencia de muchas cargas fuente. Aquí, inicialmente, el campo electrico Se calcula la fuerza de los cargos de fuentes individuales. Entonces, la suma vectorial de todas estas intensidades da la fuerza de campo resultante en ese punto de carga. ¿Cuál es la dirección de la intensidad del campo eléctrico cuando la carga de prueba es negativa?
