Elektriskt Fält Kalkylator
Beräkna elektrisk fältstyrka från en punktladdning
Hur man Använder
- Ange storleken på laddningen
- Ange avståndet från laddningen
- Välj enheter för laddning och avstånd
- Klicka på beräkna för att se den elektriska fältstyrkan
- Granska kraften som skulle verka på en testladdning
Vad är ett Elektriskt Fält?
Ett elektriskt fält är ett fysikaliskt fält som omger elektriskt laddade partiklar och utövar kraft på andra laddade partiklar inom fältet. Det är ett grundläggande koncept inom elektromagnetism som hjälper oss att förstå hur laddningar interagerar på avstånd utan direkt kontakt.
Det elektriska fältet definieras som kraft per laddningsenhet: E = F/q. Det beskriver storleken och riktningen på den elektriska kraft som en testladdning skulle uppleva i fältet.
Formel för Elektriskt Fält
Det elektriska fältet på ett avstånd r från en punktladdning q ges av:
E = k × |q| / r²
Där:
- E = elektrisk fältstyrka (N/C eller V/m)
- k = Coulombs konstant (8,99 × 10⁹ N⋅m²/C²)
- q = källladdning (C)
- r = avstånd från laddningen (m)
Det elektriska fältet följer en omvänd kvadratisk lag, vilket betyder att det minskar med kvadraten på avståndet från laddningen.
Riktning på Elektriskt Fält
Riktningen på det elektriska fältet beror på tecknet på källladdningen:
- Positiv laddning: Fältet pekar radiellt utåt (bort från laddningen)
- Negativ laddning: Fältet pekar radiellt inåt (mot laddningen)
Detta innebär att en positiv testladdning skulle känna en frånstötande kraft från en positiv källladdning (i fältets riktning) och en attraktiv kraft från en negativ källladdning (motsatt till fältets riktning).
Elektriska Fältlinjer
Elektriska fältlinjer används för att visualisera elektriska fält. Viktiga egenskaper inkluderar:
- De börjar på positiva laddningar och slutar på negativa laddningar
- Densiteten av fältlinjer representerar fältstyrkan
- Fältlinjer korsar aldrig varandra
- De är tangentiella till riktningen på den elektriska kraften på en positiv testladdning
Fältlinjer ger en intuitiv visualisering av hur det elektriska fältet sprider sig i rymden omkring laddningar.
Tillämpningar av Elektriska Fält
- Kondensatorer: Energilagring baserat på elektriska fält mellan plattor
- Elektronkanoner: Används i CRT-skärmar och röntgenapparater
- Elektrostatiska avgasrensare: Luftreningsteknologi
- Van de Graaff-generatorer: Högspänningsgeneratorer som använder elektriska fält
- Partikelacceleratorer: Användning av elektriska fält för att accelerera laddade partiklar
- Bläckstråleskrivare: Laddning och avlänkning av bläckdroppar
- Pekskärmar: Detektering av fingerposition genom elektriska fältförändringar
Vanliga frågor
- Vad är skillnaden mellan elektriskt fält och elektrisk kraft?
- Den elektriska kraften (F) är den faktiska trycket eller dragningen på en laddning, mätt i Newton. Det elektriska fältet (E) är kraft per laddningsenhet (E = F/q), mätt i N/C. Det elektriska fältet är en egenskap hos rymden som berättar vilken kraft en laddning skulle uppleva där.
- Varför följer det elektriska fältet en omvänd kvadratisk lag?
- När du rör dig bort från en punktladdning sprider det elektriska fältet sig över ett allt större område. Eftersom arean på en sfär ökar med kvadraten på dess radie (4πr²), minskar fältstyrkan proportionellt (1/r²).
- Kan elektriskt fält existera i vakuum?
- Ja! Elektriska fält kan existera och sprida sig genom vakuum. Detta är en av de grundläggande upptäckterna inom elektromagnetism – laddningar interagerar genom det elektriska fält de skapar, inte genom direkt kontakt.
- Vad betyder det när den elektriska fältstyrkan är noll?
- När den elektriska fältstyrkan är noll på en punkt, skulle ingen elektrisk kraft verka på en testladdning placerad där. Detta inträffar vanligtvis vid punkter mellan lika motsatta laddningar, där deras fält upphäver varandra.
- Hur förhåller sig det elektriska fältet till den elektriska potentialen?
- Det elektriska fältet är gradienten för den elektriska potentialen: E = -dV/dr. Enkelt sagt pekar fältet från högt till lågt potentialet. Fältstyrkan säger dig hur snabbt potentialen förändras med avståndet.