O que é uma intensidade de campo elétrico: Fórmula e cálculos

Todos materiais são feitos de átomos que contêm partículas subatômicas, como elétrons, prótons e nêutrons. Essas partículas subatômicas também são conhecidas como partículas carregadas. Elétrons têm carga negativa, enquanto os prótons são carregados positivamente. Se um átomo contém um grande número de elétrons em comparação com o número de prótons, diz-se que ele tem carga negativa. Ao passo que se um átomo contém um grande número de prótons em comparação com o número de elétrons, diz-se que ele tem carga positiva. Cada carga elétrica tem um campo elétrico associado a ela. Uma das características de uma carga elétrica é a intensidade do campo elétrico.

O que é intensidade de campo elétrico?

Definição: A carga elétrica é transportada pelas partículas subatômicas de um átomo, como elétrons e fótons. A carga de um elétron é cerca de 1,602 × 10^-19coulombs. Cada partícula carregada cria um espaço ao seu redor no qual o efeito de sua força elétrica é sentido. Este espaço em torno das partículas carregadas é conhecido como “ Campo elétrico “. Sempre que um teste de unidade carregar for colocado neste campo elétrico, ele experimentará a força emitida pela partícula fonte. A quantidade de força experimentada por uma partícula carregada unitária quando ela é colocada no campo elétrico é conhecida como intensidade do campo elétrico.

A intensidade do campo elétrico é uma grandeza vetorial. Ele tem magnitude e direção. A carga de teste que está sujeita ao campo elétrico da carga da fonte experimentará força mesmo se estiver em uma posição de repouso. A intensidade do campo elétrico é independente da massa e velocidade da partícula de carga de teste. Depende apenas da quantidade de carga presente na partícula de carga de teste. A carga de teste pode ser uma partícula carregada positivamente ou uma partícula carregada negativamente.

A direção do campo elétrico é determinada pela carga na partícula de carga de teste. Para derivar a direção da intensidade do campo elétrico, a carga de teste é considerada uma carga positiva. Portanto, quando uma partícula de carga de teste positiva é introduzida neste campo elétrico, ela experimenta uma força de repulsão. Assim, a intensidade do campo elétrico será direcionada na direção oposta à carga. Considerando que para uma carga de teste carregada negativamente, a direção da força para a intensidade do campo elétrico será em direção à partícula de carga da fonte.

Fórmula de intensidade de campo elétrico

Vamos considerar uma partícula carregada com carga 'Q'. Essa partícula carregada cria um campo elétrico ao seu redor. Uma vez que essa partícula carregada é a fonte do campo elétrico, ela é chamada de fonte de carga. A intensidade do campo elétrico criado pela carga da fonte pode ser calculada colocando outra carga em seu campo elétrico. Essa partícula de carga externa que é usada para medir a intensidade do campo elétrico é chamada de carga de teste. Deixe a carga da carga de teste ser 'q'.

Intensidade de campo elétrico

Quando uma carga de teste é colocada no campo elétrico, ela experimenta uma força elétrica atrativa ou uma fonte elétrica repulsiva. Deixe a força ser denotada por 'F'. Agora, a magnitude da intensidade do campo elétrico pode ser definida como “a força por carga na carga de teste”. Assim, a intensidade do campo elétrico 'E' é dada como

E = F / q —— Eqn1

Aqui, a carga da partícula de carga de teste é considerada em vez da carga da partícula de carga da fonte. Quando consideradas em unidades do SI, as unidades de intensidade do campo elétrico são Newton por coulombs. A intensidade do campo elétrico é independente da quantidade de carga na partícula de carga de teste. É medido da mesma forma em toda a carga da fonte, independentemente da carga da partícula de carga de teste.

Da Lei de Coulomb

A intensidade do campo elétrico também é conhecida como intensidade do campo elétrico. A fórmula para a intensidade do campo elétrico também pode ser derivada da lei de Coulomb. Esta lei dá a relação entre as cargas das partículas e a distância entre elas. Aqui, as duas cargas são 'q' e 'Q'. Assim, a força elétrica 'F' é dada como

F = k.q.Q / d^dois

onde k é a constante de proporcionalidade ed é a distância entre as cargas. Quando esta equação é substituída por força na equação 1, a fórmula para a intensidade do campo elétrico é derivada como

E = k. Q / d^dois

A equação acima mostra que a intensidade do campo elétrico é dependente de dois fatores - a carga na carga da fonte 'Q' e a distância entre a carga da fonte e a carga de teste.

Assim, a intensidade do campo elétrico de uma carga depende da localização. É inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a carga da fonte e a carga de teste. Conforme a distância aumenta, a magnitude da intensidade do campo elétrico ou da intensidade do campo elétrico diminui.

Cálculos da intensidade do campo elétrico

A partir da fórmula da intensidade do campo elétrico, foi derivado que-

• É inversamente proporcional à distância entre a fonte e as cargas de teste.
• Diretamente proporcional à carga 'Q' na carga da fonte.
• Não depende da carga da carga de teste 'q'.

Quando essas condições são aplicadas à lei do inverso do quadrado, a relação entre a intensidade do campo elétrico (E1) na distância d1 e a intensidade do campo elétrico (E2) na distância (d2) é dada como-

E1 / E2 = d^dois1 / d^doisdois

Assim, quando a distância é aumentada pelo fator 2, a intensidade do campo elétrico diminui pelo fator 4.

Calcule a intensidade do campo elétrico atuando em uma partícula com carga -1,6 × 10^-19C quando a força elétrica é 5,6 × 10^-quinzeN.

Aqui, a força F e a carga 'q' são dadas. Então, a intensidade do campo elétrico E é calculada como E = F / q

portanto, E = 5,6 × 10^-quinze/-1,6x10^-19= -3,5 × 10⁴N / C

A fórmula dimensional da força (newton) para a unidade kg.m / s^doisé MLT^-dois. A fórmula dimensional de coulomb para amperes é AT. Assim, a fórmula dimensional para a intensidade do campo elétrico é MLT^-3PARA^-1.

FAQs

1). Como o campo elétrico é definido?

O campo elétrico é definido como a força por unidade de carga.

2). Qual é o valor da constante de proporcionalidade ‘k’?

O valor da constante de proporcionalidade 'k' na lei de Coulomb é 9,0 × 10⁹N.m^dois/ C^dois.

3). A intensidade do campo elétrico depende da quantidade de carga na carga de teste?

Não, a intensidade do campo elétrico não depende da quantidade “q”. De acordo com a lei de Coulomb, conforme a carga aumenta, a força elétrica também aumenta pelo mesmo fator. Assim, essas duas mudanças se anulam. Isso pode ser entendido pela fórmula da intensidade do campo elétrico, E = F / q.

4). Qual é a direção da força do campo elétrico quando a partícula de teste carregada positivamente é usada?

Quando a partícula de carga positiva é usada, o vetor de intensidade do campo elétrico sempre será direcionado para longe dos objetos carregados positivamente. Porque como a carga da fonte e a carga de teste são de carga positiva, elas se repelem. Este é o contrário para partículas de carga negativa.

Assim, as coisas ficam difíceis quando a carga pontual é colocada sob a influência de muitas cargas de origem. Aqui, inicialmente, o campo elétrico força de encargos de fonte individual são calculados. Então, a soma vetorial de todas essas intensidades dá a força do campo resultante naquela carga pontual. Qual é a direção da intensidade do campo elétrico quando a carga de teste é negativa?