$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Het elektrische veld is fundamenteel voor het begrijpen van elektriciteit en interacties tussen ladingen en wordt nauw verbonden met belangrijke grootheden zoals elektrisch potentieel.
Elk geladen object genereert een elektrisch veld. De grootte van het veld is afhankelijk van de hoeveelheid lading op het object en de afstand van het object waar het veld wordt gemeten. Deze velden oefenen ook een kracht uit op andere nabije ladingen of materialen, wat interessante fenomenen veroorzaakt.
In deze video zullen we eerst de basisconcepten met betrekking tot elektrische velden herzien en vervolgens een experiment illustreren dat helpt bij het bestuderen van elektrische velden en de krachten die ladingen en materialen in een veld beïnvloeden. Ten slotte zullen we een paar toepassingen zien die elektrische velden in hun voordeel gebruiken.
Zoals eerder vermeld, produceert een geladen object een elektrisch veld in de omringende ruimte. Met behulp van de wet van Gauss kan worden aangetoond dat de grootte van het elektrische veld lineair evenredig is met de bronlading 'Q' en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand 'r' van de bronlading; en 'k' is de constante van Coulomb. Dus, verdubbeling van de bronlading resulteert in een verdubbeling van de veldsterkte. Terwijl verdubbeling van de meetafstand de veldsterkte met de helft vermindert.
Het elektrische veld geproduceerd door een geladen object kan worden gevisualiseerd met behulp van fictieve lijnen, de zogenaamde "elektrische veldlijnen". Deze lijnen zijn een verzameling pijlen getekend om zowel de grootte als de richting van het veld te visualiseren. Typisch zijn veldlijnen gericht weg van een positieve bronlading en naar een negatieve bronlading.
Het totale aantal veldlijnen geproduceerd door een geladen object vertegenwoordigt de hoeveelheid van de lading, terwijl de dichtheid van de lijnen op een bepaalde locatie in het veld de grootte op die locatie aangeeft. Daarom zijn de lijnen dicht bij een geladen bol, terwijl ze verder uit elkaar liggen op een grotere afstand van de bron.
De richting van het elektrische veld van een onbekende bronlading wordt bepaald door een testlading in de nabijheid van de bronlading te plaatsen en te observeren of de testlading wordt aangetrokken naar of afgestoten van de bronlading.
De grootte van deze kracht 'F' wordt gegeven door de wet van Coulomb, die stelt dat de kracht lineair evenredig is met de elektrische veldsterkte en de hoeveelheid lading op de testlading. Voor de richting: als de testlading positief is, is de richting van de kracht op de testlading dezelfde als het elektrische veld. Als de testlading echter negatief is, is de richting van de kracht tegenovergesteld aan die van het elektrische veld van de bronlading.
Elektrische velden kunnen ook een elektrische potentiaalverschil, of een spanningsval, langs de richting van het veld produceren. Dit fenomeen wordt in detail besproken in de video over Elektrisch Potentieel van deze collectie. Omgekeerd is het belangrijk op te merken dat elektrische velden ook worden gegenereerd door de toepassing van verschillende spanningen op twee gescheiden geleiders. In dit geval wijst de richting van het veld van de hogere spanning naar de lagere spanning.
Naast geladen objecten beïnvloeden elektrische velden ook materialen die ladingsneutraal zijn, zoals koperen draad. Alle neutrale materialen bestaan uit een enorme en gelijke hoeveelheid positieve en negatieve ladingen. Elektrische velden oefenen daarom een kracht uit op elk van deze ladingen; resulterend in een verplaatsing van grote verzamelingen ladingen in het materiaal. Dit kan resulteren in een effectieve scheiding van positieve en negatieve ladingen en staat bekend als "polarisatie".
In de volgende sectie zullen we zien hoe we de veldlijnen van het elektrische veld kunnen visualiseren dat wordt gegenereerd door de toepassing van spanningen op twee verschillende elektrodeconfiguraties. En in de sectie daarna zullen we het effect van elektrische krachten en het fenomeen van polarisatie zien met behulp van papier, bont, een acrylstaaf en een limonadeblik.
De demonstratie bestaat uit een elektrostatische generator, zoals een handmatige Static Genecon of een van der Graff generator, een paar elektroden gerangschikt in een concentrische cirkelconfiguratie, een paar elektroden gerangschikt parallel aan elkaar en een petrischaal of observatietank.
De observatietank is gevuld met een stroperige olie, zoals castorolie, en ongeveer een halve gram polariseerbaar poeder, zoals griesmeelzaadjes.
Laad de observatietank gevuld met de olie en poeder emulsie in zijn houder. Monteer vervolgens de plaat met de parallelle elektrodenconfiguratie op de houder. Verbind de elektroden met behulp van kabels naar de negatieve en positieve terminals van de elektrostatische generator.
Draai de draaiknop van de generator minstens 5 volledige omwentelingen, waardoor een potentiaalverschil tussen de twee geleiders wordt gecreëerd en een elektrisch veld wordt gevestigd. Omdat het toegevoegde poeder polariseerbaar is, zullen de poederspecken langzaam beginnen uit te lijnen met de elektrische veldlijnen.
Vervolgens, om de ladingen te neutraliseren, kortsluit u de positieve en negatieve terminals door een kabel tussen de terminals aan te sluiten. Wacht een paar seconden tot de lading is verdwenen, koppel de kortsluitingskabel los van de terminals. Vervolgens, verwijder de elektrodenplaat van de houder.
Monteer nu de plaat met de concentrische cirkel elektrodenconfiguratie op de houder. Meng de olie en het polariseerbare poeder in de observatietank door voorzichtig met de set-up te rollen.
Schakel de generator IN en draai hem minstens 5 volledige omwentelingen om een elektrisch veld tussen de twee geleiderringen te creëren. Het poeder tussen de ringen zal stralende lijnen vormen die aangeven dat de elektrische veldlijnen in dit gebied vergelijkbaar zijn met de elektrische veldlijnen van een puntlading in het centrum van de ringen. In tegenstelling daarmee bezit het poeder binnen de binnenste cirkel geen merkbare uitlijning, wat aangeeft dat er geen merkbaar elektrisch veld bestaat in dit gebied.
Laten we nu een experiment bespreken dat polarisatie en elektrische veldkrachten demonstreert. De veelgebruikte items voor deze demonstratie zijn een lege limonadeblik, een acrylstaaf, een stuk bont groot genoeg om rond de staaf te wikkelen, en een strook papier.
Plaats de lege limonade
