Elektriska fält Flashcards
Laddning (Q)
Laddning är en grundläggande egenskap hos materia som bestämmer hur den interagerar med elektriska fält. Laddning mäts i coulomb (C).
Bevarandeprincip: Laddning kan överföras men aldrig skapas eller förstöras.
Ex: Protoner har positiv laddning (+e), medan elektroner har negativ laddning (-e).
Positiv laddning
Laddning som repellerar andra positiva laddningar och attraherar negativa. Elektriska fält pekar bort från positiva laddningar.
o Ex: Protoner i atomkärnor, eller när ett objekt förlorar elektroner.
Negativ laddning
Laddning som repellerar andra negativa laddningar och attraherar positiva. Elektriska fält pekar mot negativa laddningar.
o Ex: Elektroner eller objekt som tagit upp extra elektroner.
Elektriskt fält (E)
Område där laddningar påverkas av en kraft, mätt i volt per meter (V/m):
E = F / Q
o Styrka: Beror på laddningens storlek och avstånd.
o Riktning: Fält pekar från positiva laddningar och mot negativa.
o Nyckelfunktion: Påverkar laddade partiklar, skapar rörelse och energiomvandling.
Elektriska fältlinjer:
Visualiserar riktning och styrka i ett elektriskt fält.
o Går från positiva till negativa laddningar.
o Ju tätare linjer, desto starkare fält.
o Linjer korsar aldrig.
Elektrisk fältstyrka (E)
Elektrisk fältstyrka vid en viss punkt beräknas som:
E = F / Q
Där F är kraften i newton (N) och Q är laddningen i coulomb (C).
Homogena elektriska fält
Ett homogent elektriskt fält har konstant styrka och riktning.
* Exempel: Ett homogent elektriskt fält finns mellan två parallella laddade plattor.
* Formel för fältstyrka:
E = U / d
Där U är spänningen mellan plattorna och d är avståndet mellan dem.
Elektrisk kraft (F)
En laddning Q i ett elektriskt fält E påverkas av en kraft som beräknas som:
F = Q × E
Acceleration i elektriskt fält
En partikel med massa m accelererar enligt Newtons andra lag:
a = F / m = (Q × E) / m
* För elektroner:
a = (e × E) / m_e
Där e är elektronens laddning och m_e är elektronens massa.
Kaströrelse i homogena fält
En laddad partikel som rör sig genom ett homogent fält med initial hastighet i en riktning upplever:
* X-led (uniform rörelse): Konstant hastighet:
v_x = v_0
* Y-led (accelererad rörelse): Acceleration på grund av fältet:
a_y = (e × E) / m_e
* Resultat: Partikeln följer en parabelbana
Elektrisk potentialenergi (U ⋅ Q)
Den elektriska potentialenergin för en laddning Q i ett elektriskt fält med spänningen U beräknas som:
W = U × Q
Kinetisk energi och energiomvandling
När en laddning accelereras i ett elektriskt fält omvandlas elektrisk energi till kinetisk energi. Formeln för kinetisk energi är:
(1/2)mv² = U × Q
Där m är massan och v är hastigheten.
Arbete i fält
Det arbete som krävs för att flytta en laddning Q i ett elektriskt fält över ett avstånd d beräknas som:
W = Q × E × d
Där E är den elektriska fältstyrkan och d är avståndet som laddningen flyttas.
Proportionalitet Homogena fält
Fältstyrkan E är omvänt proportionell mot avståndet d:
E ∝ 1 / d
Fältstyrkan ökar när avståndet d minskar (vid konstant spänning U).
Proportionalitet punktladdningar
Fältstyrkan E är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet r från laddningen:
E ∝ 1 / r²
Fältstyrkan minskar kvadratiskt med avståndet r från laddningen.
Kombinerade fält
Om flera laddningar är närvarande, summeras fältstyrkorna vektoriellt. Resultanten avgör hur en testladdning rör sig.
Elektriska dipoler
Ett par av lika stora men motsatta laddningar separerade av ett avstånd. Elektriska fältet kring en dipol är asymmetriskt och minskar snabbare med avståndet än för en punktladdning.
