Rafsvið
Rafsvið lýsir því hvernig upprunahleðslur breyta rúminu umhverfis sig. Þegar sviðið er þekkt fæst krafturinn á hvaða prófhleðslu sem er strax. Þannig eru eiginleikar uppsprettanna aðskildir frá hleðslunni sem notuð er til að kanna sviðið.
Svið er kraftur á hverja jákvæða einingarhleðslu
Skilgreiningin er E⃗ = F⃗/q og því F⃗ = qE⃗. SI-einingin N C⁻¹ er jafngild V m⁻¹. Stefna E⃗ er skilgreind sem sú stefna sem jákvæð prófhleðsla myndi finna kraft í.
Neikvæð hleðsla finnur því kraft í gagnstæða stefnu við sviðið. Sviðið er eiginleiki uppsetningar upprunahleðslnanna og er til staðar hvort sem prófhleðsla er í punktinum eða ekki.
Rafsvið punktahleðslu
Stærð sviðs frá einangraðri punktahleðslu er E = k|Q|/r², þar sem k = 8,9875517923 × 10⁹ N m² C⁻². Tvöföld fjarlægð gefur því aðeins fjórðung af upphaflegum sviðsstyrk.
Formerki Q ræður stefnu: frá jákvæðri uppsprettu en að neikvæðri. Stærðarformúlan notar |Q|; formerkið kemur fram í stefnu vigursins.
Svið punktahleðslu
Samlagning: svið leggjast saman sem vigrar
Ef margar upprunahleðslur eru til staðar er sviðið frá hverri þeirra reiknað í athugunarpunktinum eins og hinar væru ekki til. Síðan eru sviðsvigrarnir lagðir saman eftir þáttum.
Samhverfa getur einfaldað verkefnið mikið. Ekki má leggja saman aðeins stærðir nema vigrarnir liggi á sömu línu og stefna þeirra sé tekin með réttu formerki.
Hvernig sviðslínur eru lesnar
Sviðslínur eru myndræn framsetning, ekki efnislegir þræðir. Þær byrja á jákvæðum hleðslum og enda á neikvæðum eða ná út í óendanleika. Rafsviðið er snertill við línuna og meiri línuþéttleiki táknar sterkara svið.
Sviðslínur skerast aldrei, því einn punktur getur ekki haft tvær ólíkar sviðsstefnur á sama tíma. Fjöldi teiknaðra lína er val; lögun, stefna og hlutfallslegur þéttleiki bera upplýsingarnar.
Svið, kraftar og hreyfing
Þegar E⃗ er þekkt er rafkrafturinn qE⃗ og hröðunin a⃗ = qE⃗/m ef aðrir kraftar eru hverfandi. Hleðslur með gagnstætt formerki geta því hraðast í gagnstæðar áttir í sama sviði.
Í rafstöðujafnvægi er rafsviðið inni í leiðandi efninu núll; annars héldu frjálsar hleðslur áfram að færast. Umframhleðsla sest á yfirborðið og sviðið rétt fyrir utan er hornrétt á það.
Leyst dæmi
1. Svið punktahleðslu
Finndu stærð rafsviðs 0,20 m frá +3,0 nC punktahleðslu.
Lausn
E = k|q|/r² = (8,99 × 10⁹)(3,0 × 10⁻⁹)/(0,20)² ≈ 674 N C⁻¹, frá jákvæðu hleðslunni.
2. Kraftur á prófhleðslu
−2,0 μC hleðsla er sett í einsleitt 300 N C⁻¹ svið sem vísar austur. Hver er krafturinn?
Lausn
|F| = |q|E = 2,0 × 10⁻⁶ × 300 = 6,0 × 10⁻⁴ N. Þar sem q er neikvætt vísar krafturinn vestur, á móti sviðinu.
3. Miðpunktur milli tveggja jafnra jákvæðra hleðslna
Hvert er heildarrafsviðið nákvæmlega mitt á milli tveggja jafnra jákvæðra punktahleðsla?
Lausn
Sviðin eru jafnsterk en gagnstefnd. Hvort svið fyrir sig er ekki núll, en þau eyða hvort öðru sem vigrar og því er Eheild = 0.