charge = sarcina
Haideti sa ne imaginam de data aceasta ca in loc de doua sarcini electrice, avem doar una singura care se afla in spatiu. Aceasta este sarcina noastra, pe care o vom nota cu Q. Aceasta sarcina reprezinta un numar, oricare ar fi el, iar eu vreau sa aflu ce s-ar intampla daca as pune o alta sarcina in sfera de influenta a lui Q, ce s-ar intampla cu acea sarcina? Care va fi impactul dintre cele doua? Stim deja ca daca alaturam doua sarcini, ambele de 1 Coulomb, deci ambele pozitive, acestea se vor respinge, deci va exista o forta intre ele. Daca sarcina este negativa si o pun aici, forta dintre ele va fi chiar si mai puternica pentru ca ar fi mai apropiate. De obicei, fizica ne spune ca in jurul unei sarcini electrice se creeaza un camp electric, dar ce este acesta? Putem sa aducem argumente pro si contra daca el exista intr-adevar, dar el ne permite de fapt sa ne imaginam cum sarcina electrica afecteaza spatiul din jurul ei, in asa fel incat oriunde as plasa-o, se creeaza un camp si oriunde as pune sarcina in cadrul acelui camp, pot banui cum ar putea fi afectata de catre acesta.
Voi incepe sa folosesc cantitati pentru a nu te deruta prea mult. Deci, legea lui Coulomb ne-a spus deja ca forta dintre doua sarcini va fi egala cu constanta lui Coulomb ori prima sarcina, care in cazul nostru este Q (mare), iar cea de-a doua sarcina pe care o voi pune in interiorul campului este q (mic), totul impartit la distanta dintre ele. Uneori se noteaza cu r, facandu-se referire la distanta ca la o distanta radiala dintre cele doua sarcini, iar uneori este r la patrat, dar aceasta nu este decat diferenta dintre ele. Daca vrem sa calculam campul, trebuie sa aflam cata forta are fiecare sarcina in orice punct in jurul lui Q, hai sa alegem acest punct, distanta asta. Avand aceasta distanta, ce forta vom avea? Putem sa luam aceasta ecuatie si sa impartim ambele parti la 1, imediat sa schimb si culoarea. Forta fiecarei sarcinii in momentul asta, sa o notam cu d1, este egala cu constanta lui Coulomb inmultita cu sarcina particulei care genereaza campul, impartit la d1, in acest caz, d1 la patrat, nu? Am putea chiar sa spunem ca aceasta este definitia campului electric. Ei bine, acesta este campul electric in punctul d1, iar daca am vrea o definitie mai generala a acestuia, trebuie sa facem ecuatia general variabila, deci in loc sa avem o distanta anume, vom defini campul pentru toate distantele din punctul Q. Deci, campul electric ar putea fi definit drept constanta lui Coulomb ori sarcina care genereaza campul, totul impartit la distanta la patrat, distanta de la care ne aflam fata de sarcina. In principiu, am reusit sa dam o definitie; daca imi dai o forta si un punct oriunde in jurul sarcinii, iti pot spune acum forta exacta. De exemplu, daca as avea o sarcina de -1 Coulombi, iar distanta ar fi egala cu, sa zicem, 2 metrii. In primul rand, trebuie sa ne gandim, fata de ce se afla campul electric la 2m? Ce intindere are campul electric? Este de 2m, nu? Este o distanta radiala, deci se intinde in interiorul acestui cerc imaginar. Deci cu cat va fi egal campul electric? Stim ca este o cantitate vectoriala pentru ca o impartim la o sarcina electrica, care este o cantitate scalara. In aceasta situatie, campul electric va fi egal cu k ori sarcina electrica, oricare ar fi ea, totul impartit la distanta la patrat, 2 metrii la patrat, adica 4. Daca as avea situatia in care stiu campul electric dintr-un anumit punct, iar apoi pun o sarcina egala cu -1 Coulombi, stiu deja ca forta va fi egala cu sarcina electrica ori campul electric din acel punct, nu? Unitatea de masura pentru campul electric este Newtoni pe Coulombi, si are sens, nu? Pentru ca forta este impartita la sarcina electrica, deci avem Newtoni pe Coulombi. Si daca stim sarcina electrica, haideti sa dam niste valori. Hai sa spunem ca avem 1 ori 10 la puterea -6 Coulombi, da? Avand aceste date, care este valoarea campului electric in acest punct? Hai sa schimb culorile din nou. Deci, care este valoarea campului electric? Ei bine, in aceasta situatie campul electric va fi egal cu constanta lui Coulomb, care este 9 ori 10 la puterea a9a ori sarcina care genereaza campul electric ori 1 ori 10 la puterea -6 Coulombi. Si ne aflam la o distanta de 2m, deci 2m la patrat. Asta inseamna 9 ori 10 la puterea a3a, impartit la 4, care in final ne va da 2,5 ori 10 la puterea a3a sau mai bine zis, 2,500 de Newtoni pe Coulombi. Acum stim ca aceasta este forta care genereaza un camp care atunci cand ne aflam la o distanta de 2m, deci pe o raza de 2m a acestui cerc, forta noastra genereaza un camp in interiorul caruia daca ar fi sa pun o sarcina de 1 Coulomb, forta exercitata asupra acelei sarcini ar fi egala cu 1 Coulomb ori campul electric, adica 2,500 de Newtoni pe Coulomb. Coulombii se anuleaza si vei ramane cu 2,500 de Newtoni, care inseamna foarte mult, pentru ca sarcina de 1 Coulomb este foarte mare.
Apoi ar trebui sa iti pui o intrebare: daca acesta este egal cu 1 ori 10 la puterea -6, iar acesta este egal cu 1 Coulomb, in ce directie va actiona forta? Avand in vedere ca ambele sarcini sunt pozitive, forta va actiona spre exterior, nu? Pe baza acestei idei, sa incercam sa vedem daca putem desena un camp electric in jurul unei particule, doar pentru a vedea mai incolo ce se poate intampla daca punem o sarcina oriunde in apropierea acelei particule. Exista cateva moduri in care putem vizualiza un camp electric. Sa spunem ca avem o sarcina aici, Q. Care ar fi traiectoria sarcinii pozitive daca o plasez undeva pe Q? Ei bine, daca pun o sarcina pozitiva aici, iar Q este pozitiv, acea sarcina va accelera in exterior, nu? Insa, pe masura ce va accelera in exterior, va incetini. Aici, aproape de sursa, forta exterioara este foarte puternica, dar pe masura ce se indeparteaza, forta electrostatica din aceasta sursa va deveni din ce in ce mai slaba sau ai putea spune ca cel care devine mai slab este campul electric. Aceasta ar fi traiectoria unei sarcini pozitive. Daca as pune-o aici, ar pleca in aceasta directie, dar ar fi in linie dreapta, nu curbata cum am desenat-o eu, ar fi trebuit sa folosesc ustensila pentru linii drepte, dar nu as fi putut sa desenez sagetile. Daca as pune-o aici, la fel, ar pleca spre exterior, cred ca ai inteles ideea. Orice sarcina electrica ar pleca spre exterior, departe de Q. Acestea se numesc linii de camp electric, iar una din modalitatile de a masura forta campului electric, este sa iei de-o parte o sectiune si sa vezi cat de dense sunt liniile. Aici, linile sunt oarecum imprastiate, spre deosebire de partea aceasta de sus, stiu ca nu se intele prea bine. Aici acopar mai multe linii, dar nu e un mod prea bun de a vizualiza pentru ca ocup prea mult spatiu. Stai putin sa le sterg. Iti poti imagina cum ar fi daca as avea mai multe linii, in aceasta sectiune cuprind 2 linii, pe cand in partea asta, in aceeasi sectiune cuprind o singura linie, desi ar fi putut sa existe mai multe. E simplu, nu? Cu cat de aproprii de sursa campului electric, cu atat devine sarcina mai puternica. O alta modalitate de a afla magnitudinea campului in orice punct este sa te gandesti: ok, daca asta este sursa mea Q, pot spune ca in apropierea ei, campul este puternic. Deci, in acest punct, vectorul, Newtoni pe Coulombi, este atat de puternic sau atat sau atat, acestea sunt doar exemple, exista o infinitate. Deci in acest punct, avem vectorul asta, vectorul campului electric. Dar, daca mergem putin mai departe, vectorul se va micsora. Acesta va fi mai mic, iar urmatorul si mai mic, nu? Poti sa alegi orice punct si sa calculezi vectorul campului electric, dar cu cate vei merge mai departe, cu atat va fi mai mic.
In general, exista o multime de chestii pe care le pentru care poti avea un camp electric. Sa spunem ca aceasta este o sarcina pozitiva, iar asta una negativa. Imediat sa schimb culoarea ca sa nu mai trebuiasca sa sterg. Daca reprezint traiectoria unei sarcini pozitive, ar merge spre exterior sub forma radiala, nu? Dar apoi, in timp ce merge spre exterior, cu cat se va apropia de sarcina negativa va incepe sa fie atrasa de asta, iar apoi se va curba in jurul sarcinii negative, iar sagetile vor arata asa. Daca ar fi sa plec de aici, sarcina pozitiva ca fi respinsa foarte puternic, va accelera repede, iar rata ei de accelerare va incetinii, dar cand se va apropia de sarcina negativa, va accelera din nou, aceea fiind traiectoria.
In mod similar, daca punctul de plecare ar fi aici, traiectoria lui ar fi asta, nu? Si daca ar fi aici, asta, si tot asa. Iar la un moment dat, s-ar putea nici sa nu ajunga la sarcina negativa, ar putea sa mearga pur si simplu in linie dreapta in directia asta. Acea sarcina ar merge spre exterior pur si simplu, iar in partea asta linile ar veni in interior, nu? O sarcina pozitiva este atrasa in mod normal de una negativa.
Asta este in general ce ne arata linile unui camp electric si putem folosi metoda noastra de sectionare pentru a vedea ca aici campul electric este mult mai slab. Exista mai putina forta in linile de camp decat aici. Sper ca toate aceste exemple te ajuta sa intelegi mai bine ce este un camp electric. Este doar unul din modurile de a-ti imagina imactul pe care l-ar avea sursa electrica asupra altor sarcini. In momentul asta ar trebui sa stii deja cate ceva despre constanta lui Coulomb. Hai sa rezolvam o problema simpla, voi lua catele din cartea mea de fizica. Ni se spune sa calculam forta electrica statica dintre o sarcina egala cu 6 ori 10 la puterea -6 Coulombi si… stai putin, nu este exemplul bun. Asa, am gasit una: cu cat este egala forta care actioneaza asupra unui electron plasat in interiorul unui camp electric, care este egal cu 100 de Newtoni pe Coulombi, oriunde s-ar afla acest electron. Deci, forta care actioneaza asupra lui, forta in general, va fi egala cu sarcina electrica ori campul electric, iar datele problemei ne spun ca este vorba de un electron, deci, care este sarcina lui? Ei bine, noi stim ca este o sarcina negativa, iar in primul video am invatat ca este egala cu 1,6 ori 10 la puterea -19 Coulombi ori 100 de Newtonii pe Coulombi; Coulombii se anuleaza, iar asta este 10 la patrat, nu? Avem 10 la puterea a2a, deci va fi 10 la puterea -19 ori 10 la puterea a2a. forta va fi egala cu -1,6 ori 10 la puterea -17 Newtoni. Problemele astea sunt destul de simple. Cred ca cel mai important este sa intelegi cum functioneaza campul electric si sa iti dai seama ca forta va fi mai aproape de sursa si se va micsora la departare, ce anume reprezinta linile de camp si cum pot fi folosite pentru a aproxima forta campului. Pe data viitoare!