Elektrik Alan Hesaplama

Elektrik alan nedir?

Elektrik alan, bir noktaya konan artı birim yüke etki edecek kuvvettir: E = F / q. Birimi newton bölü coulomb (N/C) ya da aynı şey olan volt bölü metredir (V/m). Alan bir vektördür: yönü, o noktaya konan artı yükün itileceği yöndür.

Noktasal yükün alanı

q yükünden r kadar uzaktaki alanın büyüklüğü:

E = k × |q| / r²

k = 8.9876 × 10⁹ N·m²/C² Coulomb sabitidir. Alan artı yükten dışarı, eksi yüke doğrudur. Uzaklık iki katına çıkınca alan dörtte birine düşer. Aynı noktadaki elektrik potansiyeli V = k × q / r olur ve yükün işaretini taşır.

Alandaki yüke etkiyen kuvvet

Şiddeti E olan alana konan q yüküne F = q × E kuvveti etki eder. Artı yük alan yönünde, eksi yük alana ters yönde itilir.

Paralel levhalar

Aralarında V gerilimi bulunan ve d kadar uzaktaki iki geniş paralel levha arasında alan her yerde aynıdır: E = V / d. Alan artı levhadan eksi levhaya doğrudur.

Örnek

5 nC yükten 30 cm uzakta E = 8.9876 × 10⁹ × 5 × 10⁻⁹ / 0.3² = 499 N/C, potansiyel 150 V olur. 4 cm aralıklı levhalara 25 kV uygulanırsa alan 25 000 / 0.04 = 625 000 V/m çıkar ve bu alandaki 0.5 µC yüke 0.31 N kuvvet etki eder.

Sınırlar

Noktasal yük formülü boşluk ve hava içindir. Paralel levha formülü kenarlardan uzakta geçerlidir. Havada alan yaklaşık 3 × 10⁶ V/m değerini geçince kıvılcım atlar. Birden çok yükün alanı vektör olarak toplanmalıdır.