میدان الکتریکی و نیروی وارد بر بار آزمون

سلام! سوال خوبی پرسیدی. می‌خواهیم بزرگی و جهت میدان الکتریکی را در یک نقطه پیدا کنیم، با استفاده از یک بار آزمون و نیروی وارد بر آن.

راهنمایی کوتاه: از رابطه اصلی بین نیروی الکتریکی، میدان الکتریکی و بار آزمون استفاده می‌کنیم.

گام‌به‌گام:

• ۱) فرمول اصلی را به یاد بیاوریم: نیروی الکتریکی وارد بر یک بار در میدان، برابر است با حاصل‌ضرب بار در میدان الکتریکی. یعنی:
  $\overrightarrow{F}=q·\overrightarrow{E}$
• ۲) مقادیر داده شده را مشخص کنیم:
  بار آزمون ($q$) = $+20\mathrm{nC}=+20\times {10}^{-9}C$
  نیروی الکتریکی ($F$) = $5\times {10}^{3}N=5000N$
  جهت نیرو: جنوب به شمال (یعنی بردار نیرو رو به شمال است).
• ۳) بزرگی میدان الکتریکی ($E$) را محاسبه کنیم. از رابطه $F=\left|q\right|·E$ استفاده می‌کنیم (فقط بزرگی‌ها):
  $E=\frac{F}{\left|q\right|}=\frac{5000N}{20\times {10}^{-9}C}$
• ۴) محاسبه را انجام دهیم:
  $E=\frac{5000}{20\times {10}^{-9}}=\frac{5000}{2\times {10}^{-8}}=2500\times {10}^8=2.5\times {10}^{11}N/C$
• ۵) جهت میدان الکتریکی را پیدا کنیم. بار آزمون مثبت است ($+$). جهت میدان الکتریکی برای یک بار مثبت، همان جهت نیروی وارد بر آن است. پس جهت میدان الکتریکی نیز جنوب به شمال (یعنی رو به شمال) است.

پاسخ نهایی:

• بزرگی میدان الکتریکی: $2.5\times {10}^{11}N/C$
• جهت میدان الکتریکی: از جنوب به شمال (شمالی).

مثال مشابه:

اگر بار آزمون $-10\mathrm{nC}$ بود و نیروی $0.01N$ به سمت شرق بر آن وارد می‌شد، جهت میدان چگونه می‌شد؟ چون بار منفی است، جهت میدان مخالف جهت نیرو خواهد بود، یعنی به سمت غرب.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری:

می‌توانی رابطه $\overrightarrow{F}=q\overrightarrow{E}$ را برای بارهای مثبت و منفی مقایسه کنی. برای بار مثبت، جهت نیرو و میدان یکی است. برای بار منفی، جهت نیرو و میدان مخالف یکدیگرند.