Посока на електричното поле

Знаем, че електричните заряди създават електрични полета в областта около себе си, но хората се объркват от задачи с електрично поле, така че тук трябва да задобрееш в поне две неща, ако искаш да се справяш добре с електричното поле. Трябва да задобрееш в определянето на посоката на електричното поле, което е създадено от заряда. Ако имаш някакъв заряд и искаш да знаеш в коя посока този заряд създава електрично поле, трябва да задобрееш в това. И ако знаеш посоката на полето, трябва да задобрееш в намирането на посоката на електрична сила, приложена върху един заряд. Ако някакъв заряд се носи тук в едно електрично поле, трябва да можеш да кажеш: "Добре, мога да определя електричната сила. Не е толкова сложно." Ако задобрееш в тези две неща, тези задачи ще са много по-лесни и целият процес ще е много по-логичен. Нека открием как да направим това. Как правиш тези неща? Да караме подред. Нека опитаме да се справим с това. Нека опитаме да намерим как определяш посоката на електричното поле, което е създадено от един заряд. Да кажем, че не знаем – така изглежда електричното поле около един положителен заряд. Просто ти давам това, но откъде знаем, че така трябва да изглежда електричното поле? Можем да направим следното. Можем да кажем, че знаем, че определението на електричното поле е големина на електрична сила, приложена върху един заряд. С други думи, ако вземеш някакъв тестов заряд – мисли за това Q като за тестов заряд. И обикновено просто правим това положителен тестов заряд, за да ни е по-лесно да размишляваме. Ако вземеш някакъв положителен тестов заряд в някаква област – да направим това, да поставим някакъв положителен тестов заряд тук. Взимаме този тестов заряд и го движим наоколо. За да открием посоката на електричното поле, трябва – тъй като това Q ще е положително, можем просто да открием в каква посока е електричната сила върху този положителен тестов заряд. С други думи, посоката на електричното поле Е ще е същата посока като електричната сила върху един положителен тестов заряд. Понеже, ако си наясно с векторните уравнения, виж този вектор на електричните полета, този вектор на електричните сили. Електричното поле ще приеме същата посока като електричната сила, стига това Q да е положително. Ако това Q беше отрицателно, това щеше да обърне знака на тази електрична сила и тогава Е ще сочи в обратна посока. Но ако оставим нашия тестов заряд положителен, тогава знаем, че електричното поле просто ще сочи в същата посока като електричната сила върху този положителен тестов заряд. Ето какво имам предвид. Взимаме нашия положителен тестов заряд. Движим го наоколо. Ако искаме да знаем електричното поле в тази точка ето тук, просто се питам: "Накъде сочи електричната сила върху този тестов заряд?" Електричната сила ще сочи надясно, след като бива отблъсквана от този друг положителен заряд тук. Знам, че електричната сила сочи надясно, тези заряди се отблъскват. И след като електричната сила сочи надясно, това означава, че електричното поле в тази област също сочи надясно. Може да няма същата големина. Електричната сила може да е 20 нютона, а електричното поле може да е 10 нютона за кулон, но те имат една и съща посока. И мога да преместя този заряд някъде другаде – да кажем, че го преместя ето тук. Накъде ще сочи електричната сила? Тези положителни заряди все още се отблъскват. Все още ще имам електрична сила надясно. Тази електрична сила ще е по-малка, но все още ще сочи надясно, а това означава, че електричното поле също ще сочи надясно, и то ще е по-малко, но все още ще сочи надясно. И ако искаме да определим електричното поле някъде другаде, можем да преместим нашия положителен тестов заряд – ще го преместя ето тук. Ще попитам в коя посока е електричната сила върху този положителен тестов заряд. Това ще е в тази посока, тъй като тези положителни заряди се отблъскват един друг. Отблъскват се, така че този положителен заряд винаги бива отблъснат надалеч от този друг положителен заряд. И това също означава, че електричното поле също сочи в тази посока. Продължаваме. Мога да преместя това някъде другаде. Мога да преместя този положителен заряд тук долу. Зарядите се отблъскват, така че електричната сила ще сочи надолу. А това означава, че електричното поле също ще сочи надолу. Ако продължиш да правиш това, ако продължиш да очертаваш каква е посоката на електричната сила върху един положителен тестов заряд, накрая ще осъзнаеш, че винаги ще сочи радиално навън надалеч от този друг положителен заряд. И знаем, че електричното поле от един положителен заряд ще сочи радиално навън и затова го чертаем ето така. Понеже този положителен заряд ще отблъсква някакъв положителен заряд радиално надалеч от себе си, тъй като ще го отблъсква. Положителните заряди създават електрични полета, които сочат радиално навън от тях. А ако зарядът, който създава полето, беше отрицателен заряд? Да опитаме да разберем. Нека се отърва от това. Да кажем, че зарядът, който създава електрично поле, беше отрицателен, голям отрицателен заряд. Как определяме посоката на електричното поле около този отрицателен заряд? Ще направим същото нещо. Ще вземем нашия положителен тестов заряд и ще оставим нашия тестов заряд положителен, така знаем, че посоката на електричната сила върху този положителен тестов заряд ще е в същата посока като електричното поле в тази област. С други думи, положителността на този тестов заряд прави така, че електричното поле и електричната сила да сочат в една и съща посока. Ако направим това – ще преместя това. Просто ще го поставим в тази точка тук, ще преместим този тестов заряд тук. В коя посока е силата върху този тестов заряд? Този път той ще е привлечен към този отрицателен заряд. Противоположните заряди се привличат, така че електричната сила ще сочи насам и тъй като това е положителен тестов заряд и запазва посоката в това уравнение, това означава, че електричното поле също сочи в тази посока наляво. И можем да продължим да картографираме полето, ще преместим този тестов заряд тук. Електричната сила този път ще сочи нагоре, понеже този положителен тестов заряд е привлечен към този отрицателен заряд. И ако електричната сила сочи нагоре, това означава, че електричното поле също сочи нагоре в тази област. И ще осъзнаеш, че електричната сила винаги ще придърпва един положителен тестов заряд към този отрицателен, който създава полето около себе си. И поради това, електричното поле, създадено от един отрицателен заряд, сочи радиално навътре към този отрицателен заряд. Това е различно. Положителният заряд създаде поле, което сочеше радиално навън, понеже винаги отблъскваше положителния тестов заряд. Но един отрицателен заряд създава електрично поле, което сочи радиално навътре, понеже винаги привлича положителен тестов заряд. Това, което казвам, е, че ако се отървем от всички тези, електричното поле от един положителен заряд сочи радиално навън, но ако това беше отрицателен заряд, щеше да трябва да изтриеш всички тези глави на стрелките и да ги поставиш в другия край. Понеже електричното поле от един отрицателен заряд сочи радиално навътре към този положителен заряд. С други думи, електричното поле, създадено от отрицателен заряд около себе си в някаква точка от пространството ще сочи към този отрицателен заряд, който създава това електрично поле. И така можеш да определиш посоката на електричното поле, създадено от един заряд. Ако това е положителен заряд, знаеш, че електричното поле ще сочи радиално навън от този положителен заряд. И ако това е отрицателен заряд, знаеш, че полето сочи радиално навътре към този отрицателен заряд. Това беше номер едно. Открихме посоката на електричното поле, създадено от един заряд. Отбелязваме, че сме направили това. Сега трябва да задобреем в намирането на посоката на електричната сила, приложена върху заряд в поле. Какво означава това? Да кажем, че имаш една област от пространството с електрично поле, сочещо надясно. Какво създава това електрично поле? Не знам. Всъщност дори няма значение. Ето затова електричното поле е готина идея. Не е нужно да знам какво е създало това електрично поле. Може би тук има положителни заряди, които създават полета, които сочат радиално навън от тях. Но също може тук отрицателни заряди да създават полета, които сочат радиално към тях, или и двете, не знаем. И няма значение. Стига да имам електрично поле, което сочи надясно, мога да намеря посоката на електричната сила върху един заряд в това поле. Нека поставим един заряд в това поле. Ще започнем с един положителен заряд. Поставяме този заряд тук. След като електричното поле е равно на електричната сила върху един заряд, делено на този заряд, ако това е положителен заряд и този заряд, който поставяме тук долу, е положителен, тогава електричната сила сочи в същата посока като електричното поле и обратно. Електричното поле и електричната сила ще сочат в една и съща посока, ако зарядът, който изпитва тази сила, е положителен заряд. Това е просто дълъг начин да кажем, че електричната сила върху един положителен заряд ще сочи в същата посока като електричното поле в тази област. Ако има електрично поле, което сочи надясно, както имаме тук, тогава електричната сила върху един положителен заряд в тази област също ще сочи надясно. И може да си мислиш: "Не е ли очевидно това? Не ни ли казва това уравнение, че електричната сила трябва да е в същата посока като електричното поле?" Почти, но не точно. Има едно изключение. Ако този заряд тук беше отрицателен, ако сложиш отрицателен заряд тук, сега този вектор на силата бива умножен по "-", е, разделен на "-", но все тая. Деленето на -1 е същото като да умножим по -1. Ще обърнеш посоката на този вектор на силата и това електрично поле ще сочи в посока, обратна на силата върху един отрицателен заряд в тази област и това е объркващо. С други думи, виж това. Да кажем, че вземем един отрицателен заряд в тази област и искахме да знаем в каква посока ще е електричната сила отвъд този отрицателен заряд, породена от това електричното поле, което сочи надясно. Ако електричното поле сочи надясно и този заряд е отрицателен, тогава електричната сила трябва да сочи наляво. И причината е, че, ако този вектор на силата е наляво и го делим на отрицателен знак, това ще вземе този вектор на силата и ще го обърне отляво надясно. Това означава, че електричното поле ще сочи надясно. Ако зарядът, който изпитва електричната сила е отрицателен, понеже умножаването на вектор по -1 променя посоката му, електричната сила и електричното поле ще имат противоположни посоки. Един отрицателен заряд изпитва сила в посока, противоположна на електричното поле, но един положителен заряд изпитва сила в същата посока като електричното поле. И ще повторя това, понеже е важно. Положителните заряди изпитват електрична сила в същата посока като електричното поле. А отрицателните заряди изпитват електрична сила в посока, противоположна на електричното поле. Хората объркват това постоянно. Това доста обърква хората, така че ето един начин, който може да изглежда по-прост. Забележи, че никой от тези заряди не създава това електрично поле, което прилага силата върху тях. Но нека начертаем някои възможности за заряди, които може да създават това електрично поле. Един начин да създадем електрично поле надясно е да имаме няколко положителни заряди тук, които създават електрични полета, сочещи радиално навън от тях. Това ще създаде електрично поле надясно. И каква тогава ще е силата върху тези заряди? Знаем, че положителните заряди отблъскват други положителни заряди, така че електричната сила е надясно. И положителните заряди привличат отрицателни заряди, така че електричната сила ще сочи наляво. Тази общоприета практика, че електричните сили сочат в същата посока като електричното поле за един положителен заряд и електричните сили сочат в противоположна на електричното поле посока за отрицателен заряд, съвпада с това, което вече знаем – че противоположните се привличат, а еднаквите се отблъскват. Просто хората се объркват, когато не начертаем тези заряди, които създават електричното поле, понякога хората забравят как да намерят посоката на силата. Ако искаш, винаги можеш да ги начертаеш. Другата възможност е, че за да създадем полета надясно, можем да поставим отрицателни заряди ето тук. Те може да създават това електрично поле, понеже те ще създадат полета, които сочат радиално към тях, понеже това правят отрицателните заряди. И в коя посока ще са силите? Тези отрицателни знаци ще привличат този положителен заряд надясно, точно както казахме, в същата посока като електричното поле. Няма значение дали това електрично поле е създадено от положителни или отрицателни заряди. Ако електричното поле сочи надясно, положителните заряди изпитват сила надясно. А един отрицателен заряд в тази област ще бъде отблъснат от тези отрицателни заряди или привлечен от тези положителни заряди и ще изпита сила наляво. Няма значение дали това поле е създадено от положителни или отрицателни заряди. Ако полето сочи надясно, положителните заряди ще изпитат сила надясно в тази област. Отрицателните заряди ще изпитат сила наляво в тази област. Нека направим още един пример, за да натрупаме опит. Да кажем, че имаш този пример. Да кажем, че имаш един отрицателен заряд и той изпитва електрична сила надолу. Сега искаме да знаем в каква посока е електричното поле в тази област. Ако електричната сила върху един отрицателен заряд е надолу, единственият начин това да се случи е тук, в тази област, да има електрично поле, което сочи нагоре. Понеже отрицателните заряди ще изпитат електрична сила в противоположна на електричното поле посока. Посоката на Е ще е в противоположната на F посока или мога просто да попитам какъв заряд ще причини електрична сила надолу върху този отрицателен заряд. Един голям положителен заряд тук долу ще направи това. Положителните заряди създават полета, които сочат радиално навън от тях. В тази област тук горе това ще сочи радиално нагоре, тъй като това е отдалечено от положителния заряд. Или можеш да кажеш, че нещо друго, което ще причини електрична сила надолу върху този отрицателен заряд, ще е един голям отрицателен заряд тук горе. И отрицателните знаци винаги създават полета, които сочат радиално към тях. Какво ще е полето в тази област тук долу? То все още ще сочи нагоре, понеже нагоре ще е радиално към отрицателния заряд, създаващ това поле. Да обобщим, можеш да намериш посоката на електричното поле, създадено от един заряд, тъй като положителните заряди създават полета, които сочат радиално надалеч от тях, а отрицателните заряди създават полета, които сочат радиално към тях. И можеш да намериш посоката на електричната сила върху един заряд, тъй като положителните заряди ще изпитват електрична сила в същата посока като електричното поле в тази област. А отрицателните заряди ще изпитат електрична сила в посока, противоположна на електричното поле в тази област.