Elektrisk kraft og ladning
Dette faget skrives fortsatt. Innholdet kan endre seg.
Denne siden skrives fortsatt.
Elektrisk ladning er det som gir opphav til elektriske krefter. To ladede legemer tiltrekker eller frastøter hverandre — akkurat som gravitasjon tiltrekker to masser, men med en viktig forskjell: elektrisk kraft kan både tiltrekke og frastøte.
Kraften mellom to punktladninger \(q_1\) og \(q_2\) med avstand \(r\) er: \[F_e = k \frac{|q_1|\,|q_2|}{r^2}, \qquad k = 8.99\cdot 10^{9}\,\mathrm{N}\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{C}^{-2}\] Kraften er tiltrekkende dersom ladningene har motsatt fortegn, og frastøtende dersom de har likt fortegn.
Gravitasjon vs. elektrisitet — to naturkrefter med samme form
| Gravitasjon | Elektrisitet | |
|---|---|---|
| Formel | \(F_g = G\,\dfrac{m_1 m_2}{r^2}\) | \(F_e = k\,\dfrac{|q_1||q_2|}{r^2}\) |
| «Ladning» | Masse \(m\) | Elektrisk ladning \(q\) |
| Konstant | \(G = 6.67\cdot 10^{-11}\,\) | \(k = 8.99\cdot 10^{9}\,\) |
| Retning | Alltid tiltrekkende | Tiltrekker (±) eller frastøter (++) |
Merk at \(k\) er enorm sammenliknet med \(G\) — elektrisk kraft er typisk mange størrelsesordener sterkere enn gravitasjon på atomnivå.
Eksempel: Kraft mellom to ladninger To ladninger \(q_1 = +2.0\,\mathrm{\mu C}\) og \(q_2 = -3.0\,\mathrm{\mu C}\) befinner seg \(r = 0.10\,\mathrm{m}\) fra hverandre. Finn kraften mellom dem.
\[F_e = k\frac{|q_1||q_2|}{r^2} = 8.99\cdot 10^{9}\,\mathrm{N}\,\mathrm{m}^{2}\,\mathrm{C}^{-2} \cdot \frac{2.0\cdot 10^{-6}\,\mathrm{C}\cdot3.0\cdot 10^{-6}\,\mathrm{C}}{(0.10\,\mathrm{m})^2} = \underline{\underline{5.4\,\mathrm{N}}}\] Siden ladningene har motsatt fortegn, er kraften tiltrekkende.