Калькулятор электрического поля, силы и потенциала

Калькулятор электрического поля помогает работать с тремя тесно связанными величинами электростатики: напряженностью электрического поля, электростатической силой и электрическим потенциалом. Все три следуют из закона Кулона и описывают, как электрические заряды влияют на окружающее пространство. В модели точечного заряда взаимодействие зависит от величины заряда, знака заряда и расстояния между зарядами. В этом калькуляторе используется постоянная Кулона k = 8.9875517923 × 10^9 N·m²/C² — стандартное значение для вводной и инженерной физики. Когда выбран режим электрического поля, калькулятор применяет E = kQ / r². Напряженность электрического поля показывает, насколько сильно точечный заряд толкал бы или притягивал положительный пробный заряд, размещенный на расстоянии r. Результат отображается в ньютонах на кулон, что также эквивалентно вольтам на метр. Положительный исходный заряд создает поле, направленное наружу, а отрицательный заряд — поле, направленное внутрь, поэтому знак результата полезен, когда важен контекст направления, а не только модуль. Режим силы использует F = kQ1Q2 / r². Он дает электростатическую силу между двумя точечными зарядами. Если заряды имеют одинаковый знак, сила в этой упрощенной одномерной модели положительна и означает отталкивание. Если знаки зарядов противоположны, результат становится отрицательным и означает притяжение. Поскольку в знаменателе формулы есть r², даже небольшое изменение расстояния может привести к очень большому изменению силы. Это одна из причин, почему электростатические взаимодействия так важны на малых масштабах. Режим потенциала использует V = kQ / r. Электрический потенциал описывает потенциальную энергию на единицу заряда, создаваемую точечным зарядом в данной точке. Он особенно полезен в теории цепей, задачах электростатики и рассуждениях через энергию. В отличие от выражения для электрического поля, потенциал зависит от 1 / r, а не от 1 / r², поэтому убывает с расстоянием медленнее. Это делает его удобной величиной для сравнения положений вокруг заряженной частицы или проводника. Этот калькулятор лучше всего подходит для идеализированных задач с точечными зарядами в вакууме или воздухе, где постоянная Кулона является хорошим приближением. В реальных материалах диэлектрическая проницаемость меняет взаимодействие, а протяженные распределения заряда могут требовать интегрирования или численных методов вместо одного замкнутого уравнения. Тем не менее приведенные здесь формулы остаются стандартной отправной точкой для домашних заданий, лабораторных проверок и быстрых инженерных оценок.