Pole elektryczne

Oddziaływanie między dowolnymi ładunkami opisujemy za pomocą pojęcia pola elektrycznego.

Pole elektryczne Jest to przestrzeń wokół ładunków elektrycznych, która ma tę własność, że na umieszczony w niej ładunek elektryczny działa siła Coulomba.

Natężenie pola elektrycznego

Aby wykryć pole elektryczne wprowadzamy do badanej przestrzeni próbny ładunek q₀. Jeżeli zadziała na niego siła, to znaczy, że ładunek znalazł się w polu elektrycznym. Możemy je opisać za pomocą wielkości, którą nazywamy natężeniem pola elektrycznego.

Natężenie pola elektrycznego E jest to stosunek siły F, działającej na dodatni ładunek próbny q₀, do wartości tego ładunku. Jest to wartość wektorowa

$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q_0}$

Jednostką natężenia pola elektrycznego jest N/C (niuton na kulomb). Jednostką równoważną jest V/m (wolt na metr).

Zakładając, że we wzorze na siłę Coulomba zastosujemy podstawienie:

$k=\frac{1}{4 \pi \epsilon}$ ,

to podstawiając we wzorze na natężenie pola elektrycznego wartość siły Coulomba, otrzymamy następujący wzór:

gdzie

|Q| - wartość bezwzględna ładunku wytwarzającego pole elektryczne,
r - odległość od ładunku źródła pola.

W przypadku istnienia wielu ładunków elektrycznych, całkowite natężenie pola elektrycznego w punkcie przestrzeni obliczamy według zasady superpozycji pól :

$\vec{E}=\vec{E_1}+\vec{E_2}+\vec{E_3}+...\vec{E_n}$

Linie pola elektrycznego

Pole elektryczne można zilustrować za pomocą linii pola elektrycznego. Są to linie, do których wektor natężenia pola elektrycznego E jest styczny w każdym punkcie. Zaczynają się zawsze na ładunkach dodatnich, a kończą na ujemnych. Czasem linia biegnie do nieskończoności. Zagęszczenie linii ilustruje wielkość natężenia pola. Najczęściej w literaturze przyjmuje się 12 linii na jeden ładunek.

Oto kilka przykładów linii pola elektrycznego.

Linie pola elektrycznego

Symulacja

Poniżej przedstawiono symulację, która z dobrym przybliżeniem ilustruje pole elektryczne. W symulacji wykorzystano fakt, że ładunek próbny umieszczony w polu elektrycznym porusza się w kierunku stycznym do wektora natężenia pola. Linie również są styczne w każdym punkcie do natężenia pola - mamy więc możliwość pokazania kształtu linii pola elektrycznego. Nie pokazujemy kierunku linii, a ich gęstość jest zbliżona do rzeczywistej i uzyskana przez fakt umieszczenia równomiernie ładunków próbnych nad powierzchnią wszystkich ładunków źródła pola i obserwacji ruchu tych ładunków poprzez kreślenie ich torów ruchu.

W symulacji możesz zobaczyć dziesięć przykładów różnych pól, a także samodzielnie dodawać ładunki ujemne i dodatnie, a następnie narysować linie pola.

Inne zagadnienia z tej lekcji

Ładunek elektryczny

co to jest ładunek elektryczny, sposoby elektryzowania ciał, zasada zachowania ładunku elektrycznego

Prawo Coulomba

Dwa punktowe ładunki elektryczne q1 i q2 znajdujące się od siebie w odległości r oddziałują na siebie siłą, której wartość jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Dipol elektryczny

Dipol elektryczny jest to układ dwóch ładunków elektrycznych równych co do wartości bezwzględnej ale o przeciwnych znakach, znajdujące się w pewnej stałej odległości od siebie.