Електрично поље

Из Википедије, слободне енциклопедије

Електрично поље је простор у коме се осећа дејство електричних сила. То може бити простор око наелектрисане честице или простор у коме постоји променљиво магнетско поље. У електричном пољу нека друга наелектрисана честица осећа дејство силе. Та сила је електрична и веома је тесно повезана са још једном силом у природи, магнетском.

У физици, електрично поље је појава, створена наелектрисањем или магнетским пољем променљивим у времену, која делује силом на наелектрисане објекте у пољу. Стандардна међународна јединица електричног поља јесте њутн по кулону, или волт по метру, што је исто. Електрично поље садржи електричну енергију са густином енергије пропорционалној квадрату интензитета поља. Електрично поље постоји око сваког наелектрисања[1]; смер линија поља у некој тачки једнак је смеру силе која делује на позитивно пробно наелектрисање у тој тачки. Интензитет електричног поља у некој тачки дефинисан је као количник интензитета кулонове силе која делује на позитивно наелектрисање постављено у ту тачку и количине тог наелектрисања.

Електрично поље јесте векторска величина, а јачина електричног поља јесте интензитет тог вектора.

Дефиниција електростатичког поља[уреди]

Електрично поље дефинисано је као кулонова сила по количини наелектрисања. Правац и смер поља поклапа се са правцем који би имала сила која делује на пробно позитивно наелектрисање. Електрично поље је радијално и усмерено споља од позитивног тачкастог наелектрисања, а радијално и усмерено ка негативном тачкастом наелектрисању.

Линије сила електричног поља између истоимених и разноимених наелектрисања

Електрично поље се дефинише као константа пропорционалности између наелектрисања и силе:


\mathbf{E} = \frac{\mathbf{F}}{q} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}\frac{Q}{r^2}\mathbf{\hat r}
где је
F сила дата Кулоновим законом,
q количина наелектрисања „пробног наелектрисања“,
Q количина наелектрисања тела које ствара електрично поље,
а r је вектор растојања од честице са наелектрисањем Q.

Треба приметити да је ова једначина тачна само у случају електростатике, односно, када се наелектрисања не крећу једна у односу на друга и када су наелектрисања непроменљива. У општем случају за наелектрисања која се померају у простору, ова једначина постаје једначина Лоренцове силе.

Даље, Кулонов закон је само специјалан случај Гаусовог закона, који је још уопштенији опис релације између распореда наелектрисања у простору и резултујућег електричног поља. Гаусов закон је један од Максвелових једначина, скупа од четири закона који представљају темеље електромагнетике.

Особине поља[уреди]

На основу једначине изнад, електрично поље сваког тачкастог усамљеног наелектрисања опада са квадратом растојања.

Електрично поље подлеже принципу суперпозиције. Ако је присутно више од једног наелектрисања, резултантно поље у било којој тачки једнако је векторском збиру електричних поља које би наелектрисања стварала појединачно у одсуству других.

\mathbf{E}_{\rm ukupno} = \sum_i \mathbf{E}_i = \mathbf{E}_1 + \mathbf{E}_2 + \mathbf{E
}_3 \ldots \,\!

Ако се принцип прошири на бесконачно много бесконачно малих елемената наелектрисања, добија се следећа формула:


\mathbf{E} = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \int\frac{\rho}{r^2} \mathbf{\hat r}\,d^{3}\mathbf{r}

где је \rho густина наелектрисања, или количина наелектрисања по јединици запремине.

Електрично поље је једнако негативном градијенту електричног потенцијала тог поља:


\mathbf{E} = -\mathbf{\nabla}\phi

Где скаларно поље \phi(x, y, z) представља електрични потенцијал у датој тачки.

Узимајући у обзир пермитивност \varepsilon средине, која је једнака производу пермитивности вакуума \varepsilon_{0} и релативне пермитивности \varepsilon_{r} која зависи од средине, добија се поље електричне индукције:

\mathbf{D} = \varepsilon \mathbf{E} = \varepsilon_{0} \varepsilon_{r} \mathbf{E}

Временски променљива електрична поља[уреди]

Наелектрисања не морају да буду једини извори електричног поља. Према Фарадејевом закону електромагнетне индукције,

\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}

где \nabla \times \mathbf{E} представља ротор електричног поља, а -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t} представља вектор брзине опадања густине магнетног флукса (тока) у времену. То значи да магнетско поље променљиво у времену ствара електрично поље, које се такође може мењати у времену.

Појава у којој се електрично или магнетско поље мењају у времену није више електростатика, већ електродинамика или електромагнетика. У овом случају, Кулонов закон више не пружа задовољавајућу дефиницију електричног поља. Уместо тога, Гаусов закон заједно са Фарадејевим законом одређују електрично поље.

Види још[уреди]

Референце[уреди]

  1. ^ у старијој литератури се уместо наелектрисања говори о „електричном оптерећењу"

Литература[уреди]

  • др Јован Сурутка, Електромагнетика, Грађевинска књига, 1971, треће издање, Београд