Pole elektryczne

Z Wikipedii

Pole elektryczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działa siła. Pole to opisuje się przez natężenie pola elektrycznego lub potencjał elektryczny.

Koncepcję oddziaływania ładunków elektrycznych poprzez pole elektryczne wprowadził Michael Faraday.

[edytuj] Definicja

Natężenie pola elektrycznego jest parametrem pola wektorowego $\vec E$ , definiowanym jako stosunek siły $\vec F$ działającej na ładunek elektryczny $q$ znajdujący się w tymże polu elektrycznym do wartości tegoż ładunku elektrycznego $q$ :

$\vec E=\vec F/q$

Ładunek z pomocą którego określa się pole, zwany ładunkiem próbnym, musi spoczywać i być na tyle mały, by nie zmieniać układu ładunków w otaczajacej przestrzeni.

[edytuj] Własności

Pole elektryczne jest polem potencjalnym a opisująca go funkcja to potencjał elektryczny. Związek między natężeniem pola elektrycznego $\vec{E}$ a jego potencjałem $\mathbf\phi$ wyraża się wzorem:

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

Punktowy ładunek elektryczny $Q$ wytwarza pole, którego natężenie wyraża się wzorami:

$\vec {E}(r) = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{Q}{|\vec{r}|^3}\vec {r}$

lub

$\mathbf{E (r)} =\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{Q}{r^2}\mathbf{\hat{r}}$

Wartość natężenia pola określa wzór:

$E (r) =\frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{Q}{r^2}$

gdzie:

$\vec{r}$ - wektor wodzący, o początku w źródle pola, a końcu w rozważanym punkcie przestrzeni,
$\mathbf{\hat{r}}$ - wersor (wektor jednostkowy), o początku w źródle pola, a końcu w rozważanym punkcie przestrzeni.

Pole elektryczne jest nośnikiem energii, ilość energii jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola w jednostce objętości, zmienne pole elektryczne jest składnikiem fotonu. Statyczne pole elektryczne może być opisywane jako rozprzestrzenianie się wirtualnych fotonów.

Własności pola elektrycznego opisują równania Maxwella:

Źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne, linie sił zaczynają się i kończą na ładunkach - Pierwsze równanie, zwane prawem Gaussa dla elektryczności-pole elektryczne jest polem źródłowym.
Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne -Drugie równanie, zwane prawem Faradaya.
Zmienne pole elektryczne powoduje powstawanie pola magnetycznego, co określa czwarte równanie Maxwella.
Pole elektrostatyczne jest polem bezwirowym.