Elektrisch veld
Het elektrische veld beschrijft hoe bronladingen de ruimte om zich heen veranderen. Zodra het veld bekend is, volgt de kracht op elke testlading direct; zo worden de eigenschappen van de bronnen gescheiden van die van de lading waarmee we het veld onderzoeken.
Veld betekent kracht per eenheid positieve lading
E⃗ = F⃗/q · F⃗ = qE⃗
De SI-eenheid is N C⁻¹, gelijkwaardig aan V m⁻¹. De richting van E⃗ is per definitie de richting waarin een positieve testlading zou worden geduwd. Voor een negatieve q is F⃗=qE⃗ tegengesteld aan E⃗.
Veld van een puntlading
E = k|Q|/r², k = 8,9875517923 × 10⁹ N m² C⁻²
Voor een puntlading Q neemt de veldsterkte af als 1/r². Het veld wijst van een positieve bron af en naar een negatieve bron toe. Buiten een bolsymmetrische ladingsverdeling kan het veld worden berekend alsof de totale lading in het middelpunt zit.
Puntladingscalculator
Superpositie: velden tellen als vectoren op
Bij meerdere bronnen levert elke bron een veldvector. Het totale veld is de vectorsom: tel componenten op, niet zomaar de groottes. Symmetrie kan gelijke componenten laten wegvallen of juist versterken.
Veldlijnen lezen
Veldlijnen zijn een visualisatie, geen fysieke draden. Ze beginnen op positieve lading en eindigen op negatieve lading of op oneindig; de raaklijn geeft de veldrichting en grotere lijndichtheid staat voor een sterker veld. Ze kruisen nooit.
Velden, krachten en beweging
Een lading q krijgt in E⃗ de versnelling a⃗=qE⃗/m. Een ideale testlading verandert het bronveld niet. In elektrostatisch evenwicht is het veld in het geleidende materiaal nul, overtollige lading zit aan het oppervlak en het veld net buiten de geleider staat loodrecht op dat oppervlak.
Uitgewerkte voorbeelden
1. Veld van een puntlading
Welk veld maakt +3,0 nC op 0,20 m afstand?
Oplossing
E=kQ/r²≈674 N C⁻¹, radiaal van de positieve bron af.
2. Kracht op een testlading
−2,0 μC bevindt zich in 300 N/C naar het oosten.
Oplossing
|F|=|q|E=6,0×10⁻⁴ N; door het negatieve teken is de kracht naar het westen.
3. Midden tussen gelijke ladingen
Wat is E precies halverwege twee gelijke positieve ladingen?
Oplossing
De veldvectoren zijn even groot en tegengesteld, dus E=0.