Električno polje

Definicija polja in smer sile

Definicija je E = F/q, zato velja F = qE. Smer E je po dogovoru smer sile na pozitivni preskusni naboj. Na negativni naboj deluje sila v nasprotni smeri od polja.

Enota SI je N/C, enakovredna V/m. Polje je vektorska količina, zato pri nalogah nista pomembna le velikost, temveč tudi smer in predznak naboja, na katerega polje deluje.

Polje točkastega naboja

Za izoliran točkasti naboj je velikost E = k|Q|/r². Odvisnost od obratnega kvadrata razdalje pomeni, da podvojitev r zmanjša polje na četrtino.

Pozitivni izvorni naboj daje polje navzven, negativni navznoter. Enačba daje velikost; smer določimo posebej iz predznaka Q in lege opazovane točke.

Superpozicija je vektorska

Pri več virih izračunamo prispevek vsakega naboja, kot da drugih ne bi bilo, nato pa seštejemo vektorje. Samih velikosti ne smemo seštevati brez preverjanja smeri.

Simetrija račun pogosto močno poenostavi. Na sredini med dvema enakima pozitivnima nabojema sta polji enako veliki in nasprotni, zato je vsota nič, čeprav posamezna prispevka nista ničelna.

Silnice so zemljevid, ne fizične niti

Silnica je v vsaki točki tangentna na E. Gostejši prikaz črt po dogovoru pomeni močnejše polje; črte izhajajo iz pozitivnih nabojev in se končajo na negativnih ali v neskončnosti.

Dve elektrostatični silnici se ne moreta sekati, saj ena točka ne more imeti dveh različnih smeri E. Število narisanih črt je grafična izbira, ne število fizičnih predmetov.

Polje določa gibanje nabitega delca

Ko poznamo polje, je električna sila F = qE. Če lahko druge sile zanemarimo, velja a = qE/m; predznak q določi, ali pospešek kaže v smeri E ali nasprotno.

Homogeno polje daje za določen q konstantno silo. To ne pomeni konstantne hitrosti: konstantna rezultanta povzroči konstanten pospešek, zato se hitrost s časom spreminja.

Prevodnik v elektrostatičnem ravnovesju

V prevodniku se prosti naboji lahko premikajo. V elektrostatičnem ravnovesju je polje znotraj prevodnega materiala nič, saj bi neničelno E naboje še naprej premikalo.

Presežni naboj je na površini, polje tik zunaj pa je na površino pravokotno. To je pomemben preizkus pravilnosti skic silnic in razmišljanja o elektrostatičnem zaslonu.

Preverjanje modela in enot

Polje je lastnost razporeditve virov, ne preskusnega naboja. Večji preskusni q poveča silo F = qE, vendar v idealni meji ne spremeni polja, ki ga ustvarjajo viri.

Naboje v nC in μC moramo pretvoriti v coulombe. Pri točkastem viru se mora rezultat spreminjati kot 1/r²; to hitro razkrije napako v potenci razdalje ali enotah.

Rešeni primeri

1. Naboj +3,0 nC na razdalji 0,20 m

2. Naboj −2,0 μC v polju 300 N/C

3. Dva enaka pozitivna naboja