Електрично поље
Електрично поље описује како изворна наелектрисања мењају простор око себе. Када је поље познато, сила на било које пробно наелектрисање следи непосредно. Тако се својства извора раздвајају од наелектрисања којим поље испитујемо.
Поље је сила по јединици позитивног наелектрисања
Дефиниција је E⃗ = F⃗/q, па је F⃗ = qE⃗. SI јединица N C⁻¹ еквивалентна је V m⁻¹. Смер E⃗ дефинисан је као смер силе на позитивно пробно наелектрисање.
Негативно наелектрисање зато осећа силу супротну смеру поља. Поље припада распореду изворних наелектрисања и постоји и када у посматраној тачки нема пробног наелектрисања.
Поље тачкастог наелектрисања
За изоловано тачкасто наелектрисање величина поља је E = k|Q|/r², где је k = 8,9875517923 × 10⁹ N m² C⁻². Ако се растојање удвостручи, поље пада на четвртину.
Знак Q одређује смер: од позитивног извора и ка негативном. У формули за величину стоји |Q|, док се знак одражава на смер вектора.
Поље тачкастог наелектрисања
Суперпозиција: поља се сабирају као вектори
Код више извора, поље сваког наелектрисања у посматраној тачки рачуна се засебно као да остала не постоје, а затим се сви вектори сабирају по компонентама.
Симетрија често знатно скраћује рачун. Саме величине не треба сабирати осим ако су сви вектори колинеарни и њихови смерови правилно унети знаком.
Како се читају линије поља
Линије поља су приказ, а не физичке нити. Полазе од позитивних и завршавају се на негативним наелектрисањима или у бесконачности. Вектор E⃗ је тангента на линију, а већа густина линија означава јаче поље.
Линије се не секу јер једна тачка не може истовремено имати два смера електричног поља. Број нацртаних линија је конвенција; физички су важни образац, смер и релативна густина.
Поље, сила и кретање
Када је E⃗ познато, електрична сила је qE⃗, а у одсуству других значајних сила a⃗ = qE⃗/m. Наелектрисања супротног знака могу зато у истом пољу убрзавати у супротним смеровима.
У електростатичкој равнотежи електрично поље унутар проводног материјала је нула; иначе би се слободна наелектрисања и даље кретала. Вишак наелектрисања налази се на површини, а поље непосредно споља је нормално на њу.
Решени примери
1. Поље тачкастог наелектрисања
Одредите величину електричног поља на 0,20 m од тачкастог наелектрисања +3,0 nC.
Решење
E = k|q|/r² = (8,99 × 10⁹)(3,0 × 10⁻⁹)/(0,20)² ≈ 674 N C⁻¹, усмерено од позитивног наелектрисања.
2. Сила на пробно наелектрисање
Наелектрисање −2,0 μC стављено је у хомогено поље 300 N C⁻¹ усмерено на исток. Колика је сила?
Решење
|F| = |q|E = 2,0 × 10⁻⁶ × 300 = 6,0 × 10⁻⁴ N. Пошто је q негативно, сила је усмерена на запад, супротно пољу.
3. Средина између два једнака позитивна наелектрисања
Колико је укупно електрично поље тачно на половини растојања између два једнака позитивна тачкаста наелектрисања?
Решење
Поља имају једнаке величине и супротне смерове. Појединачна поља нису нула, али се векторски поништавају: Eукупно = 0.