Elektriskt fält
Det elektriska fältet beskriver hur källaddningar förändrar rummet omkring sig. När fältet är känt följer kraften på en testladdning direkt.
Fält är kraft per enhet positiv laddning
E⃗ = F⃗/q · F⃗ = qE⃗
SI-enheten är N C⁻¹, ekvivalent med V m⁻¹. E⃗ definieras i den riktning som en positiv testladdning skulle accelerera; för negativ q pekar F⃗=qE⃗ motsatt fältet.
Fältet från en punktladdning
E = k|Q|/r², k = 8,9875517923 × 10⁹ N m² C⁻²
För en punktladdning Q avtar fältstyrkan som 1/r². Fältet pekar ut från en positiv källa och in mot en negativ. Utanför en sfäriskt symmetrisk laddningsfördelning kan hela laddningen behandlas som placerad i centrum.
Punktladdningskalkylator
Superposition: fält adderas som vektorer
Med flera källor bidrar varje källa med en fältvektor. Totalfältet är vektorsumman, så komponenter måste adderas. Symmetri kan göra att lika stora komponenter exakt tar ut varandra.
Så läser man fältlinjer
Fältlinjer är en visualisering, inte fysiska trådar. De lämnar positiva laddningar och slutar på negativa eller i oändligheten; tangenten anger E⃗ och högre linjetäthet motsvarar starkare fält. Linjer korsar aldrig varandra.
Fält, krafter och rörelse
En laddning q får accelerationen a⃗=qE⃗/m. I idealiseringen påverkar testladdningen inte källfältet. I elektrostatisk jämvikt är fältet noll inne i ledarmaterialet, överskottsladdning finns på ytan och fältet strax utanför står vinkelrätt mot ytan.
Lösta exempel
1. Fält från en punktladdning
Bestäm E på avståndet 0,20 m från en laddning på +3,0 nC.
Lösning
E=kQ/r²≈674 N C⁻¹, riktat bort från den positiva källan.
2. Kraft på en testladdning
En laddning på −2,0 μC finns i ett fält på 300 N/C riktat österut.
Lösning
|F|=6,0×10⁻⁴ N. Eftersom q<0 är kraften riktad västerut.
3. Mittpunkt mellan två lika laddningar
Två lika stora positiva laddningar ligger symmetriskt kring en mittpunkt. Vad är E där?
Lösning
Fältvektorerna är lika stora och motsatt riktade, så E=0.