Električno polje

Izvor: Wikipedia

U fizici, električno polje je pojava, stvorena naelektrisanjem ili magnetnim poljem promenljivim u vremenu, koja deluje silom na naelektrisane objekte u polju. SI jedinica električnog polja jeste njutn po kulonu, ili volt po metru, što je isto. Električno polje sadrži električnu energiju sa gustinom energije proporcionalnoj kvadratu intenziteta polja. Električno polje postoji oko svakog naelektrisanja; smer linija polja u nekoj tački jednak je smeru sile koja deluje na pozitivno probno naelektrisanje u toj tački. Intenzitet električnog polja u nekoj tački definisana je kao količnik intenziteta kulonove sile koja deluje na pozitivno naelektrisanje postavljeno u tu tačku i količine tog naelektrisanja.

Električno polje jeste vektorska veličina, a jačina električnog polja jeste intenzitet tog vektora.

Definicija elektrostatičkog polja[uredi - уреди]

Električno polje definisano je kao kulonova sila po količini naelektrisanja. Pravac i smer polja poklapa se sa pravcem koji bi imala sila koja deluje na probno pozitivno naelektrisanje. Električno polje je radijalno i usmereno spolja od pozitivnog tačkastog naelektrisanja, a radijalno i usmereno ka negativnom tačkastom naelektrisanju.

Električno polje se definiše kao konstanta proporcionalnosti između naelektrisanja i sile:


\mathbf{E} = \frac{\mathbf{F}}{q} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}\frac{Q}{r^2}\mathbf{\hat r}
gde je
F sila data Kulonovim zakonom,
q količina naelektrisanja „probnog naelektrisanja“,
Q količina naelektrisanja tela koje stvara električno polje,
a r je vektor rastojanja od čestice sa naelektrisanjem Q.

Treba primetiti da je ova jednačina tačna samo u slučaju elektrostatike, odnosno, kada se ništa ne kreće u prostoru. U opštem slučaju naelektrisanja koja se pomeraju u prostoru, ova jednačina postaje jednačina Lorencove sile.

Dalje, Kulonov zakon je samo specijalan slučaj Gausovog zakona, koji je još uopšteniji opis relacije između rasporeda naelektrisanja u prostoru i rezultujućeg električnog polja. Gausov zakon je jedan od Maksvelovih jednačina, skupa četiri zakona koji predstavljaju temelje elektromagnetike.

Osobine polja[uredi - уреди]

Na osnovu jednačine iznad, električno polje svakog usamljenog naelektrisanja opada sa kvadratom rastojanja.

Električno polje podleže principu superpozicije. Ako je prisutno više od jednog naelektrisanja, rezultantno polje u bilo kojoj tački jednako je vektorskom zbiru električnih polja koje bi naelektrisanja stvarala pojedinačno u odsustvu drugih.

\mathbf{E}_{\rm ukupno} = \sum_i \mathbf{E}_i = \mathbf{E}_1 + \mathbf{E}_2 + \mathbf{E
}_3 \ldots \,\!

Ako se princip proširi na beskonačno mnogo beskonačno malih elemenata naelektrisanja, dobija se sledeća formula:


\mathbf{E} = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \int\frac{\rho}{r^2} \mathbf{\hat r}\,d^{3}\mathbf{r}

gde je \rho gustina naelektrisanja, ili količina naelektrisanja po jedinici zapremine.

Električno polje je jednako negativnom gradijentu električnog potencijala tog polja:


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

Gde skalarno polje \phi(x, y, z) predstavlja električni potencijal u datoj tački.

Uzimajući u obzir permitivnost \varepsilon sredine, koja je jednaka proizvodu permitivnosti vakuuma \varepsilon_{0} i relativne permitivnosti \varepsilon_{r} koja zavisi od sredine, dobija se polje električne indukcije:

\mathbf{D} = \varepsilon \mathbf{E} = \varepsilon_{0} \varepsilon_{r} \mathbf{E}

Vremenski promenljiva električna polja[uredi - уреди]

Naelektrisanja ne moraju da budu jedini izvori električnog polja. Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije,

\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}

gde \nabla \times \mathbf{E} predstavlja rotor električnog polja, a -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t} predstavlja vektor brzine opadanja gustine magnetnog fluksa u vremenu. To znači da magnetno polje promenljivo u vremenu stvara električno polje, koje se takođe može menjati u vremenu.

Pojava u kojoj se električno ili magnetno polje menjaju u vremenu nije više elektrostatika, već elektrodinamika ili elektromagnetika. U ovom slučaju, Kulonov zakon više ne pruža zadovoljavajuću definiciju električnog polja. Umesto toga, Gausov zakon zajedno sa Faradejevim zakonom određuju električno polje.