Električno polje

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet · Magnetizam
Elektrostatika
Električni naboj · Coulombov zakon · Električno polje · Električni tok · Gaussov zakon · Električni potencijal · Elektrostatska indukcija · Električni dipolni moment · Gustoća polarizacije
Prikaz električnog polja koje okružuje pozitivni (crveno) i negativni (plavo) električni naboj.
Način rada elektroskopa s kuglicom.

Električno polje je prostor u kojem električni naboj djeluje privlačnom (odnosno odbojnom) silom na drugo električno tijelo. Električki nabijena tijela okružena su električnim poljem. Teorijski se to polje prostire u beskonačnost, a praktički je ono vrlo maleno. Smjer u kojem djeluje električna sila pokazuju električne silnice. Veličina koja opisuje jakost djelovanja električnoga polja na električne naboje naziva se jakost električnoga polja i označuje se slovom E. To je vektorska veličina kojoj je iznos jednak sili F proizvedenoj na pozitivni jedinični naboj Q, a njezin se smjer podudara sa smjerom sile.

Nasuprot teoriji međusobnoga djelovanja električnih naboja na udaljenosti (Coulombov zakon), M. Faraday je uvođenjem pojma električnoga polja postavio novu teoriju djelovanja u blizini. Električno polje može se predočiti električnim silnicama: krivuljama kojima tangente u svakoj točki krivulje pokazuju smjer jakosti polja; gustoća je silnica na svakome mjestu razmjerna iznosu jakosti polja. Električne silnice u elektrostatskome polju izlaze iz pozitivno nabijenih tijela, a poniru na negativno nabijena tijela. U elektrostatskim prilikama unutar vodljivoga (na primjer metalnog) tijela nema električnoga polja, a naboji se zadržavaju samo na njegovoj površini, gdje miruju. Kada električni naboji miruju ili se gibaju jednolikom brzinom, električno se polje promatra zasebno i neovisno o magnetnom polju. No ako se električno i magnetsko polje mijenjaju, onda se moraju promatrati zajedno kao elektromagnetsko polje. Klasičnu teoriju elektromagnetskih polja postavio je J. C. Maxwell. [1]

Jakost električnoga polja[uredi VE | uredi]

Jakost električnoga polja (oznaka E) je vektorska fizikalna veličina koja opisuje djelovanje električne sile F na česticu električnoga naboja Q, a jednaka je količniku električne sile i električnoga naboja čestice:

Mjerna je jedinica jakosti električnoga polja volt po metru (V/m) ili njutn po kulonu (N/C). [2]

Objašnjenje[uredi VE | uredi]

Najjednostavnije je homogeno električno polje koje vlada između dviju suprotno nabijenih metalnih ploča. Stavimo li između tih ploča osjetljiv elektroskop, otklon njegovih niti bit će uvijek isti, pa je prema tome ista jakost električnoga polja. Mijenjamo li električni napon između njegovih ploča, mijenjat će se i otklon niti elektroskopa, a isto tako i jakost električnoga polja.

Jakost električnog polja E između električno nabijenih ploča ovisna je o električnom naponu U koji između njih vlada i o udaljenosti d između ploča. Ako napon povećamo dvostruko, a isto tako i razmak između ploča, jakost električnog polja se neće promijeniti. Jakost električnog polja se neće također promijeniti ako napon smanjimo na polovinu i razmak između ploča. Neka je na primjer u prvom slučaju napon 200 V, a razmak između ploča 4 cm. U drugom slučaju neka je napon 100 V, a razmak između ploča 2 cm, pa je jakost električnog polja E, to jest omjer između električnog napona U i razmaka d uvijek ista ili:

U ovom primjeru imamo jedinicu jakosti električnog polja V/cm. Međutim u Međunarodnom sustavu mjernih jedinica, mjerna jedinica jakosti električnog polja je V/m:

Električno polje ima mjernu jedinicu jakosti električnog polja 1 V/m ako se na udaljenosti od 1 metar u smjeru silnica električni napon promijeni za 1 volt. [3]

Definicija[uredi VE | uredi]

Prikaz električnog polja između dva točkasta naboja.

Dovedemo li na osamljenu metalnu kuglu polumjera R količinu pozitivnog električnog naboja Q, pokus će pokazati da naboj Q djeluje električnom silom na probni naboj q u prostoru oko kugle, gdje je sila odbojna ako su naboji istog predznaka, odnosno privlačna ako su naboji suprotnog predznaka. Električna sila je najveća u neposrednoj blizini kugle i smanjuje se s udaljenošću. Povežemo li veličinu sile sa gustoćom zamišljenih silnica koje izviru iz kugle nabijene električnim nabojem Q, tada možemo gustoću silnica na samoj površini definirati kao omjer naboja i površine kugle polumjera :

a gustoću silnica na sfernoj površini na udaljenosti r od središta nabijene kugle:

Rezultati pokusa bi pokazali da je sila razmjerna gustoći silnica u promatranoj točki u prostoru i količini naboja q te da opada s kvadratom udaljenosti sukladno smanjenju gustoće silnica kako slijedi:

što možemo zapisati i kao:

Uvođenjem pojma dielektričke konstante vakuuma:

sila F se može izraziti odgovarajućom veličinom u njutnima (N), gdje je 1 kulon (C)= 1 A s:

Razmatramo li omjer sile F i naboja q, definira se jakost električnog polja, kao posebnog energetskog stanja u prostoru oko kugle, kao veličinu sile po jediničnom naboju +q = 1 As na udaljenosti r od središta nabijene kugle:

gdje je apsolutna vrijednost vektora položaja , a je dielektrična konstanta vakuuma, a električno polje je pozitivno za pozitivan naboj Q. Električno polje je vektorsko polje i može se predočiti silnicama. Izvori električnog polja su pozitivni električni naboji, a ponori negativni naboji.

Sila je najjača u vakuumu, a slabija u svim drugim sredstvima:

gdje je: εrrelativna dielektrična permitivnost nekog sredstva ili tvari, ε - dielektrična permitivnost (ili samo permitivnosti) tvari.

Energija električnog polja[uredi VE | uredi]

Električno polje u sebi sadržava energiju. Gustoća energije sadržane u električnom polju jest:

gdje je:

  • - gustoća energije,
  • - dielektrična konstanta vakuuma,
  • r- elativna dielektrična konstanta tvari u kojem djeluje električno polje,
  • - električno polje (kvadrat električnog polja znači da se električno polje skalarno množi samo sa sobom, pa je on identički jednak kvadratu apsolutne vrijednosti električnog polja)

Ukupna energija električnog polja sadržana u volumenu V je stoga:

gdje je U - energija električnog polja, a dV - element volumena.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. električno polje, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
  2. jakost električnoga polja, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
  3. Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.

Vidi još[uredi VE | uredi]