Co to jest pole elektryczne?

Pole elektryczne można uznać za strefę wpływu obiektu naładowanego elektrycznie. Wszystko, co ma ładunek elektryczny, wpłynie na inne naładowane ciała i będzie na nie wpływać. Jeśli dwa naładowane obiekty zostaną umieszczone wystarczająco blisko siebie, każdy z nich doświadczy mierzalnej siły działającej na niego. Pole ma teoretycznie nieskończony zasięg, ale jego wielkość maleje wraz z odległością od źródła zgodnie z odwrotnym prawem kwadratowym. Oznacza to, że jeśli odległość jest podwojona, siła pola jest dzielona przez cztery, a przy trzykrotnej odległości siła jest dzielona przez dziewięć i tak dalej; dlatego pole staje się znikome na dużych odległościach.

Ponieważ ładunek elektryczny może być dodatni lub ujemny, pole elektryczne jest polem wektorowym, co oznacza, że ​​ma zarówno kierunek, jak i wielkość. Dwa elektrycznie naładowane obiekty doświadczą siły odpychającej, jeśli mają ten sam rodzaj ładunku i siły przyciągającej, jeśli mają różne rodzaje ładunku. Siła odczuwana przez naładowany przedmiot w polu elektrycznym może być obliczona jako F = Eq, gdzie F to siła w niutonach, E to pole elektryczne w woltach na metr (v / m), a q to ładunek w kulombach. To równanie można zmienić, aby uzyskać natężenie pola, E, w woltach na metr: E = F / q. Te przykłady dotyczą małych, punktowych obiektów; w przypadku bardziej złożonych lub wielokrotnych naładowanych ciał obliczenia są bardziej skomplikowane.

Kierunek pola elektrycznego jest definiowany jako kierunek, w którym siła elektryczna byłaby odczuwana przez obiekt z ładunkiem dodatnim umieszczonym w polu. Zatem pole wskazywałoby na ładunek dodatni w kierunku ładunku ujemnego, ponieważ podobne ładunki odpychają, a inne ładunki przyciągają. W przypadku dwóch ciał o tym samym typie ładunku każde z nich doświadczyłoby siły - obliczalnej równaniem F = Eq - skierowanej od drugiego obiektu. I odwrotnie, w przypadku dwóch przeciwnie naładowanych ciał każde z nich doświadczyłoby siły skierowanej na drugi obiekt.

Linię pola elektrycznego można narysować strzałką skierowaną w stronę przeciwną do ładunku dodatniego i skierowaną w stronę ładunku ujemnego. Tak więc dodatnio naładowany obiekt zostałby przedstawiony z liniami pola skierowanymi od niego we wszystkich kierunkach, a ujemnie naładowanym obiektem z zbiegającymi się liniami pola. Jest to jednak tylko konwencja i nie oznacza, że ​​coś fizycznie wskazuje na konkretny kierunek.

Koncepcja pola elektrycznego opisana powyżej jest częścią „klasycznej” fizyki. Klasyczny opis dobrze sprawdza się w codziennych zastosowaniach, ale nie wyjaśnia, co się dzieje, gdy naładowane obiekty przyciągają się lub odpychają. Gałąź teorii kwantowej znana jako elektrodynamika kwantowa (QED), próbuje to zrobić w kategoriach wymiany fotonów, nośników siły elektromagnetycznej.