Elektra kampo

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Saltu al: navigado, serĉo

En fiziko, elektra kampoE-kampo estas efiko produktita de elektra ŝargo per forto sur alia ŝargita objekto. La unuo de la intenso de elektra kampo estas neŭtono/kulombo aŭ ekvivalente volto/metro. Elektraj kampoj komponiĝas el fotonoj kaj entenas elektran energion kun energia denseco proporcia al la kvadrato de la kampa intenso. Je statika kazo, la elektra kampo komponiĝas el virtualaj fotonoj interŝanĝataj de la elektre ŝargitaj partikloj kreantaj la kampon. Je dinamika kazo, la elektra kampo estas akompanata de magneta kampo, de fluo de energio, kaj de realaj fotonoj.

Difino kaj derivado[redakti | redakti fonton]

La matematika difino de la elektra kampo disvolviĝas tiel: leĝo de Kulombo donas la forton inter du punktaj ŝargoj (infinitezime malgrandaj ŝargitaj objektoj) kiel


\mathbf{F} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{q_1 q_2}{r^2}\mathbf{\hat r}

kie

  • \varepsilon_0 (prononcata kiel epsilon-nulo) estas fizika konstanto, la permitivo de sena spaco;
  • q_1 kaj q_2 estas elektraj ŝargoj de la objektoj;
  • r estas la grando de la disiĝa vektoro inter la objektoj;
  • \hat r estas la unuobla vektoro de la direkto de unu ŝargo al la alia.

En la SI sistemo de unuoj, forto doniĝas en neŭtonoj, ŝargo en kulomboj, kaj distanco en metroj. Tiel la unuoj de \epsilon_0 estas C²/Nm².

Se la ŝargoj situas en malfinia dielektra medio kun ia relativa permitiveco ε, la dielektra permitiveco (= ε ε0) anstataŭas ε0 en la formulo:


\mathbf{F} = {1 \over 4 \pi  \varepsilon \varepsilon_0}\frac{q_1q_2}{r^2}\mathbf{\hat r}

Supozu ke unu el la ŝargoj estas fiksita (Q), kaj la alia estas movebla "testa" ŝargo (q). Notu ke laŭ tiu ĉi ekvacio, la forto sur la testa objekto estas proporcia al ties ŝargo. La elektra kampo difiniĝas kiel la proporcia konstanto inter ŝargo kaj forto:


\mathbf{F} = q\mathbf{E}

\mathbf{E} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{Q}{r^2}\mathbf{\hat r}
(1)

Tamen notu, ke tiu ĉi ekvacio validas nur en la kazo de elektrostatiko, tio estas, kiam nenio moviĝas. La pli ĝenerala kazo de movaj ŝargoj kaŭzas, ke tiu ĉi ekvacio fariĝu la ekvacio de Lorentz.

La supra alinio povas esti ruza per la sugesto ke ĝi povus temi pri elektrodinamiko pro mencio de "movebla testa" ŝargo; tamen, estas grave memori, ke la malsameco inter "movebla" kaj "movanta". "Movebla" ŝargo signifas ke la ŝargo moviĝas kaj tiam restas senmova dum mezurado de la forto.

En la kazo de elektrostatiko, kie la rapido de ambaŭ partikloj estas nulo, la supera ekvacio validas.

Ecoj[redakti | redakti fonton]

Laŭ ekvacio (1) supren, elektra kampo estas dependa de loko. La elektra kampo de sola ŝargo forfalas laŭ la kvadrato de la distanco for de tiu ŝargo.

Elektraj kampoj sekvas laŭ la superpozicia principo. Se pli ol unu ŝargo ĉeestas, la tuta elektra kampo ĉe ajna punkto egalas la vektoran sumon de la respektivaj elektraj kampoj, kiujn ĉiu aparta ŝargita objekto kreas sen la aliaj.

E_{tut} = E_1 + E_2 + E_3 \ldots \,\!

Se tiu ĉi principo etendiĝas al infinita nombro de infinitezime malgrandaj eroj da ŝargo, la sekva ekvacio rezultas


\mathbf{E} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \int\frac{\rho}{r^2} \mathbf{\hat r}\,d^{3}\mathbf{r}
 \ ,

kie ρ estas ŝarga denso, aŭ la kvanto de ŝargo en unuobla volumeno.

La elektra kampo egalas al la negativo de la gradiento de la elektra potencialo V:

\mathbf{E} = - \nabla V . \

Se kelkaj space distribuitaj ŝargoj generas tian elektran potencialon, ekz en solido, gradiento de elektra kampo povas difiniĝi.

Rilataj Ligoj[redakti | redakti fonton]


Vidu ankaŭ[redakti | redakti fonton]