Elektra kampo

En fiziko, elektra kampo aŭ E-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

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 permitiveco de vakuo;
• $q_{1}$ 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 $\varepsilon _{0}$ 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:

$\mathbf {F} ={1 \over 4\pi \varepsilon \varepsilon _{0}}{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}\mathbf {\hat {r}}$

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

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 ŝargodenso, 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

• Ekvacioj de Maxwell
• Elektromagnetismo
• Elektrostatiko
• Elektrodinamiko
• Elektra indukdenso
• Magnetismo

• 
  Elektra kampo de punkta ŝargo Q je punkto P, necesas konsideri ${\vec {\Delta r}}$
• 
  Linioj de elektra kampo per pozitiva ŝargo
• 
  Linioj de elektra kampo per negativa ŝargo
• 
  Kampo-linioj per du ŝargoj de malsamaj signoj

Vidu ankaŭ

• Kondensatoro