Elektrostatika
Elektrické pole, potenciál, napätie
Elektrické pole je fyzikálne pole, v ktorom je veličinou poľa (čiže veličinou priradenou každému bodu poľa) jeho intenzita E. V nejakom bode existuje elektrické pole, ak v tomto bode pôsobí na elektricky nabité teleso sila F.
Existuje ako:
-
elektrostatické pole (vytvorené nepohybujúcimi sa nábojmi), alebo ako
-
pole vytvorené pohybujúcimi sa nábojmi
-
elektromagnetické pole (vzniká len pri rýchlo sa meniacom magnetickom poli),
Graficky sa znázorňuje elektrickými siločiarami (indukčnými čiarami).
Podobne ako magnetické pole, aj elektrické pole sa dá definovať pomocou sily, ktorú vytvára.
- F=(1/4Πε)∙(((Q1Q2)/rⁿ)∙r), kde n=2
kde
-
je permitivita vákua;
-
Q1,Q2 sú náboje
-
je veľkosť vektora vzdialenosti oboch objektov;
-
r je jednotkový vektor vyjadrujúci smer od jedného náboja k druhému.
V sústave SI sa sila udáva v newtonoch, náboj v coulomboch a vzdialenosť v metroch. Preto má ako jednotku C²/(N·m²).
Toto bolo empiricky známe. Teraz predpokladajme, že jeden náboj je pevný a druhý premiestnime na ine miesto. Podľa tejto rovnice je sila na premiestneny náboj úmerná jeho náboju. Elektrické pole je definované ako konštanta úmernosti medzi nábojom a silou:
Táro rovnica však platí len v elektrostatike, čiže ak sa nič nehýbe. Ak by sme si pozreli všeobecnejší prípad pohybujúcich sa nábojov, rovnica by sa zmenila na Lorentzovu rovnicu
Lorentzova sila je sila pôsobiaca na náboj alebo vodič v elektromagnetickom poli.
Bežne sa sa však ako Lorentzova sila označuje len príspevok magnetickej sily:
-
sila
-
elektrický náboj
-
rýchlosť náboja
-
intenzita elektrického poľa
-
magnetická indukcia
-
vektorový súčin
Rozdelenie magnetických a elektrických príspevkov závisí od vzťažnej sústavy. Pri správne zvolenej vzťažnej sústave možno silu elektrického poľa zanedbať.
Elektrický potenciál je skalárna veličina, ktorá popisuje potenciálnu energiu jednotkového elektrického náboja v nemennom elektrickom poli. Ide teda o potenciál elektrického poľa, tzn. množstvo práce potrebné na prenesenie jednotkového elektrického náboja zo vzťažného bodu, ktorému je prisúdený nulový potenciál, do daného miesta. Za miesto s nulovým potenciálom (vztažný bod) sa obvykle berie buď nekonečne vzdialený bod (bežné u iných potenciálov, u elektriny obvykle iba v teoretických úlohách), alebo povrch Zeme.
Značenie
-
Značka: φ
-
Základná jednotka- volt, skratka: V
Výpočet
Keďže elektrický potenciál vyjadruje elektrostatickú potenciálne energiu na jednotku náboja, je možné ho vyjadriť ako
- ,
kde UE je elektrostatická potenciálna energia nabitého telesa a Q je jeho náboj.