3.1.2. Ηλεκτρικό πεδίο Δυνάμεις από απόσταση

Ηλεκτρικό πεδίο Ήταν ο πρώτος που εισήγαγε την έννοια του ηλεκτρικού (και μαγνητικού) πεδίου και την έννοια των δυναμικών γραμμών. Michael Faraday (1791-1867)

Ηλεκτρικό πεδίο δοκιμαστικό φορτίο Ηλεκτρικό πεδίο ονομάζουμε τον χώρο μέσα στον οποίο όταν βρεθεί ηλεκτρικό φορτίο δέχεται ηλεκτροστατική δύναμη. Για να διαπιστώσουμε πειραματικά την ύπαρξη του ηλεκτρικού πεδίου χρησιμοποιούμε ένα θετικό σημειακό ηλεκτρικό φορτίο που ονομάζουμε δοκιμαστικό φορτίο

Ένταση ηλεκτρικού πεδίου Διανυσματικό μέγεθος; Μέτρο-διεύθυνση-φορά. H ένταση ηλεκτρικού πεδίου σε ένα σημείο P είναι το διανυσματικό μέγεθος που ορίζεται σαν το πηλίκο της δύναμης που ασκείται πάνω σε θετικό δοκιμαστικό φορτίο (q) προς το φορτίο αυτό. Μονάδα μέτρησης 1 Ν/C 1 V/m

Μέτρο έντασης ηλεκτρικού πεδίου Στην περίπτωση που το πεδίου δημιουργείται από ακίνητο σημειακό φορτίο ισχύει ο νόμος του Coulomb. Άρα η F υπολογίζεται από τον τύπο. + r Q q F + r Q q E r Q q + E –

Διεύθυνση και φορά έντασης ηλεκτρικού πεδίου Προφανώς η ένταση σε ένα σημείο του πεδίου έχει την ίδια διεύθυνση και φορά με την δύναμη που θα ασκηθεί σε θετικό δοκιμαστικό φορτίο όταν τοποθετηθεί στην θέση αυτή. + r Q q E E r Q q + -

Θεωρητικά το ηλεκτρικό πεδίο ενός φορτίου επεκτείνεται μέχρι το άπειρο. Πρακτικά όμως μηδενίζεται σε κάποια απόσταση (που μπορεί να είναι και μερικά εκατοστά) από το φορτίο και τα σημεία αυτά τα ονομάζουμε άπειρο.

Δυναμικές γραμμές Οι δυναμικές γραμμές σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η ένταση του πεδίου να είναι εφαπτόμενη σε κάθε σημείο τους. Δυναμική γραμμή ηλεκτρικού πεδίου λοιπόν λέμε κάθε υποθετική(νοητή) γραμμή μέσα στο πεδίο, σε κάθε σημείο της οποίας το διάνυσμα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου είναι εφαπτόμενο σε αυτή και έχει τη φορά της.

Δυναμικές γραμμές Οι δυναμικές γραμμές σχεδιάζονται έτσι ώστε από την μορφή τους να προκύπτουν συμπεράσματα για το πεδίο: Οι δυναμικές γραμμές είναι ανοικτές, ξεκινούν από θετικά φορτία και καταλήγουν σε αρνητικά. Όπου οι δυναμικές γραμμές είναι πυκνότερες το πεδίο είναι ισχυρότερο. Οι δυναμικές γραμμές δεν τέμνονται ούτε εφάπτονται.

Ηλεκτρικό πεδίο θετικού σημειακού φορτίου Πως σχεδιάζουμε τις δυναμικές γραμμές πεδίου σημειακού ηλεκτρικού φορτίου σε δύο διαστάσεις; +

Ηλεκτρικό πεδίο αρνητικού σημειακού φορτίου Πως σχεδιάζουμε τις δυναμικές γραμμές πεδίου σημειακού ηλεκτρικού φορτίου σε δύο διαστάσεις; –

Δυναμικές γραμμές σημειακού φορτίου Ηλεκτρικό πεδίο αρνητικού φορτίου Ηλεκτρικό πεδίο θετικού φορτίου

Δυναμικές γραμμές σημειακού φορτίου Ασθενές πεδίο Ισχυρό πεδίο

Δυναμικές γραμμές ηλεκτρικού πεδίου δύο σημειακών φορτίων (Στο επίπεδο που ορίζεται από τα δύο σημειακά φορτία) ετερώνυμα ομώνυμα

Κατηγορίες πεδίων Σε σχέση με τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης Σε σχέση με τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης Πεδία συντηρητικών δυνάμεων Πεδία μη συντηρητικών δυνάμεων Σε σχέση με την ένταση του πεδίου Ετερογενές Ομογενές

Ετερογενές- ομογενές ηλεκτρικό πεδίο Ετερογενή πεδία είναι αυτά για τα οποία η ένταση του πεδίου είναι διαφορετική σε κάθε σημείο του πεδίου. Ομογενή πεδία είναι αυτά για τα οποία η ένταση του πεδίου είναι σταθερή σε κάθε σημείο του πεδίου. Τα ομογενή πεδία περιγράφονται με παράλληλες και ισαπέχουσες δυναμικές γραμμές

Superposition of Forces Applet

Ομογενές ηλεκτρικό πεδίο Στην κεντρική περιοχή των δύο πλακών το ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές. Οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες και ισαπέχουν δείχνοντας έτσι ότι η ένταση του πεδίου έχει την ίδια τιμή και την ίδια κατεύθυνση σε όλα τα σημεία του πεδίου. Το πεδίο αυτό θεωρείται τοπικά ομογενές.