7.3 השדה החשמלי
(Electric fields)
נתבונן מחדש בחוק קולון מזווית ראיה שונה. הכוח שמפעיל מטען QA על מטען QB מחושב על פי:
ניתן לומר שכוח זה הוא תוצאה של שני גורמים:
המטען QB עצמו והגודל
לגודל האחרון קוראים בשם
השדה החשמלי ומסמנים אותו באות E.כתוצאה מנוכחות מטענים חשמליים רוכשת הסביבה תכונה מיוחדת המאפשרת את פעולת הכוחות החשמליים. תכונה זו נקראת בשם שדה חשמלי.
כל מטען חשמלי יוצר בסביבתו שדה חשמלי. עצמת השדה החשמלי, בדומה לכוח החשמלי בין מטענים, היא החזקה ביותר בקרבת המטען ונחלשת ככל שמתרחקים מן המטען. עצמת השדה החשמלי בנקודה מסוימת מוגדרת כאותו כוח ליחידת מטען הפועל על מטען המונח באותו המקום. וקטור עצמת השדה החשמלי בנקודה מסוימת מסומן באות
וכיוונו הוא ככיוון וקטור הכוח
באותה הנקודה. כפי שמתואר בנוסחה 7.2.
(7.2)
כאשר:
- וקטור עוצמת השדה החשמלי הפועל על יחידת מטען Q [N/C]
- וקטור הכח הפועל על יחידת המטען Q [N]Q גודל המטען - ע[C]
כדי לבדוק את עצמת השדה החשמלי שיוצר מטען כלשהו, יש להציב מטען בוחן בנקודה הנבדקת במרחב, שזהו מטען קטן מאוד בעל ערך כזה שאינו משפיע על השדה החשמלי בקרבתו, ולמדוד את וקטור הכוח הפועל עליו (מקובל להשתמש במטען בוחן חיובי).
נבדוק מהי השפעת השדה החשמלי בנקודה X בהשפעת מטען חשמלי. לצורך כך, נניח בנקודה X מטען בוחן ונבדוק את השפעת השדה החשמלי באותה נקודה.
נסמן את מטען הבוחן שמצוי בנקודה x ב- q. על פי חוק קולון:
מהגדרת עצמת השדה החשמלי:
כלומר עצמת השדה החשמלי הנוצרת בנקודה X, כתוצאה מנוכחות מטען יחיד, מצויה ביחס ישר לגודל המטען Q וביחס הפוך לריבוע המרחק מן המטען ועד לנקודה X. כפי שרשום במשוואה 7.3.
(7.3)
כאשר:
- הגודל של עצמת השדה החשמלי בנקודה X [N/C]k - קבוע התאמה התלוי במערכת היחידות, שבה עובדים. ערכו במערכת היחידות הסטנדרטית, הנהוגה
בספר זה, הוא
Q – גודל המטען [C]
r – המרחק מהמטען Q לנקודה X [m]
הערה:
במערכת המכילה כמה מטענים נקודתיים, כל מטען תורם את חלקו להיווצרות שדה בנקודה X כלשהי. וקטור עוצמת השדה החשמלי באותה נקודה, יהיה שווה לסכום הווקטורי של כל עצמות השדה החשמלי שתרמו כל המטענים במערכת.