Câmp electric

Pentru alte sensuri, vedețiCâmp (dezambiguizare).

Punerea în evidență a liniilor de câmp electric. Un electrod conectat la o mașină de inducție electrostatică este plasat într-un recipient cu ulei. Întrucât uleiul este un dielectric, atunci când curentul împinge sarcini electrice în electrod, particulele se aranjează în așa fel încât prezintă liniile de forță ale câmpului electric.

Înfizică,princâmp electricse înțelegecâmpul fiziccare înconjoară o particulăîncărcată electricși care exercităforțăasupra oricărei alte particule încărcate cu sarcină electrică aflată în spațiul în care câmpul electric se manifestă.

Unitatea de măsurăa câmpului electric este V/m (voltpemetru). Această unitate este echivalentă cu N/C (newtonpecoulomb). Matematic, câmpul electric este un câmpvectorialavând asociat în fiecare punct din spațiu un vector.

Conceptul decâmp electrica fost introdus deMichael Faradayși preluat de Maxwell care a formulat cantitativ acest concept.

Exemple

Câmpul produs de două sarcini punctiforme, egale ca mărime dar de semn contrar. Punctul roșu reprezintă sarcina pozitivă, iar cel verde sarcina negativă.

Un exemplu elementar este câmpul electric produs de o sarcină punctiformă. Intensitatea acestui câmp electric este direct proporțională cu mărimea sarcinii care generează câmpul și descrește invers proporțional cu pătratul distanței de la aceasta.

Un alt exemplu de câmp electric este spațiul dintre două plăci metalice paralele (care formează un condensator electric) între care se aplică otensiune.Dacă plăcile metalice au o întindere infinită (în două dimensiuni), atunci câmpul electric dintre ele este uniform, are intensitatea egală cuU/d(U:tensiunea aplicată;d:distanța dintre plăci), orientarea perpendiculară pe plăci și sensul de la placa pozitivă la cea negativă. Un miccorpîncărcat electric pozitiv plasat între cele două plăci va fi supus unei forțe electrice orientate spre placa negativă. Un alt exemplu: Câmpul electric are proprietatea de a acționa asupra corpurilor electrizate.

Câmpul electric produs de o sarcină punctiformă

Articol principal:Intensitate a câmpului electric.

Câmpul electric este caracterizat cantitativ prin mărimea intensitate a câmpului${\vec {E}}$definită ca raportul dintreforța electrică coulombianăla care este supusă o particulă încărcată electric șisarcinaacestei particule:

${\vec {E}}={\frac {\vec {F}}{q}}$

unde

$\scriptstyle {\vec {F}}$este forța electrică,

$\scriptstyle q$este mărimea sarcinii test

Câmpul creat de o sarcină punctiformă aflată în repaus este dat delegea lui Coulomb:

${\vec {E}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {Q}{r^{2}}}{\vec {\hat {r}}}$

unde

$\scriptstyle Q$este sarcina care creează câmpul electric

$\scriptstyle r$este distanța de la sarcinaQla punctul unde se calculează câmpul electric,

$\scriptstyle {\vec {\hat {r}}}={\frac {\vec {r}}{r}}$esteversorulorientat de la sarcinaQspre punctul unde se calculează câmpul electric,

$\scriptstyle \varepsilon _{0}$estepermitivitateavidului.

Legea luiCoulombeste un caz particular al legii luiGauss,care este și una dinecuațiile lui Maxwell.

Energia câmpului electric

Energiaînmagazinată în câmpul electric într-un volum V este:

$W_{e}={\frac {1}{2}}\int _{V}{\vec {D}}\cdot {\vec {E}}d{\mathit {V}}={\frac {1}{2}}\int _{V}\varepsilon E^{2}d{\mathit {V}}$

Deplasarea unei sarcini electrice în câmp electric

Se considerăcâmpul electricgenerat desarcinaQ,în care se deplasează sarcina sondă$q_{0}$. Lucrul mecanicefectuat deforța electrostaticăce acționează asupra sarcinii sondă este:

$L_{AB}=\int _{A}^{B}{\vec {F_{0}}}\cdot d{\vec {R}}={\frac {Qq_{0}}{4\pi \epsilon }}\int _{A}^{B}{\frac {{\vec {R}}\cdot d{\vec {R}}}{R^{3}}},$

unde

• ${\vec {R}}=x{\vec {i}}+y{\vec {j}}+z{\vec {k}}=$vectorul de poziție al sarcinii$q_{0}$,considerate punctuale;
• $d{\vec {R}}=dx\cdot {\vec {i}}+dy\cdot {\vec {j}}+dz\cdot {\vec {k}}=$vectorul deplasare al sarcinii;
• $\epsilon =$permitivitateamediului.

Se obține:

$L_{AB}={\frac {Qq_{0}}{4\pi \epsilon }}\int _{A}^{B}{\frac {dR}{R^{2}}}={\frac {Qq_{0}}{4\pi \epsilon }}\left({\frac {1}{R_{a}}}-{\frac {1}{R_{b}}}\right).$

Cu notația:

$V={\frac {1}{4\pi \epsilon }}{\frac {Q}{R}},$

formula anterioară evidențiază diferența de potențial electric intre două puncte diferite situate în câmp electric:

$L_{AB}=-q(V_{B}-V_{A})=qU$

unde

• U = diferența de potențial dintre puncteleAșiB;
• r = distanța de la sarcinaQpână la punctul considerat.

Punctele cu același potențial constituie osuprafață echipotențială.

Bibliografie

• V. NovacuElectrodinamicaEditura didactică și pedagogică-București 1966
• Vasile Tutovan,Electricitate și magnetism,vol I, Editura Tehnică, 1984

Legături externe

• ro(video) Cursul MIT de electricitate și magnetism, Câmpul electric (subtitrare în limba română)
• Fizica cl VIII