Elektriskais lauks

Elektriskā lauka intensitāte 

Kā mēs noskaidrojām iepriekš, punktveida elektrisko lādiņu mijiedabību apraksta Kulona likums. Šajā likumā lādiņu vērtības ieiet simetriski, bet bieži vien ir ērti iedomāties, ka viens no lādiņiem rada ap sevi elektrisko lauku, kurš savukārt iedarbojas uz otro lādiņu. No šī skatpunkta elektrisko lauku raksturo tikai tā lādiņa īpašības, kurš šo lauku ir radījis, bet ne tā lādiņa īpašības, kas šo lauku ''izjūt''.

Elektriskajam laukam piemīt vairākas īpašības, bet pievērsīsimies vienai no tām. Elektriskā lauka intensitāte ($E$) raksturo lauku izvēlētajā telpas punkā un ir skaitlisiski vienāda ar spēku, kas darbotos uz vienības punktveida testa lādiņu, ja to novietotu dotajā telpas punktā. Matemātiski elektriskā lauka intensitāti definē kā

$\overrightarrow{E} =\frac{\overrightarrow{F}}{q}$ .

Pievērsiet uzmanību tam, ka $E$ ir vektoriāls lielums — to raksturo ne tikai skaitliskā vērtība, bet arī virziens. $E$ virzienu nosaka pēc Kulona spēka virziena, kas darbotos uz pozitīvo testa lādiņu. Ja testa lādiņš ir negatīvs, $E$ un $F$ vektori ir pretēji vērsti (1. attēls).

1.att.

Ja telpā pastāv elektriskais lauks, tad nostājoties kādā telpas puntā un visu laiku pārvietojoties lauka virzienā, mēs iezīmēsim kādu līniju, ko sauc par spēka (lauka) līniju. Atkarībā no izvēlētā sākotnējā telpas punktā, var iezīmēt bezgala daudz spēka līniju (2. attēls).

2.att.

Ap punktveida lādiņu lauks ir sfēriski simetrisks: spēka līinjas ir stari, kas iziet no pozitīvā lādiņa vai ieiet negatīvajā (3. un 4. attēls).

3.att.

4.att.

Izmantojot Kulona likumu, var secināt, ka lauka intensitātes modulis ap punktveida lādiņu $Q$ ir

$E=\frac{F}{q}=(k\frac{Qq}{r^2})\frac{1}{q}=k\frac{Q}{r^2}$,

kur $Q$ ir lādiņš, kas rada lauku, un r ir attālums no šī lādiņa līdz novērošanas punktam. Tieši tāda pati spēka līniju aina un $E$($r$) matemātiskā atkarība būs arī tad, ja punktveida lādiņu aizvieto ar ladēto sfēru. Šeit tomēr ir jābūt uzmanīgam: ja ladētā sfēra pati atrodas ārējā elektriskajā laukā, un elektroni tajā spēj brīvi pārvietoties, sfēras radītais lauks var atšķirties no apskatītā.

Elektrostatiskā lauka līnijām ir sekojošas īpašības:

• tās sākas uz pozitīviem lādiņiem vai uz bezgalības;
• tās beidzas uz negatīviem lādiņiem vai uz bezgalības;
• jo blīvāk tās ir izvietotas ap kādu telpas punktu, jo stiprāks šajā punktā ir lauks.