Natężenie pola elektrostatycznego jest to stosunek siły do wartości ładunku próbnego i dla ładunku Q wyraża się wzorem:

E=$\frac{F}{q}$=$\frac{1}{4\prod E}$∙$\frac{Q}{r \bullet r}$ wymiary natężenia pola to $\frac{N}{C}$ czyli $\frac{V}{m}$

Ładunek punktowy to obiekt fizyczny o właściwościach punktu geometrycznego obdarzony różnym od zera ładunkiem elektrycznym. Natężenie pola jest skierowane od ładunku dodatniego do ujemnego.

Zasada superpozycji dla pola elektrycznego- pole elektryczne w danym punkcie wynikające z oddzielnych rozkładów ładunku jest sumą wektorową pól pochodzących od poszczególnych rozkładów. Jeżeli rozkład ładunku jest ciągły możemy obliczyć pole wytworzone w jakimś punkcie P dzielącym ładunek na małe elementy dq: dE=$\frac{F}{q}$=$\frac{1}{4\prod E}$∙$\frac{dQ}{r \bullet r}$. E=∫dE.

Napięcie i potencjał w polu elektrycznym:

Wartość potencjału pola elektrycznego w danym punkcie pola o natężeniu E jest określona pracą, jaką wykonują siły przenosząc jednostkowy ładunek dodatni z danego punktu pola do nieskończenie oddalonego punktu (poza granice pola). Jeżeli pole jest wytworzone przez punktowy ładunek dodatni q, w środowisku o bezwzględnej przenikalności elektrycznej ε, to w odległości r od ładunku pole ma potencjał:

Φ=$\int_{r}^{\infty}{Edr = \frac{q}{4\prod \bullet \varepsilon}}$ $\int_{r}^{\infty}\frac{\text{dr}}{r \bullet r} = \frac{q}{4\prod \bullet \varepsilon \bullet r}$

Przenosząc ładunek dodatni q z jednego punktu pola o natężeniu E do drugiego na drodze s, pole wykonuje prace L równą różnicy potencjałów tych punktów:

L=q∫Eds=q(φ1-φ2)

W stacjonarnym polu elektrycznym praca potrzebna do przemieszczenia ładunku nie zależy od drogi, po której przemieszcza się ładunek, lecz jedynie od potencjału początkowego i końcowego. Takie pole nazywa się bezwirowym lub potencjalnym. Różnicę potencjałów pomiędzy dwoma punktami pola elektrycznego nazywa się napięciem:

U=∫₁²Eds = φ1 − φ2 . jednostką napięcia jest wolt.

Oddziaływanie pola elektrycznego na ładunki.

Pole elektryczne- stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna. Ładunek poruszający się wytwarza nie tylko pole elektryczne, ale również pole magnetyczne. W ogólności oba te pola nie mogą być traktowane oddzielnie, mówi się wtedy o polu elektromagnetycznym. Podstawowymi prawami opisującymi pole elektromagnetyczne są równania Maxwella.

Wielkości opisujące pole elektryczne

Natężenie pola elektrycznego

Natężenie pola elektrycznego jest podstawową wielkością opisującą pole elektryczne (i niekiedy samo jest nazywane krótko polem elektrycznym). Jest to wielkość wektorowa , zdefiniowana w danym punkcie pola jako stosunek siły F wywieranej przez pole na ładunek próbny q, umieszczony w tym punkcie pola, do wartości tegoż ładunku q:

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

Ładunek, za pomocą którego określa się pole, musi być na tyle mały, by nie zmieniać rozkładu ładunków w otaczającej go przestrzeni.

Potencjał pola elektrycznego

Inną wielkością opisującą pole elektryczne jest potencjał pola elektrycznego. Potencjał jest polem skalarnym, zdefiniowanym w każdym punkcie pola elektrycznego jako stosunek energii potencjalnej Ep ładunku próbnego q umieszczonego w tym punkcie do wartości tegoż ładunku q:

Energia pola elektrycznego

W polu elektrycznym zgromadzona jest energia. Jest ona równa pracy potrzebnej do ułożenia układu ładunków wytwarzających dane pole elektryczne, można więc stwierdzić, że energia potencjalna układu ładunków jest równoważna energii w wytworzonym przez nie polu elektrycznym.

Gęstość energii pola elektrycznego (energia zawarta w jednostce objętości) wyraża się przez:

.

Właściwości pola elektrycznego

Zasada superpozycji

W ośrodkach jednorodnych i anizotropowych siła pochodząca od kilku pól elektrycznych jest wektorową sumą sił, jakie wytwarza każde z tych pól. Możliwość sumowania wkładów od wielu pól jest dziedziczona przez wielkości opisujące pole elektryczne, takie jak natężenie pola elektrycznego, czy jego potencjał.

Zachowawczość pola elektrycznego

Siły elektryczne wytworzone przez spoczywające lub poruszające się ruchem jednostajnym ładunki, są zachowawcze, czyli praca wykonana przy przesunięciu ładunku w polu elektrycznym na drodze zamkniętej jest równa zeru. Często krótko nazywa się zachowawczym samo pole elektryczne ładunków spoczywających zwane polem elektrostatycznym.

Wynikiem zachowawczości pola elektrycznego jest jego Potencjalność, czyli istnienie energii potencjalnej i potencjału; Bezwirowość

Obie te cechy są matematycznie równoważne z zachowawczością.

Pole elektryczne wytworzone przez zmieniające się pole magnetyczne nie jest zachowawcze i powinno być rozpatrywane wspólnie z polem magnetycznym jako pole elektromagnetyczne.

Źródłowość pola elektrycznego

Pole elektryczne wytworzone przez ładunki elektryczne jest polem źródłowym, linie sił tego pola rozpoczynają się i kończą na ładunkach. Matematycznym wyrazem źródłowości pola elektrycznego jest prawo Gaussa.

Siła działająca między dwoma ładunkami Q i q to

jeśli q jest ładunkiem próbnym umieszczonym w pewnym punkcie przestrzeni, a Q wytwarza pole elektryczne, to wyrażenia na natężenie pola elektrycznego:

Wartość tego natężenia pola wynosi:

Prawo Coulomba (1736 - 1806) - prawo opisujące siłę oddziaływania między punktowymi ładunkami elektrycznymi Q i q znajdującymi się w odległości R i pozostającymi w spoczynku względem siebie.

 

 Kierunek siły Coulomba pokrywa się z kierunkiem prostej łączącej oba ładunki punktowe. Równanie Coulomba stosuje się jedynie do przypadku ładunków punktowych. Gdy rozkład ładunków jest przestrzenny, wtedy należy przeprowadzić odpowiednie sumowanie lub całkowanie. Poza tym, że prawo Coulomba dotyczy tylko ładunków punktowych, to opisuje siłę działającą między nimi tylko wtedy, gdy ładunki znajdują się w spoczynku względem siebie. Na ładunki w ruchu działają dodatkowe siły.

Pole elektryczne działa na cząstkę naładowaną siła F=E∙q. siła ta wytwarza przyspieszenie a=$\frac{F}{m}$.