Pole elektryczne

Pole elektryczne to otoczenie każdego ładunku elektrycznego, w którym na inne ładunki działają siły elektryczne. Każdy ładunek jest źródłem pola elektrycznego działającego na inne ładunki, ale sam też podlega działaniu pól wytworzonych przez inne ładunki. Na tym polega wzajemność oddziaływań. Za pośrednictwem pola elektrycznego możliwe jest oddziaływanie między oddalonymi od siebie naelektryzowanymi ciałami, czyli oddziaływanie na odległość. Jeśli pole elektryczne nie zmienia się w czasie, to mówimy, że jest elektrostatyczne.

Linie pola elektrycznego
Linie pola są to abstrakcyjne linie, które w każdym punkcie pola są styczne do siły działającej w tym polu na próbny ładunek q. Ładunek próbny to ładunek dodatni o bardzo małej wartości, który ma znikomy wpływ na badane pole.












Pole centralne
Pole centralne to pole wytworzone przez dodatni lub ujemny ładunek punktowy. Linie pola centralnego rozchodzą się promieniście i przecinają się w miejscu, w którym znajduje się ładunek będący źródłem tego pola. Linie te są zwrócone tak jak siły, które działałyby na umieszczony w tym polu ładunek próbny. Pole centralne nazywamy polem kulombowskim.

Pole jednorodne
Pole jednorodne to pole wytworzone przez dwie równoległe, płaskie płytki naelektryzowane ładunkami o takiej samej wartości i o przeciwnym znaku. Linie pola jednorodnego są do siebie równoległe i są zwrócone od płytki dodatniej do ujemnej – tak jak siły, które działałyby na umieszczony w tym polu ładunek próbny.

Praca w centralnym polu elektrycznym
Praca wykonana przez siłę zewnętrzną podczas przesunięciu ładunku próbnego q, w polu elektrycznym wytworzonym przez punktowy ładunek Q wyraża się wzorem:







w którym r1 i r2 oznaczają początkowe i końcowe położenie punktów pola, między którymi przesunięty został ładunek q.

Wartość pracy w polu elektrycznym nie zależy od kształtu i długości przebytej drogi między punktami pola, lecz od położenia tych punktów. Jest to cecha każdego pola zachowawczego, w którym praca wykonana przez siłę zewnętrzną jest magazynowana w postaci energii potencjalnej, która wzrasta o wartość wykonanej pracy. Gdy pracę wykonają siły pola, to W1,2 < 0 i energia potencjalna maleje.

Energia potencjalna w centralnym polu elektrycznym
Energia potencjalna w polu centralnym wynika z oddziaływań między ładunkami punktowymi. Zakładamy, że gdy ładunki Q i q są w nieskończenie dużej odległości od siebie, to prawie w ogóle ze sobą nie oddziałują i dlatego w nieskończoności energia potencjalna ładunku q jest równa zeru.

Energia potencjalna w dowolnym punkcie pola jest równa pracy jaka musi być wykonana, aby sprowadzić ładunek q z nieskończoności do danego punktu pola. Dla pola centralnego energię potencjalną wyraża wzór: