Mówimy, że w ograniczonym obszarze przestrzeni (trójwymiarowej lub dwuwymiarowej) istnieje pole pewnej wielkości fizycznej (skalarnej lub wektorowej), jeżeli każdemu punktowi przyporządkowujemy w sposób jednoznaczny odpowiedni skalar, wektor lub tensor określony w tym punkcie. Jeżeli jest to wektor to mówimy o polu wektorowym, jeżeli skalar to o polu skalarnym.

Natężeniem pola wektorowego E(P) nazywamy stosunek siły F(P) działającej ze wszystkich źródeł pola do wielkości ładunku próbnego q (bardzo małego, dodatniego ładunku, którego obecność nie zakłóca pola), umieszczonego w punkcie P.

Pole elektryczne można graficznie przedstawić za pomocą linii pola. Linie pola są to linie, do których wektor natężenia pola jest styczny w każdym punkcie. W przypadku gdy natężenie pola jest takie same w każdym punkcie P to pole elektryczne nazywamy jednorodnym i obrazujemy za pomocą linii natężenia pola równoległych do siebie. Takie pole występuje min. w kondensatorze płaskim. Jednostką natężenia pola elektrycznego jest (N/AS) = (V/m).

Strumień pola elektrycznego określamy zależnością:

gdzie:

ds. - nieskończenie mały element powierzchni S

n(P) - jednostkowy wektor normalny do powierzchni S w punkcie P

E(P) - natężenie pola.

Potencjałem elektrycznym pola elektrycznego nazywamy funkcję współrzędnych x,y,z o tej właściwości, że:

Fizycznie potencjał pola elektrycznego w pewnym punkcie P jest stosunkiem pracy wykonanej przez siły pola przy przemieszczeniu ładunku próbnego z punktu P do punktu B o potencjale równym 0, do wielkości tego ładunku.

Praca nie zależy od kształtu drogi łączącej punkty P i B.

Powierzchnią ekwipotencjalną nazywamy miejsce geometryczne punktów o stałej wartości potencjału.

Potencjał pola spełnia związek:

Związek natężenia pola z potencjałem jest podstawowym związkiem łączącym wektorowy i skalarny obraz pola elektrycznego. Potencjał jest funkcją ciągłą wraz z pierwszymi i drugimi pochodnymi.

Twierdzenie Gaussa

Strumień indukcji elektrycznej przez dowolną powierzchnie zamkniętą S jest równy całkowitemu ładunkowi znajdującemu się wewnątrz tej powierzchni.

Elektrolit to ciecz, która może przewodzić prąd elektryczny. Dzieje się tak dzięki obecności w nim poruszających się jonów. Jako elektrolit stosuje się czysty kwas siarkowy rozcieńczony wodą destylowaną.

Przebieg ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie pola elektrycznego między dwiema elektrodami o różnych kształtach. Ćwiczenie polega na ustawieniu dwóch elektrod w wypoziomowanej wannie elektrolitycznej, napełnionej elektrolitem. Elektrolitem jest roztwór wodny siarczanu miedzi.

Za pomocą dzielnika zmieniamy wartość oporu, a zatem napięcia na elektrodzie pomiarowej. Opór zmieniamy w granicach 2-8 (kΩ) przy zasilaniu napięciem 12(V) z transformatora małej mocy. Znalezione powierzchnie ekwipotencjalne, kolejno dla różnych napięć: 9,6(V); 7,2(V);

4,8(V); 2,4(V), rysujemy w układzie współrzędnych. Następnie wyznaczamy natężenie pola E

w dowolnym punkcie. Obieramy punkt A i wyznaczamy trójkąt AA'A'' z którego możemy obliczyć:

Aby wykreślić wektor E w punkcie A, obieramy skalę, taką samą dla obu wykresów:

Obliczamy długość wektora E:

Kierunek i zwrot tego wektora pokrywa się z osią „x”.

3

1

---