Fysiikka 6: luku 2.3 Sähkökenttä

2.3 Sähkökenttä

Kopiokoneen ja tulostimen toiminta perustuu mustepisaran ohjailemiseen sähkökentän avulla. Pisaran paikka tulostuspaperilla riippuu pisaraan vaikuttavista sähköisistä voimista.

Jokaisen varatun kappaleen ympärillä on sähkökenttä. Varattu kappale on sähkökenttänsä välityksellä vuorovaikutuksessa muiden varattujen kappaleiden kanssa.

 

Sähkökentän kenttäviivat 

Sähkökentän kenttäviivat lähtevät positiivisesti varautuneen kappaleen pinnasta ja päättyvät negatiivisesti varatun kappaleen pintaan. Kenttäviivoilla kuvataan sähkökentän suuntaa ja muotoa. Viivojen tiheys ilmentää kentän voimakkuutta. Mitä tiheämmässä kenttäviivoja jollakin alueella on, sitä voimakkaampi sähkökenttä siinä on. Sähkökenttä on kolmiulotteinen.

Sähkökentän voimakkuus E (lyhyesti kutsuttuna sähkökenttä) on kentässä olevaan varattuun hiukkaseen kohdistuvan sähköisen voiman ja kappaleen sähkövarauksen suhde:

E = F / q

Jos sähkökentässä olevan hiukkasen varaus on positiivinen, kentän voimakkuuden suunta on sama kuin hiukkaseen vaikuttavan sähköisen voiman suunta. Jos hiukkasen varaus on negatiivinen, kentän voimakkuuden suunta on sähköisen voiman suuntaan nähden vastakkainen. Sähkökentän voimakkuuden yksikkö on 1 N/C.

Huomaa, että symbolilla Q merkitään varausta, jonka sähkökenttää tutkitaan, ja testivarauksella q tutkitaan kenttää.

Pistevarauksen sähkökenttä

Pistemäisen sähkövarauksen Q ympärillä olevan sähkökentän sähköistä vuorovaikutusta voidaan tutkia viemällä kentän mielivaltaiseen pisteeseen pieni testivaraus q. Kentässä olevaan varaukseen q kohdistuu sähköinen voima. Pistevarauksen sähkökentän (Coulombin kentän) voimakkuuden suuruus tyhjiössä etäisyydellä r varauksesta on

= 

Pistevarauksen sähkökentän voimakkuuden E suunta on varauksesta Q poispäin, jos varaus Q on positiivinen, ja varausta Q kohti, jos varaus Q on negatiivinen. Jos varaus Q on eristeessä, sähkökentän voimakkuuden suuruus on