4.1 ELEKTRIČNO POLJE

KAZALO

    

 

4.1.2. ELEKTRIČNA POLJSKA JAKOST (E)

      
 

Poskus 4.1.2.1 pove, da je velikost sile na elektrino v različnih točkah električnega polja lahko različna. Govorimo torej lahko o različni jakosti oziroma o različni električni poljski jakosti v različnih točkah električnega polja. Po dogovoru velja:

    

HITRE POVEZAVE

Gravitacijsko polje

Usmerjenosti sile in poljske jakosti

Poljska jakost ploskovno porazdeljene elektrine

Potenciali in napetost v naelektrenem ploščnem kondenzatorju
 

SLIKA

Slika 4.1.2.1: Nehomogeno a) in homogeno električno polje b)

 

SLIKA

Slika 4.1.2.2: Električna poljska jakost

 

VIDEO

Video 4.1.2.1: Naelektreno (točkasto) telo v električnem polju
 

FOTOGRAFIJA

Fotografija 4.1.2.1: Električna poljska jakost
 

VIDEO

Video 4.1.2.2: Sila na elektrino v elektrostatičnem polju
 

ANIMACIJA

Animacija 4.1.2.1: Električna poljska jakost 1
 

ANIMACIJA

Animacija 4.1.2.2: Električna poljska jakost 2
 

ANIMACIJE

Izpeljava enačbe za električno poljsko jakost 1

Izpeljava enačbe za električno poljsko jakost 2

Izpeljava enačbe za električno poljsko jakost 3

Izpeljava enačbe za električno poljsko jakost 4
 
       
 
►   Merilo električne poljske jakosti je sila na enoto elektrine.

 
       
 
E  ≡ 
Fe

Q
N

C

Fe(N); Q(C)
   
 

Enačba 4.1.2.1

    
       
  Nekaj praktičnih primerov električne poljske jakosti prikazuje preglednica 4.1.2.1.    
       
 

Preglednica 4.1.2.1: Električne poljske jakosti

    
 

 

Lokacija in situacija

E(N/C)
  jedro atoma urana 3 x 1021
 

v zraku pred strelo

 3 x 106
  ob bobnu fotokopirnega stroja 105
  v Cu-vodnikih hišnih inštalacij 10-2
   
       

Če upoštevamo, da elektrina nima smeri, ni težko sklepati, da električni sili (F = Ε ∙ Q iz enačbe 4.1.2.1), poleg predznaka elektrine, določa smer električna poljska jakost.

     
       
 
► Smer električne poljske jakosti je enaka smeri električnih silnic
►   Električna poljska jakost je vektorska1 količina.  

 
       
i

2Dogovorimo se, da bomo za električne količine, ki imajo lastnosti vektorjev, na to le opozorili, zapis količine pa bomo poenostavljeno pisali brez puščice. Smer vektorske količine ima namreč odločujoči pomen pri razumevanju in računanju učinkov take količine.

      
       
       
  Homogeno in nehomogeno električno polje    
       
 
►

Električnemu polju, ki ima v različnih točkah prostora po velikosti in smeri enake poljske jakosti, pravimo homogeno električno polje, v nasprotnem primeru pa nehomogeno električno polje.

 
       

Homogeno električno polje ustvarjata v prostoru med seboj veliki, vzporedni, kovinski naelektreni plošči, ki sta si dovolj blizu (sl. 4.1.1.3 d). Na osnovi primerov električnih polj na isti sliki in poteka pripadajočih silnic lahko na splošno sklepamo:

     
       
 
►

Homogeno električno polje prikažemo z vzporednimi silnicami enake gostote, nehomogeno pa s silnicami različnih gostot.
►  

Večja gostota električnih silnic pomeni večjo električno poljsko jakost in obratno (slika 4.1.2.1).

  

 
       
 

Določitev jakosti nehomogenih električnih polj je zahtevna naloga, zato bomo obravnavali le homogena električna polja.

      
       
Poskus 4.1.2.1:
 
 
       
       
 
►  

Električna poljska jakost med vzporednima ploščama je tem večja, čim večja je napetost med ploščama in čim manjša je njuna medsebojna razdalja.

 
       

O tem se lahko prepričamo tudi po matematični poti:

      
     
 

Za prenos točkaste elektrine Q s plošče na ploščo (sl. 4.1.2.2) je potrebno električno delo W = U ∙ Q ali enakovredno mehansko delo W = Fe ∙ d. Z izenačitvijo desnih strani obeh izrazov dobimo:

      
       
 
U · Q = Fe · d   =>   Fe  =  
U · Q

d
    
       
 

Če dobljen izraz za silo na elektrino upoštevamo v enačbi za električno poljsko jakost, dobimo:

      
       
 
E  =  
Fe

Q
  =  
U · Q

d

Q
 
  =  
U · Q

d · Q
    
  oziroma    
       
 
E = 
U

d
V

m

U(V); d(m)
   
       
 
►  

Električna poljska jakost homogenega električnega polja je določena z napetostjo na enoto dolžine električne silnice.

 
       
 

Na prejšnji strani smo spoznali enoto električne poljske jakosti N/C, sedaj pa še V/m. Ugotovimo njuno medsebojno povezavo:

      
       
 
Ws = J  =>  VAs  =  Nm  =>  
V

m
  =  
N

As
  =  
 ali
  =  
V

m
 =
N

C
    
       
Primer 4.1.2.1:
 
 
       
Primer 4.1.2.2:
 
 
       
Primer 4.1.2.3:
 
 
       
       
     
 

1 vector, lat. – nosilec

2 Fizikalnim količinam, ki so določene z absolutno vrednostjo in smerjo (sila, hitrost, … ) pravimo vektorji. Take količine označujemo s črko in puščico nad črko, npr. E.