Otevřít hlavní menu

Intenzita elektrického pole

Intenzita elektrického pole (též elektrická intenzita) je vektorová fyzikální veličina, vyjadřující velikost a směr elektrického pole. Je definována jako elektrická síla působící na těleso s kladným jednotkovým elektrickým nábojem.

Intenzita elektrického pole
Obecné
Název, značka Intenzita elektrického pole, E
Hlavní jednotka SI newton na coulomb
Značka hlavní jednotky SI N·C−1
Definiční vztah
Dle transformace složek vektorová
Zařazení v soustavě SI odvozená

Značení a jednotkyEditovat

DefiniceEditovat

Intenzita elektrického pole působícího na elektrický náboj   je definována vztahem

 ,

kde   je elektrická síla působící na náboj  .

Hodnota vektoru intenzity elektrického pole obecně závisí na poloze v prostoru (je funkcí polohového vektoru), proto je tato veličina vektorové pole.

Elektrické pole se dělí na elektrostatické, které je vytvářeno nepohyblivým el. nábojem a na elektrodynamické, které vytváří pohybující se el. náboj, jak přímo, tak prostřednictvím proměnlivého magnetického pole.

Elektrostatické pole lze popsat také skalárním elektrickým potenciálem  , jehož vztah k intenzitě elektrického pole lze vyjádřit v diferenciálním tvaru:

 

Odtud plyne i vztah pro intenzitu stacionárního elektrického pole proudového vodiče:

 ,

kde   je napětí zdroje a   délka vodiče.

Elektrostatické poleEditovat

Základní vztahyEditovat

Podle Coulombova zákona lze v bodě   v okolí bodového náboje   umístěného v počátku soustavy souřadnic vyjádřit intenzitu elektrického pole vztahem

 ,

kde   je permitivita prostředí elektrického pole,   je polohový vektor určující polohu daného bodu a   jeho délka. Jejich podíl je jednotkovým vektorem, který určuje směr. Po jeho odstranění zůstane vzorec pro velikost intenzity elektrického pole v okolí bodového náboje   ve vzdálenosti  :

 

Oba výše uvedené uvedené vztahy platí za předpokladu, že prostředí v němž určujeme intenzitu pole je vakuum nebo homogenní lineární dielektrikum.

Směr vektoru elektrické intenzity   je dán směrem působící elektrické síly. Orientace elektrické intenzity je dána domluvou, že zkušebním tělesem je kladně nabité těleso, a tedy elektrická intenzita směřuje od tělesa s kladným elektrickým nábojem k tělesu se záporným elektrickým nábojem.

V obecném případě, kdy bodový náboj vytvářejí elektrické pole není umístěn v počátku soustavy souřadnic, ale v poloze  , se poloha bodu v němž určujeme intenzitu pole vyjadřuje relativně k  , což vyjadřuje vektorový rozdíl  , kterým se nahradí vektor  . Výsledný vztah je

 .

Intenzitu elektrostatického pole lze také určit z elektrického potenciálu prostřednictvím vztahu

 ,

kde   je potenciál elektrického pole a   označuje operátor gradientu.

Nechá-li se vektor elektrické intenzity procházet uzavřenou, vně orientovanou plochou (Gaussova plocha), jedná se o veličinu tok elektrické intenzity, která je úměrná náboji uvnitř. Tato skutečnost je vyjádřena Gaussovým zákonem elektrostatiky:

 .

Pro intenzitu elektrického pole platí princip superpozice, tzn., že celková intenzita el. pole vytvářená více zdroji je rovna součtu intenzit el. pole těchto dílčích zdrojů.

VýpočetEditovat

Ze základních vztahů lze odvodit vzorce pro intenzitu elektrického pole vytvářeného různým rozložením el. náboje v prostoru. Následující vztahy platí za předpokladu, že prostředí v němž určujeme intenzitu pole je vakuum nebo homogenní lineární dielektrikum.

Pro intenzitu el. pole   bodových nábojů   nacházejících se v pozicích   platí, že

 ,

Intenzitu el. pole vytvářeného el. nábojem spojitě rozloženým v objemu   lze vyjádřit vztahem

 ,

kde   je objemová hustota elektrického náboje a   označuje proměnnou, která při integrování prochází přes objem  .

Intenzitu el. pole vytvářeného el. nábojem spojitě rozloženým na ploše   lze vyjádřit vztahem

 ,

kde   je plošná hustota elektrického náboje a   označuje proměnnou, která při integrování prochází přes plochou  .

Intenzitu el. pole vytvářeného el. nábojem spojitě rozloženým po křivce   lze vyjádřit vztahem

 ,

kde   je lineární hustota elektrického náboje a   označuje proměnnou, která při integrování prochází přes křivku  .

Elektrodynamické poleEditovat

Elektrodynamické pole vytváří pohybující se el. náboj. Pokud dochází ke změně elektrické intenzity v čase má to následek vznik magnetického pole, rovněž tak změna magnetického pole má za následek vznik elektrického pole, což popisuje obecná teorie elektromagnetického pole, popsaná Maxwellovými rovnicemi. Tyto rovnice tedy popisují také elektrostatické pole. Maxwellovy rovnice jsou platné pouze na makroskopické úrovni[zdroj?] tj. pokud rozměry popisovaných oblastí jsou podstatně větší než rozměry atomů. Speciálním případem elektromagnetického pole je pole vytvářené konstantním elektrickým proudem (podmíněný konstantním el. polem), který vytváří konstantní magnetické pole.

Elektromagnetismus zahrnuje jevy jako např. elektromagnetická indukce nebo elektromagnetické záření.

VlastnostiEditovat

Intenzita elektrického pole se graficky zobrazuje pomocí siločar. Jejich hustota na jednotku plochy, kterou protínají je úměrná velikosti intenzity elektrického pole.

Související článkyEditovat

LiteraturaEditovat

  • SEDLÁK, Bedřich; ŠTOLL, Ivan. Elektřina a magnetismus. [s.l.]: Academia 650 s. ISBN 80-200-1004-1.