Ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι κάτι που δημιουργείται από ένα ηλεκτρικό φορτίο και επηρεάζει τον χώρο γύρω από αυτό το ηλεκτρικό φορτίο, όπου η επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου γίνεται αισθητή μόνο από άλλα ηλεκτρικά φορτία. Όταν ένα άλλο ηλεκτρικό φορτίο βρίσκεται στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από ένα ηλεκτρικό φορτίο, το άλλο ηλεκτρικό φορτίο αισθάνεται την επίδραση με τη μορφή ηλεκτρικής δύναμης.
Ο ορισμός ενός ηλεκτρικού πεδίου, όπως εξηγείται στο άρθρο σχετικά με τα ηλεκτρικά πεδία, μπορεί να γίνει κατανοητός νοητικά, αλλά μπορεί επίσης να φανταστεί κανείς στο μυαλό. Για να απεικονίσουμε ένα ηλεκτρικό πεδίο, παρουσιάζονται γραμμές ηλεκτρικού πεδίου. Οι γραμμές ηλεκτρικού πεδίου είναι ένα σύνολο γραμμών που σχεδιάζονται γύρω από ένα ηλεκτρικό φορτίο για να υποδείξουν την παρουσία του. Επειδή στοχεύουν να καταδείξουν την παρουσία ενός ηλεκτρικού πεδίου, υπάρχει μια σχέση μεταξύ αυτών των γραμμών και του ηλεκτρικού πεδίου. Με άλλα λόγια, το μέγεθος και η κατεύθυνση ενός ηλεκτρικού πεδίου μπορούν να εξηγηθούν μέσω ενός διαγράμματος γραμμών ηλεκτρικού πεδίου.
Η ακόλουθη είναι η σχέση μεταξύ της κατεύθυνσης και της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου:
Πρώτα, η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μακριά από ένα θετικό φορτίο και προς ένα αρνητικό φορτίο. Έτσι, η κατεύθυνση των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου είναι επίσης μακριά από το θετικό φορτίο και προς το αρνητικό φορτίο. Εάν ένα θετικό φορτίο είναι κοντά σε ένα αρνητικό φορτίο, οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου απεικονίζονται ως εκτεινόμενες από το θετικό φορτίο προς το αρνητικό φορτίο. Αντίθετα, εάν ένα θετικό φορτίο είναι κοντά σε ένα αρνητικό φορτίο, οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου απεικονίζονται ως εκτεινόμενες από κάθε θετικό φορτίο και μακριά η μία από την άλλη.
Δεύτερον , η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου αναπαρίσταται από την απόσταση μεταξύ των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου. Όσο πιο κοντά είναι η απόσταση μεταξύ των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου και όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου, τόσο μικρότερη είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου.
Γιατί όσο πιο κοντά είναι οι γραμμές, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο; Για να το κατανοήσουμε αυτό, εξετάστε την ακόλουθη εξήγηση. Ας υποθέσουμε ότι ένα θετικό φορτίο βρίσκεται στο κέντρο μιας σφαίρας και οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου ακτινοβολούν προς τα έξω σε διάφορες κατευθύνσεις, διαπερνώντας την επιφάνεια της σφαίρας. Εάν ο αριθμός των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου είναι N και η επιφάνεια της σφαίρας είναι 4πr2 τότε ο αριθμός των γραμμών ανά μονάδα επιφάνειας ή η πυκνότητα γραμμών είναι N/4πr2Με βάση αυτόν τον τύπο, για το ίδιο N, αν το r είναι μικρότερο τότε η απόσταση μεταξύ των γραμμών είναι μικρότερη και αν το r είναι μεγαλύτερο τότε η απόσταση μεταξύ των γραμμών είναι μεγαλύτερη. Ο τύπος για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι E = kq/r2 δείχνει επίσης ότι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης. Όσο μικρότερο είναι το r, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, και όσο μεγαλύτερο είναι το r, τόσο μικρότερη είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου.
Με βάση την παραπάνω ανασκόπηση, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι εάν το r είναι μικρότερο (πιο κοντά στο φορτίο), η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μεγαλύτερη και η απόσταση μεταξύ των γραμμών είναι επίσης μικρότερη. Αντίθετα, εάν το r είναι μεγαλύτερο (πιο μακριά από το φορτίο), η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μικρότερη και η απόσταση μεταξύ των γραμμών είναι επίσης μεγαλύτερη.
Τρίτον , ο αριθμός των γραμμών ηλεκτρικού πεδίου είναι ανάλογος με την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Όσο περισσότερες γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Όσο λιγότερες γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, τόσο μικρότερη είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου.
Παράδειγμα προβλημάτων
1. Ερωτήσεις Πανελλαδικών Εξετάσεων Φυσικής SMA 2012/2013 SA 55 Αρ. 28
Από την ακόλουθη εικόνα φορτίου, η οποία δείχνει τις γραμμές δύναμης σε δύο φορτία που βρίσκονται κοντά το ένα στο άλλο, είναι...
Συζήτηση
Οι γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, ή γραμμές δύναμης, σχεδιάζονται από ένα θετικό φορτίο προς ένα αρνητικό φορτίο. Εάν ένα θετικό και ένα αρνητικό φορτίο τοποθετηθούν κοντά το ένα στο άλλο, οι γραμμές δύναμης θα εμφανίζονται όπως στην απάντηση Α.
Η σωστή απάντηση είναι το Α.
2. Ερωτήσεις Πανελλαδικών Εξετάσεων Φυσικής SMA 2012/2013 SA 60 Αρ. 28
Δύο ηλεκτρικά φορτία έρχονται κοντά το ένα στο άλλο σε μια γραμμή σύνδεσης, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται γραμμές ηλεκτρικού πεδίου. Η σωστή εικόνα είναι…
Συζήτηση
Η σωστή απάντηση είναι το Δ.
3. Ερωτήσεις Πανελλαδικών Εξετάσεων Φυσικής SMA 2012/2013 SA 65 Αρ. 28
Οι σωστές γραμμές δύναμης μεταξύ δύο φορτίων είναι…
Συζήτηση
Η σωστή απάντηση είναι το Δ.
