Vad det är
Ett elektriskt fält beskriver vilken kraft en laddning skulle känna om den placerades i en viss punkt. Fältet finns där laddningar finns omkring, även om ingen testladdning är på plats. Fältstyrkan är kraften per laddning, E = F/q, och mäts i N/C (eller V/m). Eftersom kraften har riktning är fältet en vektor i varje punkt; se elektrisk fältstyrka. Riktningen är den kraft som en positiv testladdning skulle få: bort från positiva laddningar och mot negativa.
Exempel:
- En testladdning. Känner laddningen q = 4,0 · 10⁻⁶ C kraften F = 2,0 · 10⁻³ N är fältstyrkan där E = 2,0 · 10⁻³/4,0 · 10⁻⁶ = 500 N/C.
- Runt en punktladdning. Fältet pekar rakt ut från en positiv laddning och blir en fjärdedel så starkt på dubbla avståndet, se elektriskt fält från en punktladdning.
- Mellan två plattor. Fältet är nästan lika stort överallt: 100 V över 0,020 m ger E = U/d = 5 000 V/m = 5 000 N/C, se homogent elektriskt fält. En elektron får där kraften eE = 1,602176634 · 10⁻¹⁹ · 5 000 ≈ 8,0 · 10⁻¹⁶ N, se laddad partikel i elektriskt fält.
- Flera laddningar. Fälten läggs ihop som vektorer. Två fält på 3 N/C och 4 N/C som är vinkelräta ger 5 N/C.
Fältlinjer ritas ut från positiva mot negativa laddningar. Täta linjer betyder starkt fält; en linje visar riktningen på kraften på en positiv testladdning.
Det som inte är ett elektriskt fält:
- Kraften på laddningen. Fältet är kraft per laddning, så det finns kvar om man tar bort laddningen; kraften gör det inte.
- Spänning. Volt är energi per laddning, V/m är fältstyrka. Se elektrisk potential.
- Gravitationsfältet. Det är ett annat fält, med samma idé: g = F/m i N/kg, se gravitationsfältstyrka.
Varför det spelar roll
Fältbegreppet låter oss räkna med en laddnings omgivning i stället för med varje laddning för sig. Känner man fältet i en punkt får man kraften på vilken laddning som helst genom F = qE. Det är så Coulombs lag används i praktiken, och det är utgångspunkten för kondensatorer, elektronstrålar och hur laddade partiklar rör sig. Samma fältidé kommer tillbaka för magnetfält och, med fältet som rör sig, för elektromagnetiska vågor.
Vanliga missuppfattningar
- “Fältlinjer är banor som laddningar följer.” Linjen ger kraftens riktning i varje punkt. En laddning som redan rör sig följer inte nödvändigtvis linjen.
- “Inuti en ledare är fältet starkt.” I jämvikt är fältet inuti en ledare noll.
- “Fältet blir noll när avståndet ökar.” Det avtar men blir aldrig exakt noll utanför laddningen; vid punktladdningen avtar det som 1/r².
Vanliga frågor
Vad är enheten för elektriskt fält?
Newton per coulomb (N/C), vilket är samma sak som volt per meter (V/m).
Hur räknar man ut kraften på en laddning i ett fält?
F = qE. Med E = 500 N/C och q = 4,0 · 10⁻⁶ C får man F = 2,0 · 10⁻³ N.
Åt vilket håll pekar fältet?
Samma håll som kraften på en positiv testladdning: bort från positiva laddningar och mot negativa.