Coulombov zakon i električno polje

Coulombova sila

Dvije električki nabijene čestice međudjeluju silom koja je proporcionalna umnošku njihovih naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu njihovih udaljenosti. Ta sila može biti privlačna (međudjeluju plus i minus) ili odbojna (međudjeluju plus i plus ili minus i minus). Tu silu zovemo Coulombova sila (kulonova).

Coulombova sila je po iznosu jednaka:

\( F = k \frac{Q_1 Q_2}{r^2} \)

Električno polje točkastog naboja

Električno polje je vektorska veličina koja opisuje prostor u kojem osjetimo djelovanje električnog naboja, tj. Coulombovu silu.

Električno polje koje stvara točkasti naboj širi se radijalno (u svim smjerovima). Silnice su zamišljene linije kojima opisujemo električno polje. One izviru iz pozitivnog, a poniru u negativni točkasti naboj pa kažemo da su pozitivni točkasti naboji izvori, a negativni ponori električnog polja. Po iznosu to je polje proporcionalno naboju i obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od tog naboja:

\( E = k \frac{Q}{r^2} \)

\(k\) je konstanta koja iznosi \(9 \cdot 10^9 \;\mathrm{Nm^2/C^2}\) i povezana je s dielektričnom permitivnosti vakuma (\(\varepsilon_0 = 8.85 \cdot 10^{-11} \;\mathrm{As/Vm}\)):

\( k = \frac{1}{4\pi \varepsilon_0} \)

Silnice sustava naboja

Silnice su zamišljene linije koje opisuju smjer i jakost električnog polja. Jakost električnog polja je veća na mjestima gdje su silnice gušće i obratno.

U sustavu dva naboja silnice su usmjerene od pozitivnog prema negativnom naboju i one pokazuju kako bi se probni pozitivni naboj gibao u električnom polju.

Naboj u homogenom električnom polju

Homogeno električno polje ima isti iznos i smjer na cijelom području u kojemu je prisutno. Polje točkastog naboja nije homogeno, ali homogeno polje možemo postići nabijanjem dviju ploča raznoimenim nabojima iste vrijednosti.

Kada se naboj nađe u električnom polju na njega djeluje električna (Coulombova) sila. Ako je polje homogeno ta će sila imati uvijek isti smjer i iznos koji ovise o smjeru polja i naboju čestice.

Električna sila na pozitivan naboj ima smjer električnog polja u kojem se taj naboj nalazi, a za negativan naboj ona djeluje u smjeru suprotnom od električnog polja.

\( \overrightarrow{F} = \overrightarrow{E}{Q} \)

Pravilo superpozicije

Ako je neka točka u prostoru u kojemu se nalazi više različitih naboja (predznakom i iznosom), svaki od tih naboja stvara na mjestu te točke električno polje. Ukupna vrijednost i smjer električnog polja određuje se zbrajanjem svih vektora polja od pojedinog naboja u promatranoj točki.

Zadatci s državne mature: