Az elektromos térerősség jelentése, iránya és mértékegysége. Ponttöltés tere, saját számpélda és az egyszerű anyagmodellek korlátai.
Az elektromos térerősség megmutatja, milyen irányú és nagyságú elektromos erő jutna egységnyi pozitív próbatöltésre egy adott pontban. Jele E, mértékegysége N/C, ezzel egyenértékű a V/m. Nem azonos a feszültséggel: a tér egy pontban, a feszültség két pont között értelmezhető.
Az E = F/q összefüggés értelme
Elektrosztatikai modellben a nyugvó próbatöltés elektromos erőhatása F = qE. E és F vektor: negatív próbatöltésre az erő a térrel ellentétes irányban hat. A Feynman Lectures elektrosztatikai fejezete a teret a forrástöltésekhez rendeli; a próbatöltés jelenléte nem feltétele annak, hogy a tér létezzen.
Fontos feltétel, hogy a próbatöltés ne rendezze át számottevően a forrásrendszer töltéseit. Az E = F/q nem azt állítja, hogy azonos térben kisebb próbatöltésre ugyanakkora erő jut. Ha q felére csökken, az elektromos erő is feleződik.
Egy ponttöltés tere vákuumban
A nyugvó pontszerű Q forrástöltéstől r távolságra a térerősség nagysága E = |Q| / (4πε0r²). Pozitív Q esetén kifelé, negatív Q esetén a töltés felé mutat. A vákuum permittivitása kerekítve ε0 ≈ 8,854 × 10−12 F/m; a pontosabb értéket és bizonytalanságát a NIST állandótáblázata közli. A számításhoz k = 1/(4πε0) ≈ 8,99 × 109 N·m²/C² használható.
Saját számpélda
Legyen Q = +1 nC, a vizsgált pont távolsága pedig 0,10 m. Ekkor E ≈ 8,99 × 109 × 10−9 / 0,10² = 899 N/C. Ugyanezen forrástól 0,20 m-re a tér 224,75 N/C lenne: a kétszeres távolság negyedakkora térerősséget ad.
Ha az első pontban egy q = −2 nC próbatöltést képzelünk el, az elektromos erő nagysága körülbelül 1,798 × 10−6 N, iránya a pozitív forrástöltés felé mutat. A példa ideális, rögzített forrástöltéssel számol; nem egy háztartási berendezés biztonsági méretezése.
Mi változik anyagban?
Egy szigetelő anyag polarizációja módosíthatja a töltésekhez tartozó elektromos teret. Egyszerű, lineáris és izotróp közegmodellben a permittivitás ε = ε0εr alakban írható fel. A valós anyagok viselkedése és a geometria ettől összetettebb lehet. A dielektrikumok tárgyalása megmutatja, miért kell az anyag polarizációját is figyelembe venni.
A nagy permittivitás önmagában nem jelent jó vezetőképességet vagy szupravezetést. Eltérő fizikai jellemzőkről van szó; az anyag neve mellé rendelt egyetlen szám nem ír le minden villamos tulajdonságot.
Három ellenőrzési kérdés
- Melyik a forrás? Q hozza létre a vizsgált teret, q a próbatöltés.
- Milyen a geometria? A ponttöltés képletét nem lehet tetszőleges elektródára változtatás nélkül átvinni.
- Milyen közegben számolsz? Vákuumra és anyaggal kitöltött térre nem feltétlenül ugyanaz az egyszerű modell megfelelő.
Ez a cikk ismeretterjesztő céllal készült. A helyszíni adottságok eltérhetnek, ezért szerelés vagy átalakítás előtt kérj megfelelő szakembertől ellenőrzést.