電場は、電荷の周囲の空間の各点における単位電荷あたりの電気力の大きさを測定するベクトル量です。空間内の任意の点での電場が大きいほど、電荷に作用する電気力の強度も大きくなります。
点電荷の電場
点電荷、つまり無視できる寸法の電荷の電場を計算するには、次の方程式を使用します。
E – 電場
Q – 電場を生成する電荷
q – 証拠請求
r – 点から発生荷重までの距離
電場の定義は、電荷 Q と q の間の電気力と密接に関係しています。 2 つの点電荷間の電気力はクーロンの法則によって与えられます。
クーロンの法則と電場の定義を組み合わせると、次の関係が得られます。
均一な電場
正電荷の電場は放射状です。つまり、空間内の点とそれを発生させる電荷を結ぶ直線の方向に伝播します。さらに、その方向は外側、つまり正電荷の電場がそれらから現れます。以下の図を見てください。
マイナス電荷の電場
正電荷の電場
電気力線
電荷または電荷の分布によって生成される電場の形状は、電力線を使用して決定できます。空間内の各点にはモジュール、電場の方向および感覚があります。
電場を表現するには、力線と呼ばれる幾何学的デバイスを使用します。これらの線は、その接線が電場の方向を示すように描かれています。
正と負の電荷の力線。
電気的な吸引力と反発力
電気的な引力または反発は、結果として生じるポイントツーポイント電界の成分から発生します。電荷の傾向は、その符号が同じである場合には互いに反発し、符号が異なる場合には互いに引き合うというものです。
下の図には、電界を生成する負の電荷と、符号に応じてそれぞれ静電引力と反発を受ける2 つのテスト電荷があります。
電界ベクトル
モジュール、方向、方向があるため、電場はベクトルで記述されます。他のベクトルと同様に、電場は x、y、z 方向の成分で表すことができます。これらの各方向を表すi 、 j 、 kという表記を使用すると、次のようになります。
E x – x 電場の方向
E 電場のy – y 方向
E z – z 電場の方向
したがって、電界ベクトルは次のように書くことができます。
結果として生じる電場の係数
電場はベクトル量であるため、電場の合計から生じるベクトルの大きさを計算する必要がある場合があります。このセクションでは、空間内の点で生じる電場の数値を計算する方法を見ていきます。
平行電界の結果
2 つの電場ベクトルが互いに平行 (角度 0°) の場合、それらを加算する必要があります。
E R – 結果として生じる電場
E 1 – 電場 1
E 2 – 電場 2
反対の電界の結果
同じ方向にあるが反対方向 (180 度の角度) の 2 つの電場ベクトルがある場合、これらの電場の係数の差を通じて結果の電場係数を計算することができます。
垂直電界の結果
互いに直交する 2 つの電場がある場合、つまり 2 つのベクトルが 90 度の角度で交差する場合、それらから生じる電場の大きさはピタゴラスの定理を使用して計算できます。ご注意ください：
斜め電界の結果
2 つの電場ベクトル間に形成される角度が 0 度、90 度、180 度、270 度とは異なる場合、次の式を使用して結果の電場係数を計算します。
α – 電場ベクトル間の角度
電場と電位
電場とは異なり、電位はスカラーです。この量は、単位電荷あたりの電位エネルギー、つまり、単位電荷あたりの電場によって行われる仕事の量を測定します。国際単位系 (SI) によると、電位の単位はボルト (V) です。
空間のある点で生成される電場と、その点から距離dにある電場によって生成される電位との間に数学的な関係を確立することが可能です。ご注意ください：
U – 電位
E – 電場
d – 距離