Što je električno polje?

Električno polje se može promatrati kao sfera utjecaja električno nabijenog objekta. Sve što ima električni naboj utjecat će na druga nabijena tijela i na njih će utjecati. Ako su dva nabijena objekta postavljena dovoljno blizu jedan drugome, svaki će doživjeti mjerljivu silu koja djeluje na njega. Polje je teoretski beskonačno po opsegu, ali njegova veličina se smanjuje s udaljenosti od izvora prema zakonu inverznog kvadrata. To znači da ako se udaljenost udvostruči, jačina polja se dijeli s četiri, a na tri puta većoj udaljenosti, snaga se dijeli sa devet, i tako dalje; polje stoga postaje zanemarivo na velikim udaljenostima.

Budući da električni naboj može biti pozitivan ili negativan, električno polje je vektorsko polje, što znači da ima smjer kao i veličinu. Dva električno nabijena objekta doživjet će silu odbijanja ako imaju istu vrstu naboja i privlačnu silu ako imaju različite vrste naboja. Sila koju doživljava nabijeni objekt u električnom polju može se izračunati kao F = Eq, gdje je F sila u Newtonima, E je električno polje u voltima po metru (v/m), a q je naboj u Kulonima. Ova se jednadžba može preurediti kako bi se dobila jačina polja, E, u voltima po metru: E = F/q. Ovi se primjeri odnose na male, točkaste objekte; za složenija, ili višestruko nabijena tijela, izračuni su kompliciraniji.

Smjer električnog polja definira se kao smjer u kojem bi električnu silu osjetio predmet s pozitivnim nabojem postavljenim u polje. Dakle, polje bi bilo usmjereno od pozitivnog naboja prema negativnom naboju, budući da se slični naboji odbijaju, a različiti privlače. U slučaju dvaju tijela s istim tipom naboja, svako bi doživjelo silu – koja se može izračunati jednadžbom F = Eq – usmjerenu od drugog objekta. Obrnuto, za dva suprotno nabijena tijela, svako bi osjetilo silu usmjerenu prema drugom objektu.

Linija električnog polja može se povući strelicom koja je usmjerena dalje od pozitivnog naboja i usmjerena prema negativnom naboju. Tako bi se pozitivno nabijen objekt prikazao s linijama polja koje su usmjerene od njega u svim smjerovima, a negativno nabijeni objekt s linijama polja koje se konvergiraju na njega. Ovo je, međutim, samo konvencija i ne ukazuje na to da postoji nešto fizičko što ukazuje u određenom smjeru.

Koncept električnog polja kao što je gore opisano dio je “klasične” fizike. Klasični opis dobro funkcionira za svakodnevne primjene, ali ne objašnjava što se zapravo događa kada se nabijeni objekti međusobno privlače ili odbijaju. Grana kvantne teorije poznata kao kvantna elektrodinamika (QED) pokušava to učiniti u smislu razmjene fotona, nositelja elektromagnetske sile.