Elektrisk felt

Grundbeskrivelse

En elektrisk ladning er en kilde til et elektrisk felt, der omgiver den. Den bliver også selv påvirket af en kraft, når den er et elektrisk felt. Det minder meget om det fænomen, at en genstand med masse er kilde til et tyngdefelt omkring sig, mens den samtidigt påvirkes af en tyngdekraft, når den er anbragt i et tyngdefelt.

Det elektriske felt fra en elektrisk ladning, positiv til venstre og negativ til højre. (Geek3, Wikimedia Commons)

Der findes positive og negative elektriske ladninger. Det elektriske felt, der omgiver en positiv ladning, er rettet væk fra ladningen, mens feltet omkring en negativ ladning er rettet hen mod ladningen.

Et elektrisk felt påvirker en positiv ladning med en kraft i feltets retning, og tilsvarende vil en negativ ladning påvirkes af en kraft rettet modsat feltet. Det medfører, at to ens ladninger - to positive eller to negative - frastøder hinanden, mens to forskellige - en positiv og en negativ - tiltrækker hinanden.

Uddybende beskrivelse

Feltet illustreres ofte ved feltlinier som på billederne her. I virkeligheden findes der naturligvis ikke feltlinier, men de er praktiske til at beskrive vigtige egenskaber ved feltet. Feltlinierne er forsynet med en pil, der angiver feltets retning. Feltets styrke kan ses af tætheden af feltlinierne. Man kan tydeligt se, at feltet omkring ladningerne er stærkest tæt ved dem.

Styrken af det elektriske felt E i afstanden r en punktladning q langt fra andre ladninger kan beregnes på denne måde:
\[ E = \frac{q}{4\pi\varepsilon_0{\cdot}r^2}\]
Retningen af feltet er som nævnt væk fra en positiv ladning og hen mod en negativ. Konstanten \(\varepsilon_0\) kaldes vakuumpermittiviteten og har værdien 8,854187818·10^-12\(\frac{\mathrm{F}}{\mathrm{m}}\).

Et elektrisk felt \(\vec{E}\) påvirker en ladning q kraft \(\vec{F}\), som kan beregnes på denne måde:
\[\vec{F} = q\cdot\vec{E}\] Her er både feltet og kraften angivet som vektorer, der har både en størrelse og en retning. Retningen af kraftpåvirkningen afhænger af fortegnet for ladningen q. Når den er positiv, er kraften \(\vec{F}\) rettet samme vej som feltet \(\vec{E}\) og ved en negativ ladning er det modsat

Det elektriske felt omkring to ladninger med modsat fortegn. (Geek3, Wikimedia Commons)

Det elektriske felt omkring to ens ladninger. (Geek3, Wikimedia Commons).

Er der en positiv og en negativ ladning tæt ved hinanden, vil feltet gå fra den positive ladning til den negative. Det minder i udsseende meget om magnetfeltet omkring en stangmagnet.

Feltet omkring to tætliggende ladninger med samme fortegn ser helt anderledes ud. Her ses, at de to felter nærmest skyr hinanden og i stor afstand fra de to ladninger vil feltet se ud som feltet fra en enkelt ladning.

Elektriske felter dannes også af magnetiske felter, der ændrer sig.

Erland Andersen og Christian Petresch