Deo prostora u kojem se oseća delovanje Kulonove sila naziva se električno polje.
Električno delovanje na daljinu
Video čas
Električno polje je prenosnik Kulonove sile. Ukoliko u okolinu posmatranog naelektrisanja dovedemo neko “probno” pozitivno naelektrisanje, a zatim za svaku tačku polja ucrtamo vektor Kulonove sile, dobićemo sliku koja predstavlja linije sila električnog polja. Izgled linija sila, sa uvođenjem novih naelektrisanja postaje sve složeniji.
Linije sila električnog polja “izviru” iz pozitivnog, a “uviru” u negativno naelektrisanje. Ovakva vrsta polja naziva se bezvrtložno polje.
Fizička veličina kojom opisujemo električno polje je vektor jačine električnog polja, obeležava se E a merna jedinica je [V/m] (volt po metru). Za posmatranu tačku električnog polja vektor jačine električnog polja može se izračunati putem formule:
$$\vec{E}=\frac{\vec{F} }{q}$$
Drugim rečima, vektor jačine električnog polja u nekoj tački, bio bi jednak Kulonovoj sili koja bi u toj tački delovala na naelektrisanje od 1 C.
Potencijalna energija i potencijal električnog polja
Ako se telo (čestica) nalazi u prostoru u kojem na nju deluje neka centralna sila (gravitaciona, Kulonova), tada bi ono pod dejstvom te sile bilo sposobno da izvrši rad. Kažemo da telo (čestica) ima potencijalnu energiju. Ukoliko se radi o naelektrisanoj čestici u električnom polju, čestica ima elektrostatičku potencijalnu energiju.
Potencijalna energija električnog polja je brojno jednaka radu, koji je potrebno izvršiti da se naelektrisanje q dovede u posmatranu tačku električnog polja, iz tačke u kojoj je potencijalna energija bila jednaka nuli.
$$ E_{p} =F_{c}\cdot r$$
Ako u prethodniizraz uvrstimo izraz za Kulonovu silu, dobijamo da je
$$E_{p} =k\cdot \frac{q_{1}\cdot q_{2} }{r^{2} } \cdot r$$
Nakon skraćivanja r dobijamo konačni izraz za elektrostatičku potencijalnu energiju:
$$E_{p} =k\cdot \frac{q_{1}\cdot q_{2} }{r } $$
Ako iz prethodne jednačine eliminišemo naelektrisanje q2 kao promenljivu, odnosno računamo potencijalnu energiju za jediničnu vrednost naelektrisanja (1 C), dobijamo novu fizičku veličinu – potencijal električnog polja φ, koji svojom brojnom vrednošću (u pitanju je skalarna veličina) opisuje električno polje.
Potencijal električnog polja govori koliku bi potencijalnu energiju, u posmatranoj tački polja, imalo naelektrisanje od 1C.
$$ \varphi =k\frac{q}{r} $$
Merna jedinica za potencija električnog polja je V (volt).
Rad na premeštanju naelektrisanja u električnom polju
Potencijal efektno opisuje električno polje, dajući nam mogućnost da predvidimo smer kretanja naelektrisanja u električnom polju – Pozitivna naelektrisanja se uvek kreću od višeg ka nižem potencijalu, dok se negativno naelektrisane čestice (elektroni) uvek kreću od nižeg ka višem potencijalu. Osim toga, budući da je potencijal izveden iz potencijalne energije, poznavanje potenincijala dve tačke u električnom polju φ1 i φ2 daje nam mogućnost da izračunamo rad koji treba izvršiti na premeštanje naelektrisanja između tih tačaka. Izvršeni rad, pri premeštanju naelektrisanja u električnom polju, je brojno jednak razlici potencijalnih energija, koje to naelektrisanje ima u krajnjoj i početnoj tački električnog polja:
$$\ A=E_{p2} -E_{p1}$$
Kako se elektrostatička potencijalna energija nekog naelektrisanja, u posmatranoj tački električnog polja, može iskazati kao proizvod količine naelektrisanja i potencijala električnog polja u posmatranoj tački, sledi da je izvšeni rad:
$$\ A=q\cdot \varphi _{2} -q\cdot \varphi _{1}$$
Izvlačenjem naelekrisanja q ispred zagrade, dobijamo da je:
$$\ A=q\cdot \left(\varphi _{2}-\varphi _{1} \right)$$
Gde razlika potencijala između dve tačke polja $\left(\varphi _{2}-\varphi _{1} \right)$ predstavlja napon U, između dve tačke električnog polja, pa je:
$$A=q\cdot U $$
Merna jedinica za napon je takođe V (volt).