השפעת שדה חשמלי על מטען

מהו שדה?

שדה הוא גודל פיזיקלי המוגדר בכל נקודה במרחב, ומתאר כיצד "משהו" ישפיע על גוף שיוצב באותה נקודה - עוד לפני שהגוף בכלל שם.

אנלוגיה: שדה הכבידה של כדור הארץ

כדור הארץ יוצר סביבו שדה כבידה \( \vec{g} \) בכל נקודה במרחב - גם במקום שבו אין כרגע שום גוף. השדה הזה הוא תכונה של המרחב עצמו, בדיוק כמו השדה החשמלי \( \vec{E} \).

כאשר מציבים בתוך שדה הכבידה גוף בעל מסה \( m \), הוא מרגיש כוח משקל:

$$ \vec{F} = m\vec{g} $$

כלומר כופלים את השדה \( \vec{g} \) בתכונה של הגוף שמגיבה אליו - המסה \( m \) - וכך מקבלים את הכוח.

בדיוק מאותו היגיון, השדה החשמלי \( \vec{E} \) הוא תכונה של המרחב, וכאשר מציבים בתוכו מטען \( q \), כופלים את השדה בתכונה שמגיבה אליו - המטען \( q \) - וכך מקבלים את הכוח:

$$ \vec{F} = q\vec{E} $$

בשני המקרים השדה עצמו קיים ללא תלות בגוף שנמצא שם - הוא רק "מחכה" לגוף שיגיע כדי להשפיע עליו.

שדה הוא לא הדדי

בדרך כלל, כשמדברים על שדה, מדברים על מצב שאין בו הדדיות - כלומר לא על חוק פעולה-תגובה (החוק השלישי של ניוטון). למשל: אומרים שמטען גדול Q יוצר שדה חשמלי סביבו, ומטען קטן q שנמצא בתוך השדה מרגיש כוח. נכון מבחינה מתמטית שגם q יוצר שדה חשמלי משלו, ו-Q מרגיש כוח בגללו - אבל זו לא הכוונה כשמדברים על "השדה". כשמדברים על שדה, מסתכלים על הגוף שיוצר אותו כאילו הוא זה שמשפיע על גופים אחרים, בעוד שהגופים האחרים לא משפיעים עליו בחזרה. באותו אופן, כשמדברים על לוויין שנע סביב כדור הארץ, אומרים שהלוויין מושפע משדה הכבידה של כדור הארץ - ולא, למשל, שכדור הארץ מושפע משדה הכבידה של הלוויין, אף שמבחינה מתמטית גם ללוויין יש שדה כבידה משלו.

כיוון השדה וכיוון הכוח

• אם q חיובי - הכוח \( \vec{F} = q\vec{E} \) פועל באותו כיוון כמו \( \vec{E} \).
• אם q שלילי - הכוח פועל בכיוון הפוך ל־\( \vec{E} \).