שדה חשמלי

שדה חשמלי יתאר את הכוח החשמלי שיפעל על גוף בעל מטען (בדיוק כמו ששדה גרביטציה יתאר את כוח הגרביטציה שיפעל על גוף בעל מסה). כוח חשמלי זה יחושב לפי מכפלת המטען בשדה.
כמו שמסה הנמצאת בשדה גרביטציה מרגישה כוח גרביטציה, כך מטען הנמצא בתוך שדה חשמלי מרגיש כוח חשמלי, על פי הנוסחה:

\vec F=q\vec E

שדה חשמלי של גופים שונים

עלינו להכיר את עוצמת וכיוון השדה החשמלי של גופים שונים. החישוב מבוצע בעזרת חוק קולון או בעזרת חוק גאוס (נשתמש בחוק גאוס לחישוב השדה של גופים סימטריים ובחוק קולון, שהוא חישוב מורכב יותר, לכל גוף כללי)

שדה חשמלי של גוף נקודתי – יפעיל שדה חשמלי על פי הנוסחה:

\vec E_{point}=\frac q{r^2}

שדה חשמלי של ספירה מוליכה – מחוץ לספירה נתייחס לספירה כאל גוף נקודתי, ובתוך הספירה השדה מתאפס.

\vec E_{sphere}=\frac q{r^2}

שדה חשמלי של תיל אינסופי – שדה מושפע מהצפיפות האורכית והמרחק מהתיל:

\vec E_{cylinder}=\frac {\lambda}{r}

שדה חשמלי של משטח אינסופי – השדה אינו תלוי במיקום אלא רק בצפיפות. כיוון השדה מתהפך מעל/מתחת למשטח.

\vec E_{surface}=\sigma

קפיצה בשדה החשמלי

בדוגמא מעלה ראינו כי השדה החשמלי מתאפס בתוך ספירה מוליכה. מצב זה מגדיר בעצם מצב יחודי בפיזיקה בו יש קפיצה בגודל פיזיקלי. משמע, השינוי בין השדה בתוך המוליך לשדה מחוץ למוליך איננו רציף. אי רציפות זו יחודית לשדה החשמלי (לעומת פוטנציאל למשל, שהינו רציף).
מקפיצת שדה זו נוכל לקבל את צפיפות המטען (וגם את כמות המטען) לפי נוסחת הצפיפות הרשומה מעלה.

אנרגיה של שדה חשמלי

ניתן לחשב את האנרגיה האלקטרוסטטית של גופים טעונים על פי השדה החשמלי אותו הם יוצרים בעזרת הנוסחה:

U=\int_0^\infty E_{(r)}^2\cdot dv

כלומר, אינטגרל על כל המרחב של השדה החשמלי בריבוע. חשוב לציין שברוב התרגילים לא נשתמש בנוסחה זו, ונעדיף חישוב פשוט יותר בעזרת פוטנציאל (ונשתמש בנוסחה זו רק כאשר הפוטנציאל לא נתון או שלא נתבקש לחשב אותו בסעיפים אחרים של התרגיל).

שדה חשמלי של מבודד

השדה החשמלי מחוץ למבודד יהיה כמו של גוף נוקדתי.
השדה החשמלי בתוך מבודד יחושב לפי סך המטענים הנמצאים מנקודת הבדיקה למרכז, חלקי המרחק מהמרכז בריבוע (בדומה לשאר חישובי השדה שביצענו עד כה)

E_{(r)}=\frac 1{r^2}\int\rho_{(r)}\cdot r^2dr