Campul electromagnetic. Intensitatea campului electric in vid.

Campul electromagnetic. Intensitatea campului electric in vid.

Campul electromagnetic este o forma de existenta a materiei. Ca orice forma a materiei campul electromagnetic poseda energie si exercita actiuni ponderomotoare (forte si momente) asupra corpurilor.

Fenomenele electrice si magnetice pot exista atat prin corpuri (sau particule elementare) incarcate ce sarcina electrica cat si prin campul lor electromagnetic care le inconjoara.

Domeniul in care nu exista substanta si deci sarcini electrice ci numai camp electromagnetic il numim conventional vid. Vid in sensul absolut nu poate exista intrucat materia nu este discontinua.

Acolo unde nu exista substanta exista camp (de exemplu camp de gravitatie,etc.).

Campul electromagnetic are doua aspecte particulare: campul electric si campul magnetic. Separarea lor are un caracter relativ. In cazul sarcinilor electrice imobile apare numai campul electric. In cazul magnetilor permanenti imobili, in exteriorul lor, se poate constata numai prezenta campului magnetic.

Aceasta separare relativa a campului electric si magnetic da posibilitatea studierii lor separate.

Campul electric este deci unul din cele doua aspecte ale campului electromagnetic, care se manifesta prin forta mecanica cu care actioneaza asupra unui corp incarcat electric, imobil, introdus in camp.

Obtinerea electrizarii (incarcarea unui corp electric cu electricitate) se poate face prin frecare, prin incalzire, prin deformarea unor cristale, prin efecte chimice, prin iradiere cu raze X sau ultraviolete, etc.

Conform actualelor conceptii, corpurile se prezinta sub forma de sisteme de atomi, fiecare atom fiind format dintr-un nucleu purtand o sarcina electrica pozitiva si unul sau mai multi electroni, care se rotesc in jurul nucleului pe orbite inchise, avand fiecare electron cate o sarcina electrica negativa.

Sarcina electrica este o marime de stare (microscopica) de incarcare electrica a particulelor elementare ale corpurilor; ea este o marime scalara si se noteaza cu q.

Se numeste stare de electrizare sau de incarcare electrica a unui corp acea stare complet caracterizata de sarcina electrica libera q, in general multiplu al sarcinii electrice care este sarcina electronului. Sarcina electronului este considerata ca sarcina elementara (de referinta) si are valoarea .

Pentru a pune in evidenta existenta campului electric este necesar in primul rand sa existe un corp de proba incarcat cu electricitate, iar in al doilea rand corpul de proba sa fie imobil si de sarcina invariabila. Corpul de proba trebuie sa aiba o stare de electrizare astfel incat sa nu modifice starea electrica a sistemului de explorat. Corpul de proba se ia punctual, pentru a permite explorarea unor regiuni din spatiu oricat de mici.

Fig. 2.1

Prin experienta se constata ca forta ce actioneaza asupra corpului de proba introdus in camp depinde de punctul P in care este situat corpul si de starea de electrizare a sa:

(2.1)

Considerand campul de proba cu diverse stari de electrizare situat in diverse puncte intr-un spatiu unde se presupune existenta campului (fig. 2.1.), asupra lui actioneaza forte care satisfac relatia:

(2.2)

Corpul de proba, asupra caruia se exercita forta, se considera asezat in vid.

Forta care se exercita asupra corpului de proba situat in vid este egala cu produsul dintre marimea q (sarcina electrica dependenta numai de starea lui de electrizare) si o marime vectoriala , numita intensitatea campului electric in vid (dependenta numai de punctul considerat in camp, nu si de starea de electrizare a corpului de proba).

sau (2.3.)

In relatia (2.2) s-au introdus doua marimi primitive si . Relatia este univoca daca pentru una din aceste doua marimi se alege in mod arbitrar unitatea de masura.

Se alege pentru unitatea de masura numita Coulomb (C).

Din relatia (2.3) rezulta ca intensitatea campului electric in vid este numeric egala cu forta care se exercita asupra sarcinii de proba egala cu unitatea, introdusa in camp.

Unitatea de masura pentru este volt pe metru .

Daca se examineaza toate punctele regiunii din spatiu in care exista camp electric , se pot construi niste linii care au proprietatea ca tangenta la aceste linii are, in orice punct, directia locala a vectorului intensitatii . Aceste linii se numesc linii de camp. Prin conventie liniile de camp pleaca de la sarcina pozitiva spre sarcina negativa (fig. 2.2)

Fig. 2.2

Corpurile incarcate cu sarcina pot avea aceasta sarcina distribuita:

a) in intregul volum si in acest caz se defineste densitatea de volum a sarcinii, prin limita raportului:

(2.4)

Sarcina din intregul volum V rezulta:

(2.5)

Observatie Aceasta situatie este intalnita la materialele izolante.

b) pe suprafata unui material conductor sau a unui izolant si in acest caz se defineste densitatea de suprafata a sarcinii, prin limita raportului:

(2.6)

iar sarcina q de pe intreaga suprafata A va fi:

(2.7)

c) pe conductoare filiforme si in acest caz se defineste densitatea de linie a sarcinii electrice, prin limita raportului :

(2.8)

iar sarcina q de pe intregul contur C va fi :

(2.9)

Pentru sarcinile electrice este valabil principiul conservarii sarcinii electrice care spune ca: " sarcinile electrice nu pot fi nici create, nici distruse, ele pot fi numai deplasate. Cele doua feluri de sarcini electrice apar in totdeauna simultan si au valori egale".

Fiind dat un sistem izolat de corpuri electrizate, suma algebrica a sarcinilor repartizata in diferite puncte ale sistemului este constanta.

(2.10)

Sarcinile electrice fiind atat pozitive cat si negative ele se combina algebric.

Pentru cazul in care se spune ca sistemul este neutru.