Sähkökenttiä

Sähkökenttä on vektorikenttä, joka kuvaa sähkövoiman per yksikkövara testivarausta kohtaan. Paikassa x sijaitseva testivaraus q kokee voiman F, jonka suunta on kentän E suuntainen ja suuruus F = qE. Kentän yksikkö on voltin per metri (V/m) tai newtonia per coulomb (N/C).

Sähkökenttä syntyy varauksista ja niiden jakaumasta. Staattisen kentän peruslaki on Coulombin laki sekä superposition: kenttä on kaikkien yksittäisten varauksien kenttien kokonaisvaikutus. Pistettä kohti johtuen yksittäisen varauksen kenttä vakuumissa on E = (1/4πε0) q r̂ / r^2, missä r on etäisyys varaukseen ja r̂ sen suunta. Aineessa kenttää pienentää materiaalin permittiviteetti ε = ε0 εr, jolloin E = (1/4πε) q r̂ / r^2 ja sähköinen yhdistys Displacement field D = εE. Yksikkö voi myös ilmaista E:n suhteena potentiaaliin V: E = -∇V.

Sähkökenttä noudattaa Gaussin lakia: ∮ E·dA = Qen/ε0, joka yhdistää piirin sulkeman kentän ja siinä piiloutuvan varauksen. Kenttä on vektorina ja sen suunta kertoo, mihin suuntaan positiivinen testivarauksia vie. Kentän suunnan avulla voidaan puhua kenttägeometriaa ja kenttälinjoista, vaikka varsinaisen fysiikan kuvaaminen edellyttää mittoja.

Sähkökenttien tutkimus on keskeinen osa sähkötekniikkaa, fysiikkaa ja materiaalitieteitä. Käytännön sovelluksia ovat kondensaattorit, sähköinen suojaus ja häiriönhallinta sekä mittaukset antureilla ja kenttien visualisointi.

Maksimelliset lait ja aikavoimien muutokset tuovat mukaan ajan muuttuvat sähkö- ja magneettikentät, joissa E:n muutokset voivat synnyttää magneettisia ilmiöitä ja päinvastoin. Tämä on elektromagnetismin perusta.