Elektrik alanı

Elektriksel alan, kıvıl alan, elektrik alan veya elektrik alanı, elektriksel yükü veya manyetik alanı çevreleyen uzayın bir özelliği olup, içerisinde bulunan yüklü nesnelere elektriksel güç aracılığı ile etki eder. Kavram fiziğe Michael Faraday tarafından kazandırılmıştır.Elektrik alanı SI birimi Newton/Coulomb ya da Volt/metre olan bir vektör alanıdır. SI temel birimleri cinsinden kg·m·s−3·A−1 olarak ifade edilir. Alanın belli bir noktadaki büyüklüğü  o noktaya konacak 1 Coulomb'luk bir test yüküne ne kadar kuvvet uygulayacağıyla belirlenir, alanın yönü kuvvetin yönüdür. Elektrik alan, yoğunluğunun büyüklüğü alan büyüklüğünün karesiyle doğru orantılı elektriksel enerjiye sahiptir. Elektrik alanın yükle ilişkisi yerçekimi ivmesinin kütleyle ilişkisinin ve kuvvet yoğunluğunun hacimle ilişkisi gibidir.Zamana göre değişen bir elektrik alanı (mesela hareketli bir yüklü parçacık nedeniyle) yerel manyetik alana sebep olur. Bu, elektrik ve manyetik alanların birbirinden bağımsız olmadığını gösterir; bir gözlemcinin yalnızca elektrik alanı olarak gözlemlediğini başka bir referansa göre başka bir gözlemci bir elektrik ve manyetik alan karışımı olarak gözlemleyebilir. Bu nedenle elektrik ve manyetik alanlardan ayrı ayrı bahsetmek yerine bu ikisi “elektromanyetizma” ya da “elektromanyetik alan” olarak, birlikte incelenir. Kuantum mekaniğinde elektromanyetik alandaki değişmeler foton olarak adlandırılır ve fotonun enerjisi kuantize olmuştur.Elektrik alanı, uzay içinde belli bir noktada sabit duran noktasal yüke uygulanan, yük başına düşen kuvvet olarak tanımlanır:Bu denklem elektrik alanı yalnızca alanda durağan yükler olduğunda tanımlar. Dahası, alandaki yükler elektrik alanı değiştireceğinden, herhangi bir q yükünün varlığındaki elektrik alanı o yük olmadığında olandan daha farklı olacaktır. Fakat, verili bir yük dağılımından kaynaklanan elektrik alanı bu alanı hissedecek hiçbir parçacık olmasa dahi tanımlıdır. Bu tanımlılık alana varsayımsal olarak yerleştirilen test yükü ile sağlanır. Bu sayede elektrik alanı test yükü sıfıra yaklaşırken yükün hissedeceği kuvvet ile tanımlanır:Tanımdan anlaşılabilceği üzere elektrik alanın yönü pozitif yüklü parçacığın hissedeceği kuvvetin yönüyle aynı, negatif yüklü parçacığın hissedeceği kuvvetin yönünün zıddıdır. Aynı yükler birbirini itip zıt yükler birbirini çekeceğinden (aşağıda formülü verilmiştir), pozitif yüklerin etrafındaki alanların dışarıyı gösterdiğini ve negatif yüklerin etrafındaki alanların içeriye doğru yöneldiğini söyleyebiliriz.Coulomb yasasına dayanarak, uzayda tek bir noktasal yük tarafından üretilen elektrik alanı yazabiliriz:Birden fazla noktasal yükün ürettiği elektrik alanı yüklerin teker teker ürettiği elektrik alanların süperpozisyonudur:Alternatif olarak, Gauss yasası uzayda sürekli bir yük yoğunluğu dağılımının ürettiği elektrik alanı hesaplamamızı sağlar.Coulomb yasası esasen elektrik yük dağılımı ile bu dağılımdan kaynaklanan elektrik alanı arasındaki ilişkiyi gösteren Gauss yasasının özel bir halidir. Gauss yasası elektromanyetik teoriyi oluşturan dört Maxwell denklemlerinden biridir.Elektrik alanını zihinde daha kolay canlandırmak için elektrik alanı çizgileri kullanılır. Elektrik alanı çizgilerinin özellikleri şunlardır:Her noktada aynı değere sahip olan elektrik alana sabit elektrik alanı denir.İki paralalel iletken levhaya potansiyel fark uygulanarak yaklaşık olarak elde edilebilir.Yaklaşık olmasanın sebebi elektrik alanın köşelerde düzenli halinden uzaklaşmasıdır.Bu etkenleri ihmal edersek eşitlikBu eşitlik sadece elektrik alanın büyüklüğünü vermektedir.Elektrik alanın yönü ise pozitif yüklü levhada negatif yüklü levhaya doğrudur.m kütleli, q yüklü bir cismi E elektrik alanına koyarsak, bu cisme  kadarlık bir net kuvvet etki eder, dolayısıyla cisim ivmeli hareket yapar. (Newton'ın hareket yasaları) Yani cismin ivmesiElektrik alanı durağan bir yük tarafından üretilebileceği gibi değişen manyetik alanın sonucu olarak da oluşurlar. Sonuç olarak,Elektrostatik durağan yükleri çevreleyen elektrik alanların bilimiyken manyetik alanın değişmesiyle oluşan elektrik alanlar elektrodinamik ve elektromanyetik konusudur.Yukarıdaki denklemlerde görüldüğü gibi elektrik alanı pozisyona bağlıdır. Noktasal bir yük tarafından üretilen elektrik alanı parçacığa olan uzaklığın karesiyle azalır.Elektrik alanı süperpozisyon prensibine uyar. Eğer birden fazla noktasal kaynak varsa herhangi bir noktadaki toplam elektrik alanı bu noktasal kaynakların o noktada tek başına ürettiği elektrik alanların vektörel toplamıdır.Eğer birden fazla yük dağılımını böyle bir elektriksel potansiyel üretiyorsa (örneğin bir katıda) elektrik alanı gradyanı da tanımlanabilir.Doğrusal materyallerin yalıtkanlık sabiti epsilon olmak üzere, dielektrik alan aşağıdaki formül ile verilir:epsilon alanın içerisinde bulunduğu yerin yalıtkanlık sabiti, E elektrik alanı vektörüdür. Böylece, verili bir V hacminde depolanan toplam enerji dV diferansiyel hacim elementi olmak üzereNegatif yüklerin var olmasına karşın negatif kütle diye bir şey yoktur. Bu madde bir öncekiyle birleştirildiğinde, kütleçekim kuvvetinde kütlelerin birbirini her zaman çektiğini fakat elektrostatik kuvvetlerde yüklerin birbirini hem çekip hem itebildiklerini söyleyebiliriz.Learning by Simulations  - Dört noktasal parçacığa kadar elektrik alanı gösteren interaktif bir uygulama.