Elektriväli

Elektriväli on füüsikaline väli, mis ümbritseb elektriliselt laetud osakest või keha ja mõjutab teisi ruumis paiknevaid elektrilaenguid. Elektriväli on tihedalt seotud magnetväljaga ning need koos moodustavad elektromagnetvälja. Elektrivälja tekitavad elektriliselt laetud osakesed (elektrilaengud) ja samuti ajas muutuv magnetväli. Viimasel juhul nimetatakse välja pööriselektriväljaks.
Elektrivälja saab kirjeldada mõjuga proovilaengule (proovilaeng on idealiseeritud elektriliselt laetud punktikujulisele proovikeha, mis ise ei mõjuta uuritavat välja). Elektrivälja levimiskiirus on nagu elektromagnetväljalgi vaakumis võrdne valguse kiirusega, kuid aines on kiirus väiksem.
Elektriväli on vektorväli, mida iseloomustab igas tema punktis ja igal hetkel vektori väärtus, seega tema suurus ja suund.
Vastavalt sellele, kas elektrivälja tekitab liikumatu ja ajas muutumatu laeng või liikuv laeng, eristatakse elektrostaatilist ja elektrodünaamilist välja.
Elektrivälja mõiste pakkus esimest korda välja Michael Faraday 19. sajandil.
Elektrivälja tugevus.
Elektrivälja tugevust defineeritakse proovilaengule mõjuva jõu kaudu:
formula_1,
kus formula_2 on elektrivälja tugevuse vektor ja formula_3 proovilaengule formula_4 mõjuva jõu vektor. Vektori formula_2 suund ühtib positiivsele laengule mõjuva jõu suunaga. Teisisõnu on elektrivälja tugevus arvuliselt võrdne jõuga, mis mõjub antud väljapunktis asuvale ühikulisele punktlaengule.
SI-süsteemis on elektrivälja ühik formula_6 või formula_7.
Punktlaengu elektriväli.
Leidmaks punktlaengu elektrivälja tugevust suvalises punktis, mis asub punktlaengust formula_8 kaugusel formula_9, asetatakse sellesse punkti proovilaeng formula_4. Coulombi seaduse kohaselt mõjub siis laengule jõud
formula_11,
kus formula_12 (formula_13 F/m on elektriline konstant).
Võrdetegur formula_14 sõltub kasutatavast ühikusüsteemist. SI-süsteemis on formula_14 väärtuseks ligikaudu 9·109 m/F, (CGS-süsteemis on ühikud valitud nii, et formula_16).
Elektrivälja tugevus valitud punktis
formula_17,
kus formula_18 on antud punkti kohavektor ja formula_19 vastav ühikvektor.
Kahe vastasmärgilise punktlaengu süsteemi – dipooli – poolt tekitatava elektrivälja tugevus piki dipooli telge leitakse positiivse ja negatiivse laengu elektriväljade avaldiste kaudu. Pärast matemaatilisi tehteid saadakse välja tugevuseks
formula_20 ,
kus formula_21 on kaugus dipooli tsentrist ja formula_22 on dipoolmoment (formula_23 on punktlaengute omavaheline kaugus).
Joonlaengu elektriväli.
Joonlaeng koosneb punktlaengutest, mis on asetunud piki joont, näiteks piki juhet. Lineaarse laengutiheduse formula_24 korral väljatugevus
formula_25,
kus vektor formula_26 on suunatud joonlaengult radiaalselt mõõtepunkti.
Elektrivälja superpositsioon.
Elektriväli rahuldab superpositsiooni printsiipi. See tähendab seda, et jõud, millega laengute süsteem mõjub antud süsteemi mittekuuluvale laengule, on võrdne nende jõudude vektorsummaga, millega iga süsteemi kuuluv laeng antud laengule üksikult mõjub. Laengute süsteemi väljatugevus on võrdne nende väljatugevuste vektorsummaga, mida tekitavad kõik süsteemi kuuluvad laengud üksikult:
formula_27
Juhul kui on tegemist elektriväljaga, kus on "N" laetud osakest, siis saab väljatugevust väljendada iga punkti elektrivälja tugevuse superpositsioonina:
formula_28
kus formula_29 laengu kaugus hetkel huvi pakkuvast punktist ja formula_30 vastava laengu ühikvektor.
Superpositsiooniprintsiibi abil on võimalik leida mistahes laengusüsteemi väljatugevust.
Elektrostaatiline väli.
Elektrostaatiline väli on selline elektriväli, kus välja tugevus ei muutu ajas. Seega on laengud paigal. Elektrivälja tugevus punktis "E(r)" on võrdne elektrilise potentsiaali negatiivse gradiendiga:
formula_31,
kus formula_32 on gradient ja formula_33 on elektriline potentsiaal.
Selleks et liigutada laengut ühelt potentsiaalilt teisele, on vaja teha tööd
formula_34 ehk formula_35.
Homogeenses väljas on kahe potentsiaali vaheline elektriväli
formula_36,
kus "d" on potentsiaalidevaheline kaugus.
Jõujooned.
Elektriväljas avalduvat jõudu on hea visualiseerida (näitlikustada) jõujoonte abil. Jõujoone igas punktis mõjub positiivsele proovilaengule jõud, mille suund ühtib jõujoone puutuja sihiga selles punktis. Mida tihedamalt jõujooned paiknevad, seda tugevam on väli. Jõujoonte hajumine kauguse suurenemisel laetud punktist näitab seda, et elektriväli nõrgeneb.
Elektrilaengute elektrivälja jõujooned algavad kokkuleppeliselt positiivselt laengult ning lõpevad negatiivsel laengul.
Ekvipotentsiaalpinnad.
Elektrivälja naaberpunktid, milles elektrivälja potentsiaal on võrdne, moodustavad ekvipotentsiaalpinna, mis võib olla kujuteldav või reaalselt eksisteeriv pind. Laengu nihutamiseks elektriväljas samal ekvipotentsiaalpinnal asuvate punktide vahel pole tööd vaja teha. 
Punktlaengu või kerasümmeetrilise laengujaotuse tekitatud ekvipotentsiaalpinnad on kontsentrilised sfäärid. Ekvipotentsiaalpinnad on alati risti elektrivälja jõujoontega ja ühtlasi väljavektoriga.
Elektriväli dielektrikus.
Dielektrikus avaldub staatiline elektriväli kujul
formula_37,
kus vektor D on elektrivoo tihedus, E on elektrivälja tugevus ja P on polarisatsioon, mis kirjeldab aine sees olevat elektrilist dipoolmomenti.
Elektrivälja energia.
Elektrostaatiline väli salvestab energiat. Välja energiatihedus ruumalaühiku kohta
formula_38,
kus formula_39 on keskkonna dielektriline läbitavus ja formula_40 on elektrivälja tugevuse vektor.
Välja salvestunud koguenergia "U" on integraal üle ruumala "V":
formula_41.
Elektrodünaamiline väli.
Elektrivälja pole võimalik tekitada mitte ainult staatiliste elektrilaengute abil, vaid ka muutuva magnetväljaga. Elektrodünaamiline väli on ajas muutuv elektriväli, kui seda muutumist põhjustab laengute liikumine. Sel juhul tuleb elektrivälja käsitleda koos magnetväljaga, mis koos moodustavad elektromagnetvälja.
Faraday induktsiooniseaduse kohaselt indutseerib muutuv magnetväli pööriselise elektrivälja. Maxwelli kolmanda võrrandi kohaselt on niisuguse välja rootor formula_42 võrdne magnetinduktsiooni formula_43 muutumiskiiruse miinusmärgilise väärtusega:
formula_44.
Kui niisugusesse muutuvasse magnetvälja asetada näiteks juhtmesilmus, siis indutseerib pöörisväli selles elektromotoorjõu ja tekib elektrivool. Elektrit juhtivas materjalis kutsub muutuv magnetväi esile pöörisvoolu.
Võrdlus gravitatsiooniväljaga.
Elektrostaatilist välja ja gravitatsioonivälja omavahel võrreldes võib näha, et neil on ühiseid jooni: