50ohm-contents-dl/contents/sections/elektriskt_falt.md

Det fysikaliska fenomen som överhuvudtaget gör radiosignaler möjliga är det elektromagnetiska fältet. Att fältet kan breda ut sig i tomma rymden, utan något bärande medium, var en av 1800-talets viktigaste upptäckter.

Länge trodde fysiken på att det fanns en ”eter” som finns överallt och i vilken de elektromagnetiska vågorna breder ut sig som ljud i luft. Den föreställningen var felaktig, men i vardagsspråket har begreppet levt kvar, till exempel när vi sitter vid mottagaren och *lyssnar i etern*.

---

Som namnet antyder består det elektromagnetiska fältet av två komponenter, det elektriska och det magnetiska fältet. När det elektriska och det magnetiska fältet varierar i tiden förekommer båda fältkomponenterna alltid tillsammans.

Vi börjar dock med det tidsoföränderliga elektriska fältet, även kallat statiskt fält. Det elektriska fältet betecknas allmänt med bokstaven E.

[picture:881:e_plattenkondensator: En plattkondensator med pålagd spänning och homogent elektriskt fält]

---

Figur [ref:e_plattenkondensator] visar schematiskt en plattkondensator med spänningen U över plattorna. Plattorna är isolerade från varandra och ingen ström flyter. Spänningen gör att positiva laddningsbärare samlas på den vänstra plattan och negativa på den högra. Mellan plattorna uppstår ett statiskt elektriskt fält E. Om vi antar att plattornas utsträckning i längd och bredd är mycket större än avståndet mellan dem, är fältets styrka oberoende av platsen -- vi talar om ett homogent fält. Den elektriska fältstyrkan kan då beräknas helt enkelt:

E = \frac{U}{d}

där d är avståndet mellan plattorna.

Ur ekvationen $E = \frac{U}{d}$ följer också enheten för elektrisk fältstyrka: $\unit{\volt\per\meter}$

---

För att beräkna den elektriska fältstyrkan i en plattkondensator måste vi känna spänningen och plattavståndet. Plattkondensatorer förekommer ofta i antennavstämningsenheter.

Se alltid noga till att enheterna blir rätt!

Exempel: Spänningen är \qty{9}{\volt} och plattavståndet \qty{0,6}{\centi\meter}. Då räknar vi med formeln ovan:

E = \frac{\qty{9}{\volt}}{\qty{0,6}{\centi\meter}} = \frac{\qty{9}{\volt}}{\qty{0,006}{\meter}} = \qty{1500}{\volt\per\meter}

En lindad kondensator kan vi tänka oss som en plattkondensator med mycket breda plattor som har rullats ihop. Mellan plattorna finns dock ett isolerande skikt, dielektrikumet. Det ökar kondensatorns kapacitans -- förmågan att lagra laddning. På beräkningen av fältstyrkan inuti har dielektrikumet dock ingen inverkan.

Exempel: Över ett dielektrikum med tjockleken \qty{0,15}{\milli\meter} ligger spänningen \qty{300}{\volt}. Även här använder vi formeln:

E = \frac{\qty{300}{\volt}}{\qty{0,15}{\milli\meter}} = \frac{\qty{300}{\volt}}{\qty{0,00015}{\meter}} = \qty{2000000}{\volt\per\meter} = \qty{2000}{\kilo\volt\per\meter}

Dielektrikum tål bara en begränsad elektrisk fältstyrka innan det förlorar sin isolerande förmåga. Den gränsfältstyrka där detta sker kallas genomslagsfältstyrka. Om vi känner genomslagsfältstyrkan och dielektrikumets tjocklek kan vi beräkna den högsta spänning som kondensatorn tål.

Om genomslagsfältstyrkan är E_d och dielektrikumets tjocklek är d, är genomslagsspänningen:

U_d =E_d \cdot d

Exempel med E_d = \qty{400}{\kilo\volt\per\centi\meter} och d = \qty{0,15}{\milli\meter} (se upp med enheterna!):

\begin{split} U_d &= \qty{400}{\kilo\volt\per\centi\meter} \cdot \qty{0,15}{\milli\meter} \\ &= \qty{40000000}{\volt\per\meter} \cdot \qty{0,00015}{m} \\ &= \qty{6000}{\volt} \\ &= \qty{6}{\kilo\volt} \end{split}

---

En annan viktig färdighet är att i skisser kunna skilja de elektriska fältlinjerna från de magnetiska fältlinjer som behandlas senare.

Med en enkel tumregel är det ganska lätt: elektriska fältlinjer har en början och ett slut, magnetiska fältlinjer har det inte! Det elektriska fältets riktning går alltid från den mer positiva potentialen till den mer negativa.

[picture:884:e_feldlinien_vertikalantenne:Fältlinjer vid en vertikalantenn]