Warto przeczytać

Linie polaLinie polaLinie pola elektrycznego w sposób graficzny przedstawiają to pole. Przebiegają tak, by wektor natężenia pola elektrycznego był zawsze styczny do nich. Czasami używa się określenia linie sił pola elektrycznegoLinie sił pola eklektycznegolinie sił pola elektrycznego, opierając ich definicję o wektor siły działającej na dodatni ładunek próbny. Pojęcie linie polaLinie polalinie pola jest jednak bardziej ogólne – można je zastosować do każdego pola fizycznego.

Na podstawie rozkładu linii pola jesteśmy w stanie określić położenie ładunku, który je wytworzył. Zwrot linii określa znak ładunku źródłowego. Na rysunku 1. przedstawiono linie pola pochodzące od ładunku punktowego dodatniego i ujemnego. Widzimy, że pole ładunku punktowego jest polem centralnym (w środku ładunku znajduje się punkt centralny, od którego promieniście rozchodzą się linie pola lub do którego się schodzą). Zauważmy, że dla ładunku dodatniego, zwrot linii jest skierowany od źródła, a dla ładunku ujemnego – do źródła.

R1dJ3SffBTl7w

Rys. 1. Na rysunku przedstawiono dwa koła symbolizujące ładunki punktowe. Lewa część rysunku jest opisana jako a. Koło po lewej stronie ma w środku symbol plusa i rozchodzą się od niego promieniście na zewnątrz strzałki symbolizujące linie pola elektrycznego. Prawa część rysunku jest opisana jako b. Koło po prawej stronie ma w środku symbol minusa i zbiegają się do niego promieniście strzałki.

Na Rys. 2. przedstawiono przebieg linii pola wytworzonego przez układ dwóch ładunków punktowych o jednakowej wartości. Gdy mają one różne znaki, układ taki nazywa się dipolemDipol elektrycznydipolem, a kształt linii pola jest charakterystyczny. Wiemy już, że ich zwrot prowadzi od ładunku dodatniego do ujemnego.

W przypadku ładunków tego samego znaku (jednoimiennych) linie pochodzące od jednego z nich „odpychają się” od linii pochodzących od drugiego. Jeśli są to ładunki dodatnie, jak na jak na Rys. 2b., zwroty prowadzą na zewnątrz.

R1EnKD8C198LA

Rys. 2. Rysunek składa się z dwóch części. Po lewej stronie znajduje się część opisana jako a. W tej części przedstawiono linie pola elektrycznego od dipola elektrycznego, czyli dwóch ładunków, dodatniego i ujemnego, ustawionych pionowo jeden nad drugim. Są one od siebie nieco oddalone. Ładunek dodatni przedstawiony jest za pomocą czerwonego koła ze znakiem plus w środku i znajduje się w górnej części. Ładunek ujemny jest przedstawiony za pomocą niebieskiego koła ze znakiem minus i znajduje się w dolnej części. Pomiędzy ładunkami, za pomocą cienkich linii ze strzałkami, narysowano linie pola elektrycznego. Są one skierowane od ładunku dodatniego i biegną do ładunku ujemnego. Linie wychodzą z różnych punktów na obwodzie czerwonego koła i trafiają do punktów umieszczonych symetrycznie na drugim kole, np. linia wychodząca z punktu na godzinie 9 trafia w drugim kole w punkt na godzinie 9, linia wychodząca na godzinie 10 trafia w punkt na godzinie 10 i tak dalej. Linie tworzą łuki. Po prawej stronie znajduje się część b. Położenie ładunków jest takie samo jak w części a, jednak teraz obydwa są dodatnie. Linie pola elektrycznego wychodzą z ładunków dodatnich, a następnie zaginają się tak, by nie zbliżać się do drugiego ładunku. Oznacza to, że linie od górnego ładunku odginają się do góry, a od dolnego do dołu.

Warto również zwrócić uwagę na linie pola między dwoma przewodnikami w formie płaszczyzn, naładowanymi różnoimiennie (taki układ tworzy kondensatorKondensatorkondensator płaski). Linie pola wewnątrz kondensatora są prostopadłe do powierzchni przewodników i wyglądają tak, jak pokazano na Rys. 3. Jest to pole jednorodne, czyli w każdym punkcie wektor jego natężenia ma taką samą wartość, kierunek i zwrot.

RYosFEGiG8fs0

Rys. 3. Rysunek przedstawia pole od dwóch naładowanych płyt umieszczonych równolegle do siebie. Płyty przedstawiono w formie wysokich, wąskich prostokątów. Lewa płyta jest naładowana dodatnio, a prawa ujemnie, na co wskazują znaki plus i minus umieszczone wewnątrz płyt. Linie pola znajdują się tylko w obszarze między płytami i są skierowane od płyty dodatniej do ujemnej, prostopadle do płyt.

Linie pola obrazują także wizualnie wartość natężenia pola elektrycznego. Im większa jest ta wartość, tym gęściej przebiegają linie pola. Jako przykład rozpatrzmy przewodnik o nieregularnym kształcie (Rys. 4.).

RTkRBnLskX3Yk

Rys. 4. Na rysunku przedstawiono kształt przypominający łzę, jest on zaokrąglony z lewej strony i zwęża się do prawej tworząc spiczaste zakończenie. Na zewnętrznej powierzchni kształtu rozmieszczono ładunki dodatnie, symbolizowane za pomocą znaków plus. Nie są rozłożone równomiernie. Są one bardziej zagęszczone w okolicy ostrza. Narysowano również linie pola elektrycznego, które zawsze skierowane są prostopadle do powierzchni kształtu w danym punkcie. Linie przedstawiono za pomocą strzałek skierowanych na zewnątrz.

Na przewodniku rozkład ładunków jest taki, że najwięcej ich gromadzi się tam, gdzie krzywizna powierzchni jest najmniejsza (czyli na ostrzu). Tam też pole elektryczne jest najsilniejsze, co widać jako największe zagęszczenie linii tego pola.

Na podstawie linii pola (ich kształtu, rozmieszczenia oraz zwrotu) możemy więc określić kształt przewodnika będącego źródłem pola, a także znak ładunku, jaki został na niego naniesiony.

Linie pola pozwalają również wyznaczyć powierzchnie ekwipotencjalne, czyli zbiory punktów o takim samym potencjalePotencjał elektryczny w punkciepotencjale. Linie pola są zawsze prostopadłe do powierzchni ekwipotencjalnych. Kształt powierzchni ekwipotencjalnych dla pola jednorodnego, ładunku punktowego oraz dipola obrazuje Rys. 5.

R1WDVePLCYO94

Rys. 5. Rysunek składa się z trzech części. W części lewej przedstawiono pole od dwóch naładowanych płyt umieszczonych równolegle do siebie. Płyty przedstawiono w formie wysokich, wąskich prostokątów. Lewa płyta jest naładowana ujemnie, a prawa dodatnio, na co wskazują znaki minus i plus umieszczone wewnątrz płyt. Linie pola biegną od płyty dodatniej do ujemnej, prostopadle do płyt. Zaznaczono dodatkowo kształt powierzchni ekwipotencjalnych. Są one prostopadłe do linii pola, a zatem równoległe do powierzchni płyt. Na dwuwymiarowym rysunku są one widoczne jako linie równoległe do dłuższego boku płyt‑prostokątów. W środkowej części przedstawiono linie pola oraz powierzchnie ekwipotencjalne dla dodatniego ładunku punktowego. Linie pola to strzałki rozchodzące się promieniście na zewnątrz od koła z plusem symbolizującego ładunek. Powierzchnie ekwipotencjalne to sfery, których środek pokrywa się z położeniem ładunku. Na dwuwymiarowym rysunku widoczne są jako koła. W prawej części przedstawiono linie pola elektrycznego i powierzchnie ekwipotencjalne dla dipola elektrycznego, czyli dwóch ładunków, dodatniego i ujemnego, ustawionych pionowo jeden nad drugim. Są one od siebie nieco oddalone. Ładunek dodatni przedstawiony jest za pomocą czerwonego koła ze znakiem plus w środku i znajduje się w górnej części. Ładunek ujemny jest przedstawiony za pomocą niebieskiego koła ze znakiem minus i znajduje się w dolnej części. Pomiędzy ładunkami, za pomocą cienkich linii ze strzałkami, narysowano linie pola elektrycznego. Są one skierowane od ładunku dodatniego i biegną do ładunku ujemnego. Linie wychodzą z różnych punktów na obwodzie czerwonego koła i trafiają do punktów umieszczonych symetrycznie na drugim kole, np. linia wychodząca z punktu na godzinie 9 trafia w drugim kole w punkt na godzinie 9, linia wychodząca na godzinie 10 trafia w punkt na godzinie 10 i tak dalej. Linie tworzą łuki. Powierzchnie ekwipotencjalne mają kształt rozciągniętych kul, które są wydłużone w kierunku na zewnątrz od ładunków. Na dwuwymiarowym rysunku powierzchnie te są widoczne jako elipsy.

Słowniczek