電気力線

概要

電場というのは目に見えないので、なかなかイメージがつかみづらく、電磁気が嫌になる原因の一つである。そこで、ある空間の電場の様子を見てわかるようにしたものが電気力線である。

いろんなルールや性質があるので、それらを理解した上で、自力で電気力線がゴリゴリ書けるようになろう。

電気力線というのは矢印であり、どの角度で引くのか、どれくらい書くのか が大事になる。それぞれにルールが決まっているので、きちんと把握しよう。そうすれば自然と電気力線の模様は決まる。

1. その点における電場の向きを、電気力線の接線の方向（矢印の向き） で表す。
2. 電場の強さが のところでは、電場に垂直な単位面積あたり [本] の電気力線を書く。（単位面積は）

これで矢印の大まかな引き方が定まる。これらのルールにより、次の大事な性質が成り立つことがわかる。

• 電気力線は正の電荷から出て負の電荷に入る。（入るところが無かったり、出るところがなかったりすると、無限遠に行ったり無限遠から出たりする、下の図も参照）
• 電気力線は枝分かれしたり、交差したりしない。（枝分かれしたり交差したりすると、接線の方向である電場の向きがわけわからなくなる）
• 電気力線は等電位面と直交する。（等電位面とは、等しい電位の点をつないだもの（2次元で考える場合は等電位線）証明は補足で！）

実は電気量から、その周りに発生する電気力線の数を具体的に求めることができて、それがガウスの法則である。面白い性質なので、まとめて押さえておこう。コンデンサーの理解に欠かせないものになる。

補足

最後に、電気力線が等電位面と直交する理由について。空間上の等電位面に沿って電荷を移動させたとき、電位は常に等しいので、静電気力による位置エネルギーは一定である。 よって、電場から受ける静電気力はこの電荷に仕事をしないので、電場の向きは、移動方向である等電位面に対して常に垂直となる。