電場と電位�D（電気力線と等電位面）

１．導入

今日はこれまでの電場と電位を図で見ていきましょう。 電場を視覚化したものを「電気力線」，電位を視覚化したものを「等電位面」といいます。

２．電気力線

電気力線とは電場を視覚化するものです。電気力線の性質は以下の通り。

※ガウスの法則はあとにまわします。

３．等電位面

等電位面とは電位を視覚化します。「電位とは，電気的な標高」ですので， 等高線のようになります。その等電位面の性質は以下の通り。

等電位面は「電気的な山の等高線」です。等高線が集まっているところでは坂が急になっていて、 坂を下る力が強く働きます。これと同様に等電位面が集まっているところでは電場が強いということです。

４．練習

具体的に描いてみましょう。電気力線は互いに反発する， 等電位面は電気力線に直交することを意識して描いてみて下さい。

まず�@ですが，電気力線はOKだと思いますが， 今のところ等電位面の間隔は前回の点電荷の電位の式を参考にしていくしかない。 それを踏まえると，電位は距離に反比例するので，等間隔ではなく，だんだん間隔は広がっていきます。
�Cで，プラスから出たのが何本マイナスに入るのかというと，結局全部いきます。 でも，この紙面の範囲では外に広がっているものもある。
�Dについては，ガウスの法則を勉強しないといけないですが， 正電荷が2倍になるので，そこから出る本数も2倍の16本になります。 負電荷は8本受け取るはずなので，残りの8本は無限遠にいってしまいます。
�Eですが，本当は両端は曲がるはずですが，その効果は通常無視しますので， すべての電気力線が等間隔になります。電気力線の密度が電場の強さなので， 極板の間の電場はどこでも同じになります。このような電場を「一様電場」といいます（次回詳しく）。

※アースについて･･･まず極板の下にあるマークですが，「アース」（地球の意味）または「接地」 といいます。点電荷の静電気力による位置エネルギーでは無限遠を基準（V=0)に設定しましたが， 別にどこを基準にとっても構いません（重力の位置エネルギーを床ではなく， ビルの上に設定しても構わないことと同じです）。 このマークはその位置をエネルギーの基準に（V=0)とることを意味しています。 ちなみに「地球は大きな導体」で，余分な電荷があると地球が受け取ったり，逆に補ったりします。 身近なところでは，洗濯機のコンセントには導線を差し込むところがついているはずです。 モーターを回すと静電気が発生して放電してしまい電気機器に支障がありますが， この導線をつないで「アース」してあげると， そこから地球に電荷が流れて帯電しないようにしてくれています。

次回は一様電場について詳しく解説します。

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