7.3.1 קווי השדה החשמלי
(Electricity field lines)
את השדה החשמלי אפשר לתאר גם באופן חזותי. ניקח למשל מטען חיובי ונבדוק את וקטור השדה החשמלי שהוא יוצר בכל נקודה במרחב (כלומר נניח מטען בוחן חיובי בכל נקודה במרחב).
כתוצאה מניסוי זה נגלה שבכל נקודה במרחב, מטען הבוחן ירגיש בשדה חשמלי, כזה שכיוונו הוא ככיוון הכוח שפועל עליו. ומאחר שמדובר בכוח דחייה, הרי שכיוון וקטור השדה החשמלי יהיה כלפי חוץ ("בורח מן המטען").
אם נצייר את כל וקטורי השדה החשמלי, שיוצר מטען נקודתי במרחב, נקבל אוסף של חצים היוצאים מן המטען החשמלי (כמו שמש שכל קרניה בורחות ממנה), כמתואר באיור 7.10. הקווים האלה, שהחצים בראשם, נקראים קווי השדה החשמלי.
באמצעות תיאור חזותי זה אפשר ללמוד גם על עצמת השדה החשמלי בכל נקודה. בקרבת המטען מרוכזים קווי השדה בצפיפות רבה, מה שמבטא עצמה גבוהה, כי משם הם "מוקרנים". אך ככל שנתרחק מן המטען צפיפות הקווים תפחת. כלומר קווי שדה חשמלי צפופים מבטאים עצמת שדה חשמלי חזק ולהפך.
איור 7.10
עד עתה, עסקנו בניסוי עם מטען חיובי יחיד. כשנבדוק את קווי השדה בעבור מטען שלילי יחיד, נגלה שהקווים האלה נכנסים לתוכו כמתואר באיור 7.11. הסיבה לכך היא, כמובן, מגמת הכוח הפועל על מטען הבוחן החיובי שהיא אל תוך המטען השלילי (כמו שמש שכל קרניה נכנסות לתוכה).
איור 7.11
במערכת שיש בה כמה מטענים נקודתיים קווי השדה כבר לא יהיו קווים ישרים. כאן נקבל התמזגות של קווי שדה או דחייה, בהתאם לקוטביות המטענים וגודלם.
נבדוק את השפעת קווי השדה החשמלי בין שני מטענים נקודתיים:
שני מטענים נקודתיים זהים בעלי קוטביות שלילית (איור 7.12)
איור 7.12
הסבר:
אפשר לראות שכיוון קווי השדה הוא לתוך המטענים (מטענים שליליים). כמו כן, מאחר שהמטענים דוחים זה את זה, אין התמזגות בין קווי השדה.
שני מטענים נקודתיים בעלי קוטביות שונה ומטען זהה
איור 7.13
שני מטענים נקודתיים בעלי קוטביות שונה ומטען שונה
איור 7.14
הסבר:
אפשר לראות שכיוון קווי השדה הם לתוך המטען השלילי ויוצאים מן המטען החיובי. כמו כן מאחר שהמטענים מושכים זה את זה, יש התמזגות בין קווי השדה. אפשר לשים לב שצפיפות קווי השדה גבוהה יותר באזור המטען החזק יותר.
שדה חשמלי שיש לו קווי שדה מקבילים בעלי אותה עצמה בכל נקודה ונקודה נקרא שדה חשמלי אחיד. לעומתו, קיים שדה חשמלי שאינו אחיד ובשדה זה קווי השדה אינם אחידים בכל נקודה.