電場強度讓我們能以定量的方式來表示電場,電場線 (electric field lines) 則是以圖像的方式來表示電場。
電場線是人為畫出來的,用於描述電場的大小和方向。顯示了一顆正(負)點電荷的電場線,線會沿徑向指向外(內)。你知道如何從圖上分析電場的資訊嗎?
由上方活動可知:
若電荷置於一個電場內,它便會受到靜電力的作用。換言之,電場線的方向與密度,亦同時反映電荷所受的靜電力。
顯示一顆正電荷與一顆負電荷在電場中所受的靜電力。
你可在電場模擬程式設定如互動 \(1\) 般的點電荷,再在模擬程式中檢視各位置的電場強度的大小和方向,探究電場線的意義,以完成下方活動。
【問題 1】電場線的方向其實就是:
A. 電荷於電場中的運動路徑
B. 位於某一點的電場的方向
C. 位於某一點的靜電力的方向
【題解】 電場線的方向就是某一點的電場方向。 留意電場線不是電荷於電場中的運動路徑。例如,現有一顆正點電荷進入一列指向同一方向的電場(見圖)。由於電荷在電場中會受到靜電力的作用,即使電荷起始的運動方向垂直於電場線,電荷的運動也會呈彎曲的路徑,而該路徑與任何一條電場線均不相同的。
【問題 2】電場線的密度表示了:
A. 電荷於該區域的電量大小
B. 某區域的電場的絕對大小
C. 某區域的電場的相對大小
【題解】 電場線的密度正比於該處的電場大小。換言之,就是某區域的電場的相對大小。留意電場線密度並不表示電場的絕對大小。 如於一顆點電荷的情況,離開電荷愈遠,電場線便愈疏,表示電場愈弱(可在附圖中拖放區域 \(1\) 與區域 \(2\),比較兩位置電場的強弱) 。
你可在電場模擬程式設置一個電場(設定點電荷的電量和分佈),觀察電場圖形中不同位置的電場強度(黑色箭頭)的變化。留意在模擬程式中,合電場的大小正比於檢驗電荷上的靜電力大小,其方向亦與檢驗電荷上的靜電力方向相同。
我們可得以下結論: