Znázorňovanie elektrostatických polí

Popis elektrických polí pomocou vektorovej funkcie súradníc je matematicky dosť abstraktný, a preto sa snažíme aspoň v niektorých jednoduchších prípadoch nájsť vhodné grafické zobrazenie, aby sme mali bližšiu predstavu o priestorovom rozložení takýchto polí. Nie sú to však len pedagogické dôvody, ktoré nás vedú hľadaniu nejakého spôsobu zobrazovania elektrostatických polí. Existujú preto často i konkrétne praktické potreby. Napríklad pri návrhu izolátorov pre vedenia vysokého napätia je dôležité získať predstavu o priebehu poľa, aby bolo možné optimalizovať ich tvar. V takýchto prípadoch sa dokonca používajú špeciálne zariadenia na modelovanie poľa (elektrolytická vaňa), aby sa získal čo najpresnejší obraz o tvare vektorovej funkcie E(r).

Najjednoduchší spôsob znázorňovania elektrických polí spočíva v tom, že si vytvoríme hustú sieť bodov a v každom bode nakreslíme vektor,  ktorého smer je totožný so smerom vektora E v danom bode a dĺžka vektora je úmerná veľkosti vektora E. Typická ukážka takéhoto spôsobu znázornenia poľa E(r) je na obr. 8.1.5.1.

Nevýhodou tohoto spôsobu je, že ak si zvolíme určitú mierku, tak veľa vektorov má príliš malú dĺžku, iné vychádzajú veľmi dlhé. Zobrazením získame dobrú predstavu o priebehu poľa iba v dosť malej oblasti.

Elektrické siločiary

Inou modifikáciou predchádzajúcej metódy je znázorňovanie elektrických polí, pomocou siločiar. Zvolíme si určitú počiatočnú mriežku bodov. V nich si naznačíme vektor poľa, ale nevykreslíme ho celý iba jeho smer. Pokračovaním v tomto smere, sa dostaneme do ďalšieho bodu, kde zasa určíme smer vektora E a takto postupujeme ďalej. Výsledkom je spojitá čiara, ktorá má tú vlastnosť, že jej dotyčnica v každom bode sa zhoduje so smerom vektora E (r).  Zdanlivou nevýhodou tejto  metódy je, že z obrázku nevidieť veľkosť poľa v jednotlivých bodoch. V skutočnosti sa však dá obrázok nakresliť tak (ako si odvodíme neskôr), že hustota siločiar je úmerná veľkosti vektora E(r). Ukážka znázornenia elektrických polí pomocou siločiar je na obr. 5.1.5.2. Znázorňovanie polí pomocou siločiar má ešte jednu výhodu v tom, že pokiaľ sa v danom mieste ocitne nejaký elektrický náboj, siločiary ukazujú, v ktorom smere by sa začal pohybovať, pretože jeho zrýchlenie bude úmerné vektoru intenzity poľa E v tomto bode. Samozrejme pri ďalšom pohybe náboja bude hrať rolu aj hmotnosť častice, ktorá nesie tento náboj a v dôsledku jej zotrvačnosti dráha častice bude zložitejšia.

Typický charakter siločiar elektrostatického poľa

Z definície intenzity elektrického poľa vyplýva, že v blízkosti kladného náboja sila pôsobiaca na jednotkový kladný náboj je odpudivá, čiže smeruje od kladného náboja. To znamená, že elektrické siločiary vychádzajú z kladných nábojov a končia na záporných nábojoch. V tesnej blízkosti nábojov ako zdrojov poľa majú siločiary evidentne radiálny charakter (vystupujú z nábojov, alebo vstupujú do nich)

Vo väčších vzdialenostiach od nábojov, pri zložitejších sústavách na prvý pohľad nevieme zhodnotiť, či sa tento radiálny charakter siločiar zachováva, alebo či tu nie sú oblasti, kde by sa časť siločiar uzatvárala do kruhu. V takom prípade by elektrické pole pripomínalo vír v kvapaline mohli by sme hovoriť o vírovej zložke poľa. Ako si však ukážeme neskôr, pre statické elektrické polia je typický radiálny charakter siločiar - vírivá zložka poľa sa rovná všade nule.