電界 電場とは、電荷によって引き起こされる現象であり、電荷の周囲の空間に影響を与えます。電場の影響は、他の電荷にのみ及ぼされます。電荷によって生じた電場の中に別の電荷が存在する場合、その電荷は電気力という形で影響を受けます。
電場に関する記事で説明されているように、電場の概念は頭で理解することもできますが、頭の中で想像するしかない場合もあります。電場を視覚化するために、電場線が用いられます。 電気力線 電界線とは、電荷の周囲に描かれた一連の線で、電界の存在を示すものです。この線の目的は電界の存在を示すことであるため、これらの線と電界の間には関係があります。つまり、電界線図によって電界の大きさと方向を説明することができるのです。
電界の方向と強さ、そして電界線との関係は以下のとおりです。
最初の正電荷の場合、電場の方向は正電荷から離れ、負電荷に向かう方向になります。したがって、電場線の方向も正電荷から離れ、負電荷に向かう方向になります。正電荷が負電荷の近くにある場合、電場線は正電荷から負電荷に向かって伸びるように描かれます。逆に、正電荷が負電荷の近くにある場合、電場線はそれぞれの正電荷から互いに離れるように伸びるように描かれます。
第二電界強度は、電界線間の距離によって表されます。電界線間の距離が近いほど電界強度は強くなり、距離が遠いほど電界強度は弱くなります。
なぜ電場は線が密集しているほど強くなるのでしょうか？これを理解するには、次の説明を考えてみましょう。球の中心に正電荷があり、電場線が球の表面を貫通して様々な方向に放射状に伸びているとします。電場線の数がNで、球の表面積が4πr²の場合、2 すると、単位面積あたりの線数、つまり線密度は N/4πr となる。2この式に基づくと、同じNの場合、rが小さいほど線間の距離は近くなり、rが大きいほど線間の距離は遠くなります。電界強度の式はE = kq/rです。2 また、電界強度は距離の二乗に反比例することも示されています。rが小さいほど電界強度は大きくなり、rが大きいほど電界強度は小さくなります。
上記の考察に基づくと、rが小さいほど（電荷に近いほど）、電界強度は大きくなり、線間の距離も近くなるという結論が得られる。逆に、rが大きいほど（電荷から遠いほど）、電界強度は小さくなり、線間の距離も長くなる。
ケティガ電界線数は電界強度に比例する。電界線が多いほど電界強度は大きくなり、電界線が少ないほど電界強度は小さくなる。
問題例
1. 2012/2013年度 SMA物理全国試験問題 SA 55 No. 28
以下の電荷画像から、近接した2つの電荷にかかる力線がわかります。
討論
電気力線、または電場線は、正電荷から負電荷に向かって描かれます。正電荷と負電荷が接近している場合、電場線は解答Aのように現れます。
正解はAです。
2. 2012/2013年度 SMA物理全国試験問題 SA 60 No. 28
2つの電荷が接続線上で接近すると、電場線が生じる。正しい図は…
討論
正解はDです。
3. 2012/2013年度 SMA物理全国試験問題 SA 65 No. 28
2つの電荷間の正しい力線は…
討論
正解はDです。
