สนามไฟฟ้าคือสิ่งที่เกิดขึ้นจากประจุไฟฟ้าและส่งผลกระทบต่อพื้นที่รอบๆ ประจุไฟฟ้านั้น โดยอิทธิพลของสนามไฟฟ้าจะส่งผลต่อประจุไฟฟ้าอื่นๆ เท่านั้น เมื่อประจุไฟฟ้าอีกตัวหนึ่งอยู่ในสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าตัวหนึ่ง ประจุไฟฟ้าตัวนั้นจะรู้สึกถึงอิทธิพลในรูปของแรงไฟฟ้า
ตามที่อธิบายไว้ในบทความเกี่ยวกับสนามไฟฟ้า นิยามของสนามไฟฟ้าสามารถเข้าใจได้ด้วยความคิด แต่ก็สามารถจินตนาการได้เช่นกัน เพื่อให้เห็นภาพสนามไฟฟ้า จึงมีการแสดงเส้นสนามไฟฟ้าเส้นสนามไฟฟ้าคือชุดเส้นที่ลากรอบประจุไฟฟ้าเพื่อแสดงถึงการมีอยู่ของประจุนั้น เนื่องจากมีจุดประสงค์เพื่อแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของสนามไฟฟ้า จึงมีความสัมพันธ์ระหว่างเส้นเหล่านี้กับสนามไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง ขนาดและทิศทางของสนามไฟฟ้าสามารถอธิบายได้ด้วยแผนภาพเส้นสนามไฟฟ้า
ความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางและความแรงของสนามไฟฟ้ากับเส้นสนามไฟฟ้ามีดังต่อไปนี้:
เป็นครั้งแรกทิศทางของสนามไฟฟ้าจะพุ่งออกจากประจุบวกและพุ่งเข้าหาประจุลบ ดังนั้น ทิศทางของเส้นสนามไฟฟ้าจึงพุ่งออกจากประจุบวกและพุ่งเข้าหาประจุลบเช่นกัน หากประจุบวกอยู่ใกล้กับประจุลบ เส้นสนามไฟฟ้าจะแสดงเป็นเส้นที่พุ่งออกจากประจุบวกไปยังประจุลบ ในทางกลับกัน หากประจุบวกอยู่ใกล้กับประจุลบ เส้นสนามไฟฟ้าจะแสดงเป็นเส้นที่พุ่งออกจากประจุบวกแต่ละตัวและพุ่งออกจากกัน
ประการที่สองความแรงของสนามไฟฟ้าแสดงด้วยระยะห่างระหว่างเส้นแรงไฟฟ้า ยิ่งระยะห่างระหว่างเส้นแรงไฟฟ้าน้อยเท่าไร ความแรงของสนามไฟฟ้าก็ยิ่งมากเท่านั้น และยิ่งระยะห่างระหว่างเส้นแรงไฟฟ้ามากเท่าไร ความแรงของสนามไฟฟ้าก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น
ทำไมเส้นแรงไฟฟ้ายิ่งใกล้กันมากเท่าไหร่ แรงไฟฟ้าก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น? เพื่อให้เข้าใจเรื่องนี้ ลองพิจารณาคำอธิบายต่อไปนี้ สมมติว่ามีประจุบวกอยู่ที่ศูนย์กลางของทรงกลม และเส้นแรงไฟฟ้าแผ่กระจายออกไปในทิศทางต่างๆ โดยทะลุผ่านพื้นผิวของทรงกลม ถ้าจำนวนเส้นแรงไฟฟ้าคือ N และพื้นที่ผิวของทรงกลมคือ 4πr²2 ดังนั้นจำนวนเส้นต่อหน่วยพื้นที่หรือความหนาแน่นของเส้นคือ N/4πr2จากสูตรนี้ สำหรับค่า N เท่ากัน ถ้า r มีค่าน้อยลง ระยะห่างระหว่างเส้นแรงก็จะแคบลง และถ้า r มีค่ามากขึ้น ระยะห่างระหว่างเส้นแรงก็จะไกลขึ้น สูตรสำหรับความแรงของสนามไฟฟ้าคือ E = kq/r2 นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าความแรงของสนามไฟฟ้าแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง ยิ่ง r มีค่าน้อย ความแรงของสนามไฟฟ้าก็จะยิ่งมาก และยิ่ง r มีค่ามาก ความแรงของสนามไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง
จากบทวิเคราะห์ข้างต้น สรุปได้ว่า ถ้าค่า r น้อยลง (ใกล้ประจุมากขึ้น) ความแรงของสนามไฟฟ้าจะมากขึ้น และระยะห่างระหว่างเส้นแรงก็จะน้อยลง ในทางกลับกัน ถ้าค่า r มากขึ้น (ไกลประจุมากขึ้น) ความแรงของสนามไฟฟ้าจะน้อยลง และระยะห่างระหว่างเส้นแรงก็จะมากขึ้น
ประการที่สามจำนวนเส้นแรงสนามไฟฟ้าแปรผันตรงกับความแรงของสนามไฟฟ้า ยิ่งมีเส้นแรงสนามไฟฟ้ามากเท่าไร ความแรงของสนามไฟฟ้าก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีเส้นแรงสนามไฟฟ้าน้อยเท่าไร ความแรงของสนามไฟฟ้าก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น
ตัวอย่างคำถาม
1. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย ปี 2012/2013 ชุด SA 55 ข้อ 28
จากภาพประจุต่อไปนี้ ซึ่งแสดงเส้นแรงที่กระทำต่อประจุสองตัวที่อยู่ใกล้กัน คือ...
การอภิปราย
เส้นแรงไฟฟ้า หรือเส้นสนามไฟฟ้า จะถูกลากจากประจุบวกไปยังประจุลบ หากนำประจุบวกและประจุลบมาอยู่ใกล้กัน เส้นแรงไฟฟ้าจะปรากฏดังในคำตอบ A
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.
2. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย ปี 2012/2013 ชุด SA 60 ข้อ 28
ประจุไฟฟ้าสองตัวถูกนำมาอยู่ใกล้กันในแนวเส้นตรง ทำให้เกิดเส้นสนามไฟฟ้า ภาพที่ถูกต้องคือ…
การอภิปราย
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
3. ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย ปี 2012/2013 ชุด SA 65 ข้อ 28
เส้นแรงที่ถูกต้องระหว่างประจุสองตัวคือ…
การอภิปราย
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
