電荷與電場
等電位面(equipotential surface)
等電位面是一個其上電位處處相同的面,因此在它上面移動電荷完全不需要做功。它是地圖上等高線的電學版本,等高線把所有高度相同的點連起來。沿等高線走,你既不上升也不下降;讓電荷沿等電位面滑動,它的能量也絲毫不變。
由於等電位面上每一點的電位 V 都相同,把電荷從其上一點移到另一點所需的功是 q 乘以零,也就是零。由此可知電場永遠垂直於等電位面:若場有任何沿著面的分量,電荷移動時它就會做功,與電位相等矛盾。因此電力線與等電位面處處成直角相交,而場永遠從電位較高的面指向電位較低的面。
等電位面讓看不見的電學地景變得容易想像。在點電荷周圍它們是一層層的球面;在大而平的帶電板附近它們是平行於板的平面薄片。一個關鍵情形:處於平衡的任何導體,其表面是等電位面,整個內部也是,這正是為什麼碰帶電金屬殼的某一點,在電學上與碰它任何其他點都一樣。
在地形圖上,登山者讀等高的等高線;電荷周圍的等電位面是同樣的想法,而場就像最陡的下坡,永遠與它們成直角相交。
沿等電位面移動不做功,所以場必定垂直於它。
電力線永遠與等電位面成 90 度相交。若以其他角度相交,場就會有沿著面的分量,沿面移動電荷便要做功,這在電位不變的面上不可能發生。
又称
另见