Вектор напряженности электрического поля противоположен градиенту потенциала, т.Е. Направлен по нормали к эквипотенциальной поверхности в сторону уменьшения потенциала.

Градиент и напряженность измеряются в одних и тех же единицах: В/м.

Рис. 1. 3.

Графически электрические поля изображают при помощи силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Силовые линии рекомендуется проводить сплошными линиями, эквипотенциальные поверхности  пунктирными. Силовые линии и эквипотенциальные поверхности взаимноперпендикулярны, причем эквипотенциальные поверхности проводят так, чтобы значения потенциалов соседних поверхностей отличались бы на одно и то же значение, допустим, на 1В, а число силовых линий на единицу площади, перпендикулярной направлению поля, было бы пропорционально модулю напряженности этого поля.

Например, приведем изображение поля точечного заряда (рис. 1. 3).

По картине поля можно рассчитать усредненную напряженность поля в некоторой области , где  усредненная напряженность поля;  разность потенциалов между соседними эквипотенциальными поверхностями; n  расстояние между этими поверхностями по нормали.

Описание экспериментальной установки

При проектировании некоторых приборов необходимо знать электрическое поле, заключенное между электродами сложной формы. Сложные электростатические поля исследуются экспериментально, методом моделирования этих полей в проводящих средах.

Если пространство между электродами произвольной формы заполнить слабо проводящей средой, то между ними, при наличии разности потенциалов, может существовать небольшой электрический ток. Падения напряжения на металлических проводниках и электродах можно считать равными нулю, а их поверхности - эквипотенциальными, т.е. вектор напряженности поля вблизи электродов будет перпендикулярен их поверхностям.

Структура электростатического поля аналогична структуре электрического поля переменного тока низкой частоты, которое экспериментально исследовать удобнее, чем поле неподвижных зарядов. Поэтому в данной работе применяют переменный ток частотой 50 Гц.

Для исследования электрического поля соберем одну из двух установок, схемы которых приведены на рис. 1.4 и 1.5. На рис.1.4. приведена схема прямого метода измерения потенциала стрелочным вольтметром V. Схема простая, но построенная картина эквипотенциальных поверхностей может быть заметно искажена вследствие того, что через измерительный зонд будет течь ток из-за низкого сопротивления измерительной обмотки вольтметра. На рис.1.5. приведена более сложная, но в тоже время гораздо более точная схема мостового метода измерения потенциала . В этой схеме в момент измерения ток через зонд Z не течет, что не приводит к искажению картины силовых линий.

Рис.1.4. Рис.1.5.

Для измерения прямым методом (рис.1.4.) в прямоугольную ванну W, заполненную водой, помещают металлические электроды Э₁ и Э₂. На клеммы электродов подается небольшое напряжение от трансформатора. Условно считают, что электрод Э₁ имеет нулевой потенциал = 0. Для определения по­тенциала электрода Э₂ и потенциалов промежуточных эквипотенциальных поверхностей, расположенных между электродами в воде, используют вольтметр V (см. рис.1.4), перемещая зонд Z (металлический стержень с заостренным концом).

Эквипотенциальные поверхности можно найти и другим способом (см. рис. 1.5). Параллельно электродам подсоединяют потенциометр. Потенциал подвижного контакта В измеряется при помощи вольтметра V. Точки поля с таким же потенциалом, в ванне находят при помощи зонда Z, добиваясь минимальных показаний нуль-гальванометра или осциллографа.

Если потенциал поля точки, в которой находится зонд Z, равен потенциалу точки В (показанию вольтметра), то в этом случае ток, проходящий через нуль-гальванометр, будет равен нулю, а сигнал на экране осциллографа будет минимальным. Находя ряд точек, потенциал которых соответствует точке В, определяют эквипотенциальную линию.