Äquipotenzialfläche

Äquipotenzialfläche
Äquipotentialflächen um einen elektrischen Dipol

Eine Äquipotentialfläche, auch Äquipotenzialfläche, ist die Menge aller Punkte gleichen (lateinisch: aequalis) Potentials, das heißt gleicher potentieller Energie, in einem Potentialfeld. Diese Fläche steht stets senkrecht zu den Feldlinien. Der Verlauf des Potentialfeldes wird häufig mit Hilfe von Äquipotentiallinien dargestellt, so dienen sie zum Beispiel zur Veranschaulichung eines elektrischen Feldes um einen elektrischen Dipol (siehe Grafik).

Elektrisches Potential

Hier ist sie eine Fläche, deren Punkte alle das gleiche elektrische Potential aufweisen. Somit ist die Spannung U zwischen zwei Punkten einer Äquipotentialfläche null. Die zu verrichtende elektrische Arbeit, um einen Ladungsträger von einem Punkt der Äquipotentialfläche zu einem anderen Punkt derselben Äquipotentialfläche zu bewegen, ist ebenfalls null.

Ideale Leiter sind bei statischen Feldern exakt (bei hinreichend tiefen Frequenzen: fast) Äquipotentialflächen, da jede Potentialdifferenz aufgrund der unendlich hohen Leitfähigkeit sehr schnell ausgeglichen würde. Bei Metallen (sehr hohe, aber endliche Leitfähigkeit) sind die elektrischen Ladungen ebenfalls frei beweglich. Nur wenn sie keiner Kraft, d. h. keiner Feldstärke, ausgesetzt sind, befinden sie sich im Gleichgewicht. Einem auftretenden Feld folgen sie sehr schnell, bis das Feld kompensiert ist. Daraus ergibt sich, dass (abgesehen von solchen meist kurzzeitigen Ungleichgewichtszuständen) das Potential überall den gleichen Wert besitzt (im Innern und auf der Oberfläche eines Leiters). Für eine ausführliche Diskussion siehe Faradayscher Käfig.

Schwerepotential

Hier ist die Äquipotentialfläche (Niveaufläche, Geopotentialfläche) eine Fläche, deren Punkte alle dasselbe Schwerepotential haben. Die Schwerebeschleunigung ist der Gradient (die räumliche Änderung) des Schwerepotentials. Daher ist auf einer Äquipotentialfläche der Schwere die Schwerebeschleunigung nicht konstant. An den Polen ist die Schwerebeschleunigung größer als am Äquator. Manche Höhensysteme verwenden diese Potentialflächen der Erde zur Höhendefinition. Das Geoid ist eine Äquipotentialfläche des Schwerefelds der Erde (Geopotential).

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