Äquipotentialfläche

Äquipotentiallinien um einen elektrischen Dipol

Äquipotentiallinien (rot) und Feldlinien (schwarz) für zwei punktförmig konzentrierte gleiche Ladungen

Eine Äquipotentialfläche, auch Äquipotenzialfläche oder Potenzialfläche, ist die Menge aller Punkte gleichen (lateinisch: aequalis) Potentials, das heißt gleicher potentieller Energie eines Probekörpers in einem Potentialfeld. Diese Fläche steht stets senkrecht zu den Feldlinien und ist ein Spezialfall von Isoflächen.

Der Verlauf des Potentialfeldes in 2D wird häufig mit Hilfe von Äquipotentiallinien (Isolinien) 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

Abweichungen vom durchschnittlichen Erdschwerefeld (stark überhöht)

Hier ist die Äquipotentialfläche (Niveaufläche, auf der Erde auch Geopotentialfläche) eine Fläche, deren Punkte alle dasselbe (effektive) Schwerepotential besitzen und dessen Gradient (räumliche Änderung) man als Schwerebeschleunigung bezeichnet. Auf einer Äquipotentialfläche der Schwere ist die Schwerebeschleunigung, die sich aus der Gravitationsbeschleunigung und der Zentrifugalbeschleunigung zusammensetzt, überall gleich. Bei einem rotierenden Himmelskörper verlaufen die Äquipotentialflächen der Schwere deshalb meist nicht parallel zur Oberfläche. An den Polen des Himmelskörpers etwa ist die effektive Schwerebeschleunigung größer als an seinem Äquator, weshalb die Äquipotentialflächen am Äquator auch höher liegen als bei einem Punkt am Pol. Aber auch Dichteunterschiede im Inneren des Himmelskörper führen zu Deformationen seines Schwerefeldes.

Das Geoid ist die Äquipotentialfläche des Schwerefelds der Erde auf dem Niveau des mittleren Meeresspiegels, also aller Punkte, die dasselbe Geopotential besitzen, zusammengesetzt aus dem Gravitationspotential sowie dem Zentrifugalpotential an dem betreffenden Ort. Orthometrische Höhen verwenden diese Geopotentialflächen zur Höhendefinition.

Weblinks

 Wiktionary: Äquipotentialfläche – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen