Поле невидимо, но человеку нужно его видеть — хотя бы умственным взором. Для этого великий Фарадей предложил силовые линии (их также называют линиями напряжённости).
Силовая линия — это такая воображаемая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором $\vec{E}$. Иными словами, если отпустить в поле положительный заряд без начальной скорости, он начнёт двигаться вдоль силовой линии.
Густота линий (сколько линий проходит через единицу площади, перпендикулярной им) показывает модуль напряжённости $E$: чем гуще линии, тем сильнее поле.
Силовые линии можно сделать видимыми! Если в касторовое масло подмешать мельчайшие кристаллики хинина, они выстраиваются вдоль линий напряжённости, и перед глазами предстаёт полная картина поля.
Положительный шар — силовые линии расходятся от него во все стороны, как лучи солнца.
Два разноимённых шара ($+$ и $-$) — линии начинаются на положительном и заканчиваются на отрицательном. Вблизи они искривляются, перетекая от одного шара к другому.
Два одноимённых шара (оба $+$) — линии расходятся от обоих, отталкиваясь друг от друга. Между шарами возникает область, где поле очень слабо или равно нулю.
Две параллельные пластины — между разноимённо заряженными пластинами линии идут параллельно и равноотстояще. Это однородное поле — его напряжённость одинакова по модулю и направлению во всех точках между пластинами.
Бог установил для силовых линий строгие правила:
Проводящий шар несёт заряд $q$. Как распределено его поле?
Снаружи шара поле такое же, как если бы весь заряд был сосредоточен в центре шара — как поле точечного заряда:
\[E = k\frac{|q|}{r^2},\quad r \geq R\]где $R$ — радиус шара, $r$ — расстояние от центра.
Внутри шара поля нет:
\[E = 0,\quad r < R\]Заряды в проводнике распределяются по поверхности, и внутри проводника поле обращается в нуль. На этом покоится принцип экранирования: металлическая коробка защищает всё, что внутри неё, от внешних электрических полей.
График зависимости $E$ от $r$ состоит из двух участков: