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Äquipotentialflächen (rot) für zwei punktförmig konzentrierte Ladungen gleichen Vorzeichens in 3D

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

Der Verlauf des Potentialfeldes in 2D wird häufig mit Hilfe von Äquipotential-Isolinien dargestellt.

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, auf der Erde auch Geopotentialfläche) eine Fläche, deren Punkte alle dasselbe (effektive) Schwerepotential besitzen und dessen Gradient (räumliche Änderung) man als Schwerebeschleunigung bezeichnet.

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 höher liegen als bei einem Punkt am Pol. Aber auch Dichteunterschiede im Inneren des Himmelskörpers 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.

Analog wird der Begriff in der Meteorologie verwendet, dort bezieht sich der Ausdruck auf die Niveauflächen gleichen Drucks der Atmosphäre, die ebenfalls dem Schwerefeld unterliegt. Für die Praxis hat man Hauptdruckflächen definiert (1000, 500, 200 hPa und andere).

Oberflächenspannung

Flüssigkeiten bilden aufgrund der Oberflächenspannung Äquipotentialflächen (unter Schwerelosigkeit ideale).

Weblinks

Wiktionary: Äquipotentialfläche – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Literatur von und über Äquipotentialfläche im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek