전자기장을 식22.7로 정의 하였다. 그림표현을 전기장을 시각화 하는 방법을 찾아보자. 전기장 모양을 시각화하는 편리한 방법은 패러데이가 처음 도입한 소위 전기력선(electric field lines)이라고 하느 선으로 그리는 것이다. 이 선은 공간의 전기장에 다음과 같이 관련된다.
전기장 벡터 E는 각 점에서 전기력선의 접선 방향이다. 화살촉으로 표시한 전기력 선의 방향은 전기장 벡터의 방향과 같다. 전기력선의 방향은 전기장 내의 입자 모형을 사용할 수있게 전기장 안에 놓인 양전하가 받는 힘의 방향이다.
전기력선에 수직인 면을 통과하는 단위 넓이당 전기력선의 수는 그 영역안에 있는 전기장 크기에 비례하므로, 전기장이 강한 영역에서는 전기력선이 서로 가까이 있고, 전기장이 약한 영역에서는 멀리 떨어져 있다.
그림 22.14에서 이런 성질을 보여준다. 면A를 통과하는 전기력선의 밀도는 면 B를 통과하는 전기력선의 밀도보다 크므로, 전기장 크기는 면B보다 면A보다 크다. 더욱이 다른 위치에 있는 전기력선이 다른 방향을 향하고 있으므로, 전기장은 균일하지 않다.
전기장 세기와 전기력선 밀도 사이의 관계가 쿨롱의 법칙을 이용하여 구한 식22.9의 전기장E와 일치하는가? 이 질문에 답하기 위하여, 점전하를 동심원으로 하는 반지름 R인 가상의 구면을 생각해보자 . 대칭성에 의하여 전기장의 크기는 구면의 모든 곳에서 동일하다. 전하로부터 나오는 전기력선의 수N은 구면을 통과하는 수와 같다. 구면에서 단위넓이당 전기력선의 수는N/4파이R제곱이다. 여기서 구의 표면적은 4파이R제곱이다. E는 단위 넓이당 전기력선의 수에 비례하고 E는 1/R제곱에 따라 변하므로, 식 22.9와 일치한다. 그림 22.15A에서 한 개의 양의 점진하에 의한 대표적인 전기력선을 볼 수 있다. 이이차원 그림은 단지 점전하를 포함한 평면에 있는 전기력선을 보여준다 실제로 이들 전기력선은 점전하를 표함한 평면에 있는 전기력선을 보여준다. 실제로 이들전기력선은 점전하로부터 방사상으로 퍼져 나가므로, 평평한 바퀴살 모양의 선이 아니고 완전한 구형 분포의 선이다. 이 전기장 내에 있는 양전하는 양의 원천 전하에 의하여 밀리므로, 이들 전기력선은 원천 전하로부터 방사상으로 퍼져나가는 방향이다. 한 개의 음의 점전하에 의한 전기력선은 전하 쪽으로 모여드는 방향이다. 어느 경우에 전기력선은 방사상으로 무한대 까지 뻗친다. 전기력선이 전하에 가까워짐에 따라 더 조밀하게 되는 것에 주목하라. 이것은 원천 전하 쪽으로 이동할수록 전기장의 세기가 증가함을 나타낸다. 전기력선을 그리는 규칙은 다음과 같다.
전기력선은 양전하에서 시작하여 음전하에 끝나야 한다. 만일 어느 한쪽 여분의 전하가 있으면, 전기력선은 무한히 멀리 떨어진 곳에서 싲가하거나 끝날 것이다..
양전하에서 나오거나 음전하로 들어가는 전기력선의 수는 전하 크기에 비례한다.
두 전기력선은 교차할 수 없다.
양전하 9+로 대전된 물체에서 시작하는 전기력선의 수는 Cq+이고, 음전하 Q_로 대전된 물체에서 끝나는 전기력선의 수는 Clql이다. 여기서 C는 임의의 비례 상수이다. C가 정해지면 전기력선의 수는 결정된다. 예를 들어 두 전하 계에서 물체 1이 전하 있을, 물체 2가 전하 Q』를 띠면, 전하에 가까이 있는 전기력선의 비는 Ng/Ni = Q2/Q/이다. 그림 22.16에서 전하량은 같고 부호가 다른 두 개의 점전하(전기 쌍극자)에 대한 전기력선을 볼 수 있다. 전하량의 크기가 같으므로, 양전하에서 나온 전기력선의 수는 음전하로 들어가는 전기력선의 수와 같아야 한다. 전하에서 매우 가까운 점에서 전기력선은 하나의 독립된 전하의 경우처럼 방사상에 가깝다. 전하 사이의 높은 선밀도는 전기장이 강한 영역을 나타낸다.
그림 22.17은 동일한 두 양전하 근처에 있는 전기력선을 보여 준다. 여기서도 각 전하에 가까운 점에서 전기력선은 거의 방사상이고, 전하량이 같으므로 각 전하에서 동일한 수의 전기력선이 나온다. 전하로부터 아주 먼 거리에 있는 전기장은 대략 전하량 24의 점전하에 의한 전기장과 같다.
그림 22.17 (a) 두 양전하에 대한 전기력선(점 A, B, C는 퀴즈 22.5에서 사용한다.)
마지막으로 그림 22.18은 양전하 +2와 음전하 - 4가 만드는 전기력선을 그린 것이다. 이 경우 +2g에서 나온 전기력선의 수는 -4에 들어가는 수의 두 배이므로, 양전하에서 나온 전기력선의 반만 음전하에 도달하고, 나머지 반은 무한히 먼 곳에 있다고 가정하는 음전하에 이른다.