1. 电场强度的定义
由库仑定律可以知道,比值
F/q0与
q0的大小无关,只与施力物体的电荷分布和
q0的位置有关,它等于处在位置
r处的单位正电荷所受的力,定义电场强度
E
E=q0F
其单位为
N/C,或者
V/m。一般称
q0为试探电荷。引入
q0的目的是测量电场强度。试探电荷除了要求是点电荷之外,还应当具有充分小的电量,以免改变被研究物体的电荷分布。
电场强度是空间坐标的矢量函数,
E=E(x,y,z),即矢量场。为与其它矢量场,如速度场、引力场等相区别,称它为电场。简言之,电场就是带电体周围的一个具有特定性质的空间,位于该空间任意一点的试探电荷都会受到一定大小、方向的力。
对点电荷
q而言,一般取
q的位置为坐标原点,由库仑定律表达式,可得到点电荷的电场表达式为:
E=4πϵ0r3qr
由此可得点电荷系统、体电荷分布、面电荷分布和线电荷分布的电场强度
E=4πϵ01i=1∑N∣r−ri∣3qi(r−ri)
E=4πϵ01∭V∣r−r′∣3ρe(r′)(r−r′)dV′
E=4πϵ01∬S∣r−r′∣3σe(r′)(r−r′)dS′
E=4πϵ01∫l∣r−r′∣3λe(r′)(r−r′)dl′
从上面可以看出,电场强度和库仑力一样,也满足叠加原理。
电场
E可以随时间变化。当它不随时间变化时,即由相对观测者静止的电荷所产生,称为静电场。
2. 电场的物质性
电场具有能量,而且和带电体相互作用,交换能量;电场的能量可以转换成其它形式的能量,如物体的机械能、电池的化学能等。可见电场是客观存在的一种物质,只是在形态上与由原子分子构成的物质不同。