电场强度

1. 电场强度的定义

库仑定律可以知道,比值 F / q 0 \bm{F}/q_0 q 0 q_0 的大小无关,只与施力物体的电荷分布和 q 0 q_0 的位置有关,它等于处在位置 r \bm{r} 处的单位正电荷所受的力,定义电场强度 E \bm{E}
E = F q 0 \bm{E} = \frac{\bm{F}}{q_0}

其单位为 N / C N/C ,或者 V / m V/m 。一般称 q 0 q_0 为试探电荷。引入 q 0 q_0 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 ) \bm{E}=\bm{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 q 而言,一般取 q 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 = q 4 π ϵ 0 r 3 r \bm{E}= \frac{q}{4 \pi \epsilon_0 r^3}\bm{r}

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 = 1 4 π ϵ 0 i = 1 N q i r r i 3 ( r r i ) \bm{E}=\frac{1}{4\pi \epsilon_0} \sum_{i=1}^N \frac{q_i}{|\bm{r}-\bm{r}_i|^3} (\bm{r}-\bm{r}_i)

E = 1 4 π ϵ 0 V ρ e ( r ) r r 3 ( r r ) d V \bm{E}= \frac{1}{4\pi \epsilon_0} \iiint_V \frac{\rho_e(\bm{r')}}{|\bm{r}-\bm{r'}|^3} (\bm{r}-\bm{r'})dV'

E = 1 4 π ϵ 0 S σ e ( r ) r r 3 ( r r ) d S \bm{E}= \frac{1}{4\pi \epsilon_0} \iint_S \frac{\sigma_e(\bm{r')}}{|\bm{r}-\bm{r'}|^3} (\bm{r}-\bm{r'})dS'

E = 1 4 π ϵ 0 l λ e ( r ) r r 3 ( r r ) d l \bm{E}= \frac{1}{4\pi \epsilon_0} \int_l \frac{\lambda_e(\bm{r')}}{|\bm{r}-\bm{r'}|^3} (\bm{r}-\bm{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 \bm{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。

发布了42 篇原创文章 · 获赞 5 · 访问量 2957

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/Function_RY/article/details/103333524