電場

電場

電荷及變化磁場周圍空間裡存在的一種特殊物
電場是電荷及變化磁場周圍空間裡存在的一種特殊物質。這種物質與通常的實物不同,它雖然不是由分子原子所組成的,但它卻是客觀存在的特殊物質,具有通常物質所具有的力和能量等客觀屬性。電場的力的性質表現為:電場對放入其中的電荷有作用力,這種力稱為電場力。電場的能的性質表現為:當電荷在電場中移動時,電場力對電荷做功,說明電場具有能量。
  • 中文名:電場
  • 外文名:Electric Field
  • 所屬學科:物理
  • 縮 寫:E-field
  • 定義:是電荷及變化磁場周圍空間裡存在的一種特殊物質

簡介

19世紀30年代,英國科學家法拉第提出了“電荷的周圍存在着由它産生的電場”這一觀點,随後物理學理論和實驗不僅證實了法拉第的這一觀點,而且證明了電場是一種客觀存在的物質形式。電場是看不見、摸不着的,為了形象地描述電場中各點電場強度的大小和方向,法拉第還引入了電場線的概念。

帶電體周圍存在的特殊物質。電場的基本性質是對放入其中的電荷有力的作用。電荷間的作用總是通過電場進行的。

辨析兩種不同的電場:庫侖電場和感生電場,庫侖電場是電荷按庫侖定律激發的電場,例如靜電場就是由靜止的電荷按庫侖定律激發的,就屬于庫侖電場,在各種帶電體周圍都可以發現這種電場。

感生電場是由變化的磁場激發的,按麥克斯韋理論,變化的磁場在其周圍激發了電場。例如條形磁鐵插入線圈時,運動的磁鐵使周圍的磁場發生變化,進而産生渦旋電場,渦旋電場使線圈中産生感應電動勢,這種電場就是感生電場。

靜止電荷在其周圍空間産生的電場,稱為靜電場;随時間變化的磁場在其周圍空間激發的電場稱為感應電場。普遍意義的電場則是靜電場和感應電場兩者之和。電場是一個矢量場,其方向為正電荷的受力方向。電場是存在于電荷周圍的一種客觀存在的特殊物質,電場對處在其中的其他電荷有力的作用,電場強度是描述電場力的性質的重要物理量。

基本性質

1、放入電場中的任何帶電體都将受到電場力的作用。

2、電場能使放入電場中的導體産生靜電感應現象。

靜電場

靜電場是由靜止電荷激發的電場。靜電場的電場線起于正電荷終止于負電荷,或從無窮遠到無窮遠,其電場力移動電荷做功具有與路徑無關的特點。用電勢差描述電場,或用等勢面形象地說明電場的分布。

感應電場

變化磁場激發的電場叫感應電場或渦旋電場。感應電場的電場線是閉合的,沒有起點、終點。閉合的電場線包圍變化的磁場。

渦旋電場

磁場變化時線圈産生的感生電動勢與導體的種類、形狀、性質和構成均無關,是由磁場本身的變化引起的。因此麥克斯韋提出了“變化的磁場會在其周圍的空間激發一種電場,正是這種電場使得閉合回路中産生了感生電動勢和感生電流”的理論,并将這種電場稱為渦旋電場。

感應電場的電場線是閉合的,沒有起點、終點。閉合的電場線包圍變化的磁場。

研究電場

電場強度

描述某點電場特性的物理量,符号是E,E是矢量。電場強度簡稱場強,定義為放入電場中某點的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值,場強的方向與正檢驗電荷的受力方向相同。場強的定義是根據電場對電荷有作用力的特點得出的。對電荷激發的靜電場和變化磁場激發的渦旋電場都适用。場強的單位是牛/庫或伏/米,兩個單位名稱不同大小一樣。場強數值上等于單位電荷在該點受的電場力,場強的方向與正電荷受力方向相同。

電場的特性是對電荷有作用力,電場力,正電荷受力方向與方向相同,負電荷受力方向與方向相反。電場是一種物質,具有能量,場強大處電場的能量大。

已知電場強度可判定電場對電荷的作用力,電介質(絕緣體)的電擊穿與場強大小有關。

電荷的電場強度由點電荷決定,與試探電荷無關。

真空中點電荷場強公式:E=k*Q/r^2

勻強電場場強公式:E=U/d

任何電場中都适用的定義式:E=F/q

介質中點電荷的場強:kQ/(ε*r^2)

:勻強電場。在勻強電場中,場強大小相等,方向相同,勻強電場的電場線是一組疏密相同的平行線.

在勻強電場中,有E=U/d(隻适用于勻強電場),U為電勢差,單位:伏特/米。電荷在此電場中受到的力為恒力,帶電粒子在勻強電場中作勻變速運動。而此電場的等勢面與電場線相垂直。

帶電粒子

1、帶電的基本粒子:如電子,質子,α粒子,正負離子等。這些粒子所受重力和電場力相比小得多,一般都不考慮重力。(但并不能忽略質量)

2、帶電微粒:如帶電小球、液滴、塵埃等。除有說明或暗示外,一般都考慮重力。

電場線

為形象地描述場強的分布,在電場中人為地畫出一些有方向的曲線,曲線上一點的切線方向表示該點場強的方向。電場線的疏密程度與該處場強大小成正比。

電場是一種物質,電場線是我們人為畫出的便于形象描述電場分布的輔助工具,并不是客觀存在的。

在沒有電荷的空間,電場線具有不相交、不中斷的特點。靜電場的電場線還具有下列特性:

1,靜電場的電場線總是從正電荷(或者從無窮遠)出發到負電荷終止(或者延伸到無窮遠)。

2,電場線越密的地方場強越大;電場線越稀的地方場強越小。

感應電場的電場線具有下述特性:

1、電場線是閉合的;

2、閉合的電場線包圍磁感線。

知道一個電場的電場線,就可判定場強的方向和大小,就可畫出等勢面,能判定電勢高低(沿電場線方向電勢降低)。

應該注意,電場線不是電荷的運動軌迹。根據電場線方向能确定電荷的受力方向和加速度方向,不能确定電荷的速度方向、運動的軌迹。電場線是直線時,電荷運動速度與電場線平行,電荷運動軌迹與電場線重合。

電場的疊加

電場是矢量,若在空間有幾個帶電體共存,則他們的電場互相疊加,即Ep=E1+E2,遵循平行四邊形定則。

電場力F:電荷在電場中收到電場的作用力。大小F=Eq。

方向:正電荷受電場力的方向與E相同,負電荷受電場力的方向與E相反。

判斷技巧

(1)電場強度的大小的判斷技巧

①用電場線的疏密程度進行判斷,電場線越密集,場強越大,電場線越稀疏,場強越小。

②根據等差等勢面的疏密判定場強大小,等差等勢面密集處場強大,稀疏處場強小。

(2)電場強度方向的判斷技巧

①某點正電荷所受電場力的方向,即該點的電場強度方向

②電場強度的方向與電場線的切線在同一條直線上并指向電勢降低的方向。

③電場強度的方向垂直等勢面并指向電勢降低的方向。

知道一個電場的電場線,就可判定場強的方向和大小,就可畫出等勢面,能判定電勢高低(沿電場線方向電勢降低)。

應該注意,電場線不是電荷的運動軌迹。根據電場線方向能确定電荷的受力方向和加速度方向,不能确定電荷的速度方向、運動的軌迹。電場線是直線時,電荷運動加速度與電場線平行,電荷運動軌迹與電場線重合。

電場力

定義:電荷之間的相互作用是通過電場發生的。隻要有電荷存在,電荷的周圍就存在着電場,電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用,這種力就叫做電場力。

方向:正電荷沿電場線的切線方向,負電荷沿電場線的切線方向的反方向。

計算:電場力的計算公式是F=qE,其中q為點電荷的帶電量,E為場強或由W=Fd,也可以根據電場力做功與在電場力方向上運動的距離來求。電磁學中另一個重要公式W=qU(其中U為兩點間電勢差)就是由此公式推導得出。

電場力的功能:由于電場力的作用廣泛,它應用到粒子加速器,航天事業中導航修正。對新物質的加工,對物質排列改變,在未來可能是主要動力之一,等等。

電場力的研究方向:在未來有電場力的存在航空航天事業會得到長足發展,例如利用電場保護層(可以讓飛行器更輕);以及讓飛行器依賴電場飛行(而取代現有的發動機);電場在核物質的衰變起作用(讓我們能更好的利用能源)。

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