電場
編輯電場(有時稱為電場)是圍繞帶電粒子并對該場中所有其他帶電粒子施加力的物理場,吸引或排斥它們。 它還指帶電粒子系統的物理場。 電場源自電荷和隨時間變化的電流。 電場和磁場都是電磁場的表現,電磁場是自然界四種基本相互作用(也稱為力)之一。
電場在物理學的許多領域都很重要,并在電氣技術中得到利用。 例如,在原子物理學和化學中,電場是將原子核和電子保持在原子中的吸引力。 它也是導致分子之間原子之間化學鍵合的力。
電場被定義為矢量場,它與空間中的每個點相關聯,即施加在該點靜止的無窮小正測試電荷上的每單位電荷的(靜電或庫侖)力。 電場的派生 SI 單位是伏特每米 (V/m),等于牛頓每庫侖 (N/C)。
描述
編輯空間中每個點的電場被定義為如果在該點保持靜止,極小的正測試電荷將經歷的每單位電荷的力。 由于電場是根據力定義的,而力是矢量(即具有大小和方向),因此電場是矢量場。 可以這種方式定義的場有時被稱為力場。 電場在兩個電荷之間的作用類似于引力場在兩個質量之間的作用,因為它們都遵循距離的平方反比定律。 這是庫侖定律的基礎,該定律指出,對于靜止電荷,電場隨源電荷而變化,并與距源的距離的平方成反比。 這意味著如果源電荷加倍,電場也會加倍,如果你離源的距離增加一倍,那一點的電場強度將只有原來的四分之一。
電場可以用一組線來形象化,這些線在每一點的方向都與場的方向相同,這是邁克爾法拉第引入的一個概念,他的術語“力線”有時仍被使用。 這個插圖有一個有用的屬性,即場的強度與線條的密度成正比。 場線是點正電荷被迫在場內移動時所遵循的路徑,類似于質量在引力場中所遵循的軌跡。 由固定電荷引起的場線有幾個重要的特性,包括始終源自正電荷并終止于負電荷,它們以直角進入所有良導體,并且它們從不交叉或靠近自己。 場線是一個有代表性的概念; 該場實際上滲透了線條之間的所有中間空間。 根據希望表示字段的精度,可以繪制更多或更少的線。 對靜止電荷產生的電場的研究稱為靜電學。
法拉第定律描述了時變磁場和電場之間的關系。 陳述法拉第定律的一種方式是電場的旋度等于磁場的負時間導數。 在沒有時變磁場的情況下,電場因此被稱為保守的(即無旋度)。 這意味著存在兩種電場:靜電場和由時變磁場產生的場。 雖然靜電場的無卷曲特性允許使用靜電進行更簡單的處理,但時變磁場通常被視為統一電磁場的一個組成部分。 時變磁場和電場的研究稱為電動力學。
數學公式
編輯電場是由高斯定律描述的電荷和法拉第感應定律描述的時變磁場引起的。 總之,這些定律足以定義電場的行為。 然而,由于磁場被描述為電場的函數,兩個場的方程耦合在一起形成麥克斯韋方程,將兩個場描述為電荷和電流的函數。
靜電學
在穩態(靜止電荷和電流)的特殊情況下,麥克斯韋-法拉第感應效應消失。
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