電勢
編輯電勢(也稱為電場電勢、電勢降、靜電勢)定義為在電場中將單位電荷從參考點移動到特定點所需的功能量。 更準確地說,測試電荷的單位電荷能量非常小,以至于對所考慮的場的干擾可以忽略不計。 此外,整個場的運動應該以可忽略的加速度進行,以避免測試電荷獲得動能或產生輻射。 根據定義,參考點處的電勢為零單位。 通常,參考點是地球或無窮遠點,但可以使用任何點。
在經典靜電學中,靜電場是一個矢量,表示為靜電勢的梯度,靜電勢是一個標量,用 V 表示,有時用 φ 表示,等于任何帶電粒子在任何位置的電勢能(以焦耳為單位) 除以該粒子的電荷(以庫侖為單位)。 通過除掉粒子上的電荷,得到一個商,它是電場本身的一個屬性。 簡而言之,電勢是每單位電荷的電勢能。
該值可以在特定時間在靜態(時不變)或動態(時變)電場中計算,單位為焦耳每庫侖 (J?C?1) 或伏特 (V)。 無限遠處的電勢假定為零。
在電動力學中,當存在時變場時,電場不能僅用標量勢表示。 相反,電場可以用標量電勢和磁矢量電勢來表示。 電勢和磁矢量勢共同組成一個四矢量,使兩種勢在洛倫茲變換下混合。
實際上,電勢是所有空間中的連續函數,因為不連續電勢的空間導數會產生無限大的電場。 值得注意的是,理想化點電荷產生的電勢(與 1 ? r 成正比,其中 r 是與點電荷的距離)在所有空間中都是連續的,除了點電荷所在的位置。 盡管電場在理想化的表面電荷上不是連續的,但它在任何一點都不是無限的。 因此,電勢在理想化的表面電荷上是連續的。 此外,理想化的電荷線具有電勢(與 ln(r) 成正比,其中 r 是與電荷線的徑向距離)除了在電荷線上之外的任何地方都是連續的。
簡介
編輯經典力學探索力、能量和勢能等概念。 力和勢能直接相關。 作用在任何物體上的合力都會使其加速。 當物體沿作用在其上的力的方向移動時,其勢能會降低。 例如,炮彈在山頂的重力勢能大于在山腳的重力勢能。 當它滾下坡時,它的勢能會降低,并被轉化為運動——動能。
可以定義某些力場的勢能,使得該場中物體的勢能僅取決于物體相對于力場的位置。 兩個這樣的力場是引力場和電場(在沒有時變磁場的情況下)。 由于物體的固有屬性(例如,質量或電荷)和位置,此類場會影響物體。
一個物體可能擁有一種稱為電荷的特性。 由于電場對帶電物體施加力,如果物體帶正電荷,則力將在電荷所在的位置處沿著電場矢量的方向; 如果電荷是負的,力將在相反的方向。
靜電學
編輯靜電場 E 中點 r 處的電勢由線積分給出
V E = ? ∫ C E ? d ? {\displaystyle V_{\mathbf {E} }=-\int _{\mathcal {C}}\mathbf {E} \cdot \mathrm {d} {\boldsymbol {\ell }}\,}
其中 C 是從某個固定參考點到 r 的任意路徑。 在靜電學中,麥克斯韋-法拉第方程表明旋度 ? × E {\textstyle \nabla \times \mathbf {E} } 為零,使電場保守。 因此,上面的線積分不依賴于選擇的特定路徑 C,而只依賴于它的端點,使得 V E {\textstyle V_{\mathbf {E} }} 在任何地方都是明確定義的。
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