電場特性

文章描述了電場的主要特徵：電勢、電壓和強度。

什麼是電場

要產生電場，就必須產生電荷。電荷（帶電體）周圍空間的性質不同於沒有電荷的空間的性質。同時，空間的性質，當電荷被引入其中時，不會立即發生變化：變化從電荷開始，並以一定的速度從空間中的一點傳播到另一點。

在包含電荷的空間中，機械力作用於引入該空間的其他電荷。這些力不是一種電荷對另一種電荷直接作用的結果，而是通過質變介質作用的結果。

電荷周圍的空間，其中作用於引入其中的電荷的力表現出來，稱為電場。

電場中的電荷沿電場一側作用在其上的力的方向移動。這種電荷的靜止狀態只有當一些外（外）力施加到平衡電場強度的電荷上時才有可能。

一旦外力和場強之間的平衡被打破，電荷就會再次開始移動。它的運動方向總是與較大力的方向重合。

為清楚起見，電場通常由所謂的電場線表示。這些線與作用在電場中的力的方向一致。同時，同意畫出如此多的線，使得垂直於線安裝的每 1 平方厘米區域中的線數與相應點的場強成正比。

場的方向通常被認為是作用於給定場中的正電荷的場強的方向。正電荷被正電荷排斥並被負電荷吸引。因此，電場是從正電荷指向負電荷。

力線的方向在附圖中由箭頭指示。科學證明，電場的力線是有始有終的，即它們不是自己閉合的。根據假定的場方向，我們發現力線以正電荷（帶正電的物體）開始，以負電荷結束。

米。 1. 使用力線的電場圖像示例：a — 具有單個正電荷的電場，b — 具有單個負電荷的電場，c — 兩個相反電荷的電場，d — 一個兩個同種電荷的電場

在圖。圖 1 顯示了使用力線描繪的電場的示例。必須記住，電場線只是以圖形方式表示場的一種方式。這裡的力線概念沒有更大的實質內容。

庫侖定律

兩個電荷之間相互作用的強度取決於電荷的大小和相互排列，以及它們所處環境的物理性質。

對於兩個帶電的身體，其尺寸與身體之間的距離相比微不足道，相互作用的癒合在數學上確定如下：

其中 F 是以牛頓 (N) 為單位的電荷相互作用力，k — 以米 (m) 為單位的電荷之間的距離，Q1 和 Q2 — 以庫侖 (k) 為單位的電荷量級，k 是比例係數，其值取決於電荷周圍介質的特性。

上面的公式是這樣寫的：兩個點電荷之間的相互作用力與這些電荷大小的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比（庫侖定律）。

要確定比例因子 k，請使用表達式 k = 1 /(4πεεО)。

電場勢

如果作用在電荷上的場力不被任何外力平衡，則電場總是賦予電荷運動。這意味著電場具有勢能，即做功的能力。

通過將電荷從空間中的一點移動到另一點，電場確實起作用，因此向場提供的勢能減少。如果電荷在與場力相反的外力作用下在電場中運動，則不是靠電場力做功，而是靠外力做功。在這種情況下，場的勢能不僅沒有減少，反而增加了。

在電場中移動電荷的外力所做的功與反對該運動的場力的大小成正比。在這種情況下，外力所做的工作完全用於增加場的勢能。為了從其勢能一側表徵場，稱為電場勢的量被稱為。

這個量的本質如下。假設正電荷在所考慮的電場之外。這意味著場對給定電荷幾乎沒有影響。讓外力將此電荷引入電場，並克服場力施加的運動阻力，將電荷移動到電場中的給定點。力所做的功，以及場勢能增加的量，完全取決於場的性質。因此，這項工作可以表徵給定電場的能量。

與放置在場中給定點的單位正電荷相關的電場能量稱為給定點的場勢。

如果電位用字母 φ 表示，電荷用字母 q 表示，移動電荷所花費的功用 W 表示，則給定點的場電位將由公式 φ = W / q 表示。

因此，當單位正電荷移出場向給定點移動時，給定點處的電場勢在數值上等於外力所做的功。場電位以伏特 (V) 為單位測量。如果在場外的 1 庫侖電量傳輸到給定點的過程中，外力所做的功等於 1 焦耳，則場內給定點的電勢等於 1 伏特：1 伏特 = 1 焦耳/1庫侖

電場強度

在任何電場中，正電荷從較高電勢點移動到較低電勢點。相反，負電荷從電位較低的點移動到電位較高的點。在這兩種情況下，做功都是以犧牲電場的勢能為代價的。

如果我們知道這項工作，即當正電荷q從場的點1移動到點2時場的勢能減少的量，那麼很容易找到這些點之間的電壓字段 U1,2:

U1,2 = A / q,

其中 A 是當電荷 q 從點 1 轉移到點 2 時場力所做的功。電場中兩點之間的電壓在數值上等於零從一點轉移單位正電荷所做的功在外地到另一個。

可以看出，電場兩點間的電壓和相同點間的電位差代表同一個物理單位……因此，電壓和電位差這兩個詞是相同的。電壓以伏特 (V) 為單位測量。

兩點之間的電壓等於一伏特，如果將一庫侖的電從場的一點轉移到另一點時，場力所做的功等於一焦耳：1 伏特 = 1 焦耳 / 1 庫侖

電場強度

根據庫侖定律，給定電荷作用於該場中另一個電荷的電場強度在場的所有點上都不相同。任何一點的電場都可以用它作用在給定點的單位正電荷上的力的大小來表徵。

知道這個值，就可以確定作用在每個電荷Q上的力F。可以寫成F = Q x E，其中F是作用在電場中放置在場中一點的電荷Q上的力，E是作用在場中同一點的單位正電荷上的力。 E 在數值上等於單位正電荷在場中給定點受到的力，稱為電場強度。