电场 电场强度

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一、电场
存在于电荷周围的特殊物质叫电场。凡是有电荷的地方,周围就存在,即任何电荷都在自己的周围空间激发电场;而电场的基本性质是,它对处于其中的任何其它电荷都有力的作用,这个力叫电场力。

电场 电场强度

因此,电荷与电荷之间是通过电场相互作用的。
电场虽然不象原子、分子组成的实物那样看得见,摸得着,但近代物理的发展证明,它具有一系列物质的属性,如具有能量、动量,能施于电荷的作用力等等,因而能被我们所感觉。因此,电场是一种客观存在,是物质存在的一种形式。电场只是普遍存在的电磁场的一种形式。电磁场的物质性在它处于迅速变化的情况下才能更明显地表现出来,这个问题到了电动力学才进行详细的讨论。本章只讨论相对于观察者静止的电荷在其周围空间激发的电场,即静电场。

二、电场强度矢量

1、定义 电场 电场强度
对于电场中任一固定点电场 电场强度,检验电荷电场 电场强度所受电场力与检验电荷的电量电场 电场强度的比值电场 电场强度电场 电场强度无关,它反映了电场在电场 电场强度点的性质。我们把它定义为电场强度矢量,简称场强,用电场 电场强度 表示,即
电场 电场强度

定义:电场任一点的电场强度是一矢量,其大小是单位电荷在该点所受电场力的大小,其方向与正电荷在该点所受的电场力的方向一致。
单位:牛顿/库仑(N/C),伏特/米(V/m)。
如果电场中各点场强的大小和方向均相同,这样的电场称为均匀场,其场强矢量电场 电场强度是相互平行的直线。


2、点电荷的场强
电场 电场强度处有一点电荷电场 电场强度 ,在电场 电场强度 处放一检验电荷电场 电场强度,点电荷电场 电场强度 之间的相互作用力为
电场 电场强度

根据场强的定义, 电场 电场强度点的场强为电场 电场强度

电场 电场强度

电场 电场强度 时,电场 电场强度点的场强电场 电场强度沿矢径方向背离源点电场 电场强度 ;当 电场 电场强度时,电场 电场强度 点的场强电场 电场强度 沿矢径方向指向源点电场 电场强度
三、场强叠加原理 电场 电场强度
设空间有一组点电荷电场 电场强度,它们单独存在时对检验电荷电场 电场强度 的电场力分别为电场 电场强度 , 则

电场 电场强度

根据场强的定义,得

电场 电场强度

式中电场 电场强度 分别代表电场 电场强度 单独存在时所激发的电场在电场 电场强度点的场强。

结论:一组点电荷所激发的电场在任一点的场强,等于各个点电荷单独存在时所激发的电场在该点场强的矢量和。这个结论叫电场强度矢量叠加原理,简称场强叠加原理。

四、场强的计算
1、点电荷和点电荷系的场强

点电荷 电场 电场强度

点电荷系电场 电场强度


例:求电偶极子的场强。电场 电场强度

(1)连线延长线上电场 电场强度点的场强

点电荷电场 电场强度电场 电场强度 存在时在电场 电场强度 点产生的场强大小为

电场 电场强度(方向向右)

电场 电场强度(方向向左)


合场强的大小为

电场 电场强度

因为电场 电场强度 ,所以
电场 电场强度(方向向右)

(2)中垂线上电场 电场强度点的场强
点电荷电场 电场强度电场 电场强度 存在时在电场 电场强度点产生的场强大小为
电场 电场强度

合场强的大小为
电场 电场强度

电场 电场强度

所以,合场强的大小为
电场 电场强度

由于电场 电场强度 ,那么
电场 电场强度

电偶极子的场强只与电场 电场强度电场 电场强度的乘积有关,这一乘积反映电偶极子的基本性质,它是一个描述电偶极子属性的物理量。我们将电场 电场强度 定义为电偶极矩,其中电场 电场强度的方向是由电场 电场强度指向电场 电场强度。这样,电偶极子的场强公式可以写为:
在延长线上:电场 电场强度

在中垂线上:电场 电场强度

2、电荷连续分布带电体的场强
(1)电荷的体分布 电场 电场强度
设有一电荷连续分布的带电体,电荷体密度为电场 电场强度,在带电体中取一体积元电场 电场强度 ,则该体积元中的体电荷元为电场 电场强度 ,它产生的场强为
电场 电场强度

由场强叠加原理,得整个带电体产生的场强为

电场 电场强度

(2)电荷的面分布 电场 电场强度
设有一电荷连续分布的带电面,电荷面密度为电场 电场强度 。在带电面中取一面积元电场 电场强度,则该面积元中的面电荷元为电场 电场强度 ,它产生的场强为
电场 电场强度

由场强叠加原理,得整个带电面产生的场强为

电场 电场强度


(3)电荷的线分布 电场 电场强度
有一电荷连续分布的带电导线,电荷线密度为电场 电场强度 ,在带电导线中取一线段元电场 电场强度,则该线段元中的电荷元为 电场 电场强度,它产生的场强为
电场 电场强度

由场强叠加原理,得整根带电导线产生的场强为

电场 电场强度

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