物理电场与电场强度笔记

电场是什么,为什么电荷在电场中会有自发的运动呢?电场是人们看不见摸不着的一种特殊的媒介物质,说得通俗一点,它就好比一个人,人能推着东西向前运动,这说明人对物体即变现出了力的作用,同时也表现出了做功的效果。电荷在电场中,不需要施加外来的力,电荷就能在电场中运动,这说明了电场对电荷有力的作用和做功的效果,说明了电场跟人一样是真实存在的。

基础物理:电场与电场强度

根据库伦定律可知,真空中的两个点电荷A和B之间的作用力F=KQq/r²可知,点电荷A在真空中产生的电场对点电荷B的作用力大小F=KQq/r²,同样点电荷B在真空中产生的电场对点电荷A的作用力也为F=KQq/r²,它们是一对作用力与反作用力的关系。那么,点电荷产生的电场作用力跟什么有关呢?

基础物理:电场与电场强度

在进一步的研究中,人们引入了一个试探电荷,即在点电荷产生的电场力,用一个试探电荷去测试它在电场中的受力情况。要想一个电荷成为试探电荷,那么这个电荷就必须满足体积足够小,所带的电荷量也足够小等特征,以此来精确的研究电场的相关属性。

基础物理:电场与电场强度

在真空中有一个电荷量为+Q的点电荷,这时将一个+q的试探电荷从最远处去逐渐的接近电荷Q,这时你会发现电荷q所受到的电场力会越来越大,这时,不改变q在电场中的位置,只改变q的电荷量,Q与q之间的电场力虽然增大了,但是电场力与电荷量q的比值不随电荷量的增大而发生变化,这是为什么呢?

基础物理:电场与电场强度

人们为了搞懂这个问题,于是引入了场强这个概率,将此现象进行通俗化。即放入电场中某点的电荷所受到的电场力F与跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强,符号E,表达式E=F/q,单位牛/库伦—N/C,国际单位中电场强度的单位是伏特/米,V/M(后面再讲电场强度的单位为什么是伏特/米)。

基础物理:电场与电场强度

但是,电场强度跟电荷量的大小无关,它是电场中某点的场强,是电场的固有属性,同时也跟电荷在电场中受到的力无关。但是,根据电场强度的定义式F/q可知,力F是一个既有大小又有方向的矢量,而电荷量是一个标量,所以,一个矢量与一个标量的比值必然为适量,故而场强也是一个矢量(物理学中有很多这样类似的推导)。那么,在电场中场强的方向如何呢?

基础物理:电场与电场强度

由于场强同样是人们看不见摸不着的物质,故而人们规定,电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受到的电场力的方向相同,跟负电荷在该点所受到的电场力的方向相反。既然场强有方向,既然它是矢量,那么它就一定满足矢量三角形定则或矢量平行四边形法则。

即在很多电荷的情况下,某点的电场强度就是这几个电荷产生的场强的叠加矢量值,这个现象跟宏观物体受到的合力效果是一样的,而电场强度表现出来的这个现象就叫做电场强度的叠加原理。

基础物理:电场与电场强度

场强的矢量性

说了这么多,总之,场强越大的地方,说明该点受到的电场作用越大,场强越小的地方,说明该点受到电场的作用越小。现在本人按照电场的基本知识来提出一个假设,既然万有引力也是两个好不接触的物体之间的力,那么在空间中是不是存在着引力场呢?引力场的场强也是否等于该点在空间中受到的万有引力与该点的质量之比呢?如果此假设成立,那么引力场的场强方向又该怎样定义呢?

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