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電場

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電場是電荷及變化磁場周圍空間裏存在的一種特殊物質。這種物質與通常的實物不同，它雖然不是由分子原子所構成的，但它卻是客觀存在的特殊物質，具有通常物質所具有的力和能量等客觀屬性。 [1] 
電場的力的性質表現為：電場對放入其中的電荷有作用力，這種力稱為電場力。電場的能的性質表現為：當電荷在電場中移動時，電場力對電荷做功，説明電場具有能量。 [1] 
中文名
電場 [1] 
外文名
Electric Field [2] 
所屬學科
物理 [2] 
縮    寫
E-field [3] 

目錄

  1. 1 簡介
  2. ▪ 基本性質
  3. ▪ 靜電場
  4. ▪ 感應電場
  1. 2 描述電場
  2. ▪ 電場強度
  3. ▪ 電場線
  4. ▪ 電場的疊加
  1. ▪ 電場強度的大小、方向判斷技巧
  2. ▪ 電場力

電場簡介

19世紀30年代,英國科學家法拉第提出了“電荷的周圍存在着由它產生的電場”這一觀點，隨後物理學理論和實驗不僅證實了法拉第的這一觀點，而且證明了電場是一種客觀存在的物質形式。電場是看不見、摸不着的，為了形象地描述電場中各點電場強度的大小和方向，法拉第還引入了電場線的概念。 [8] 
帶電體周圍存在的特殊物質。電場的基本性質是對放入其中的電荷有力的作用。電荷間的作用總是通過電場進行的。 [4] 
辨析兩種不同的電場：庫侖電場和感生電場，庫侖電場是電荷按庫侖定律激發的電場，例如靜電場就是由靜止的電荷按庫侖定律激發的，就屬於庫侖電場，在各種帶電體周圍都可以發現這種電場。 [5] 
感生電場是由變化的磁場激發的，按麥克斯韋理論，變化的磁場在其周圍激發了電場。例如條形磁鐵插入線圈時，運動的磁鐵使周圍的磁場發生變化，進而產生渦旋電場，渦旋電場使線圈中產生感應電動勢，這種電場就是感生電場 [5]  。
靜止電荷在其周圍空間產生的電場，稱為靜電場；隨時間變化的磁場在其周圍空間激發的電場稱為感應電場。普遍意義的電場則是靜電場和感應電場兩者之和。電場是一個矢量場，其方向為正電荷的受力方向。 [1] 

電場基本性質

  1. 放入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用。 [6] 
  2. 電場能使放入電場中的導體產生靜電感應現象。 [6] 

電場靜電場

靜電場是由靜止電荷激發的電場。該靜止電荷被稱為場源電荷，簡稱為源電荷。靜電場的電場線起始於正電荷或無窮遠，終止於無窮遠或負電荷。靜電場的電場線方向和場源電荷有着密切的關係。當場源電荷為正電荷時，該電場的電場線呈發散狀；當場源電荷為負電荷時，該電場的電場線呈收斂狀。其電場力移動電荷做功具有與路徑無關的特點。用電勢差描述電場的能的性質，或用等勢面形象地説明電場的電勢的分佈。 [7] 
靜電場中的電場強度公式為：E=F/q。單位為牛頓每庫倫，符號為N/C。它的另一個單位是伏特每米（V/m），兩個單位之間的關係是1N/C=1V/m。 [7] 

電場感應電場

變化磁場激發的電場叫感應電場或渦旋電場。麥克斯韋提出了“變化的磁場會在其周圍的空間激發一種電場，正是這種電場使得閉合迴路中產生了感生電動勢和感生電流”的理論，這種電場稱為渦旋電場。感應電場的電場線是閉合的，沒有起點、終點。閉合的電場線包圍變化的磁場。 [7] 

電場描述電場

電場電場強度

在電場中某位置處一電荷q它在該點所受電場力F與其電荷量Q的比值叫做該點的電場強度，簡稱場強。 [6] 
定義式：
[6] 
方向：在某點的正電荷受力方向為該點的場強方向。 [6] 
電場中每一點的電場強度與是否放入電荷無關。 [6] 
在同一空間，如果有幾個靜止電荷在空間同時產生電場，那麼空間某點的場強是各場源電荷單獨存在時在該點所產生的場強矢量和。 [6] 
點電荷的場強公式：點電荷Q在真空中某點產生的場強公式為：
；Q是產生電場的場源電荷的大小。r是所研究點到場源電荷的距離。 [6] 
場強的定義是根據電場對電荷有作用力的特點得出的。對電荷激發的靜電場和變化磁場激發的渦旋電場都適用。電場的特性是對電荷有電場力的作用，正電荷受力方向與電場方向相同，負電荷受力方向與電場方向相反。電場是一種物質，具有能量，場強大處電場的能量大。 [7] 
已知電場強度可判定電場對電荷的作用力，電介質(絕緣體)的電擊穿與場強大小有關。 [7] 
點電荷的電場強度由點電荷決定，與試探電荷無關。 [7] 

電場電場線

電場線是為了形象的描繪電場分佈而畫出的假象曲線。這些曲線各點的切線方向為該點的場強方向。而這些曲線的疏密程度表示這一區域場強的大小，電場線密集的地方場強大，反之小。 [6] 
電場線的特點： [4] 
  1. 某點切線方向就是該點電場強度方向。 [4] 
  2. 電場線的疏密表示電場的強弱。 [4] 
  3. 靜電場的電場線不閉合，也不相交，從正電荷（無窮遠）出發終止於負電荷（無窮遠）。 [4] 
  4. 電場線跟等勢面垂直，且順着電場線的方向電勢降低。 [4] 
  5. 勻強電場的電場線是平行的。 [4] 
瞭解和掌握正點電荷、負點電荷、兩種等量的同種電荷、兩等量的異種電荷形成電場的電場線分佈。 [4] 
電場線不是電荷運動的軌跡，也不是客觀存在的線。在特殊條件下，帶電粒子的運動軌跡可以與電場線重合。這些特殊條件是： [4] 
  1. 電場線是直線； [4] 
  2. 帶電粒子的初速度為零或初速度方向與電場線方向在同一直線上； [4] 
  3. 帶電粒子只受電場力作用。 [4] 
以上三點必須同時得到滿足。 [4] 

電場電場的疊加

電場是矢量，若在空間有幾個帶電體共存，則他們的電場互相疊加，即Ep=E1+E2，遵循平行四邊形定則。 [4] 
電場力F：電荷在電場中收到電場的作用力。 [4] 
大小F=Eq。 [4] 
方向：正電荷受電場力的方向與E相同，負電荷受電場力的方向與E相反。 [4] 

電場電場強度的大小、方向判斷技巧

（1）電場強度的大小的判斷技巧
①用電場線的疏密程度進行判斷，電場線越密集，場強越大，電場線越稀疏，場強越小。
②根據等差等勢面的疏密判定場強大小，等差等勢面密集處場強大，稀疏處場強小。
（2）電場強度方向的判斷技巧
①某點正電荷所受電場力的方向，即該點的電場強度方向
②電場強度的方向與電場線的切線在同一條直線上並指向電勢降低的方向。
③電場強度的方向垂直等勢面並指向電勢降低的方向。
知道一個電場的電場線，就可判定場強的方向和大小，就可畫出等勢面，能判定電勢高低(沿電場線方向電勢降低)。 [7] 
應該注意，電場線不是電荷的運動軌跡。根據電場線方向能確定電荷的受力方向和加速度方向，不能確定電荷的速度方向、運動的軌跡。電場線是直線時，電荷運動加速度與電場線平行，電荷運動軌跡與電場線重合。 [7] 

電場電場力

  1. 定義：電荷之間的相互作用是通過電場發生的。只要有電荷存在，電荷的周圍就存在着電場，電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用，這種力就叫做電場力。 [7] 
  2. 方向：正電荷沿電場線的切線方向，負電荷沿電場線的切線方向的反方向。 [7] 
  3. 計算：電場力的計算公式是F=qE，其中q為點電荷的帶電量，E為場強或由W=Fd，也可以根據電場力做功與在電場力方向上運動的距離來求。電磁學中另一個重要公式W=qU（其中U為兩點間電勢差）就是由此公式推導得出。 [7] 
  4. 電場力的功能： [7]  由於電場力的作用廣泛，它應用到粒子加速器，航天事業中導航修正。對新物質的加工，對物質排列改變，在未來可能是主要動力之一，等等。 [7] 
  5. 電場力的研究方向： [7]  在未來有電場力的存在航空航天事業會得到長足發展，例如利用電場保護層（可以讓飛行器更輕）；以及讓飛行器依賴電場飛行（而取代現有的發動機）；電場在核物質的衰變起作用（讓我們能更好的利用能源）。 [7] 
參考資料
  • 1.    杜翠鳳，宋波，蔣仲安．物理污染控制工程 第2版：冶金工業出版社，2018.01：166-167
  • 2.    顧文祥．漢英常用名詞分類詞典：浙江大學出版社，2004.01：578
  • 3.    李迪，朱瑞等．空間電子技術——近場測試系統確定電磁干擾源 第3期：西安市春秋視訊技術有限責任公司，2000年：56
  • 4.    李燕．中學物理：中國鐵道出版社，2012.12：91-92
  • 5.    辨析兩種不同的電場  ．人民教育出版社[引用日期2020-06-09]
  • 6.    任春輝，李顯鋒．物化：白山出版社，2005.02：77-78
  • 7.    齊浩然．經典科學系列 恐怖的雷電現象：金盾出版社，2015.05：9-12
  • 8.    戴浩然.從理解電場線的角度認識靜電場[J].中學生數理化:高一使用,2022(5):33-34