电场

电场

电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物
电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。这种物质与通常的实物不同,它虽然不是由分子原子所组成的,但它却是客观存在的特殊物质,具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为:电场对放入其中的电荷有作用力,这种力称为电场力。电场的能的性质表现为:当电荷在电场中移动时,电场力对电荷做功,说明电场具有能量。
  • 中文名:电场
  • 外文名:Electric Field
  • 所属学科:物理
  • 缩 写:E-field
  • 定义:是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质

简介

19世纪30年代,英国科学家法拉第提出了“电荷的周围存在着由它产生的电场”这一观点,随后物理学理论和实验不仅证实了法拉第的这一观点,而且证明了电场是一种客观存在的物质形式。电场是看不见、摸不着的,为了形象地描述电场中各点电场强度的大小和方向,法拉第还引入了电场线的概念。

带电体周围存在的特殊物质。电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。电荷间的作用总是通过电场进行的。

辨析两种不同的电场:库仑电场和感生电场,库仑电场是电荷按库仑定律激发的电场,例如静电场就是由静止的电荷按库仑定律激发的,就属于库仑电场,在各种带电体周围都可以发现这种电场。

感生电场是由变化的磁场激发的,按麦克斯韦理论,变化的磁场在其周围激发了电场。例如条形磁铁插入线圈时,运动的磁铁使周围的磁场发生变化,进而产生涡旋电场,涡旋电场使线圈中产生感应电动势,这种电场就是感生电场。

静止电荷在其周围空间产生的电场,称为静电场;随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感应电场。普遍意义的电场则是静电场和感应电场两者之和。电场是一个矢量场,其方向为正电荷的受力方向。电场是存在于电荷周围的一种客观存在的特殊物质,电场对处在其中的其他电荷有力的作用,电场强度是描述电场力的性质的重要物理量。

基本性质

1、放入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用。

2、电场能使放入电场中的导体产生静电感应现象。

静电场

静电场是由静止电荷激发的电场。静电场的电场线起于正电荷终止于负电荷,或从无穷远到无穷远,其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场,或用等势面形象地说明电场的分布。

感应电场

变化磁场激发的电场叫感应电场或涡旋电场。感应电场的电场线是闭合的,没有起点、终点。闭合的电场线包围变化的磁场。

涡旋电场

磁场变化时线圈产生的感生电动势与导体的种类、形状、性质和构成均无关,是由磁场本身的变化引起的。因此麦克斯韦提出了“变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场,正是这种电场使得闭合回路中产生了感生电动势和感生电流”的理论,并将这种电场称为涡旋电场。

感应电场的电场线是闭合的,没有起点、终点。闭合的电场线包围变化的磁场。

研究电场

电场强度

描述某点电场特性的物理量,符号是E,E是矢量。电场强度简称场强,定义为放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值,场强的方向与正检验电荷的受力方向相同。场强的定义是根据电场对电荷有作用力的特点得出的。对电荷激发的静电场和变化磁场激发的涡旋电场都适用。场强的单位是牛/库或伏/米,两个单位名称不同大小一样。场强数值上等于单位电荷在该点受的电场力,场强的方向与正电荷受力方向相同。

电场的特性是对电荷有作用力,电场力,正电荷受力方向与方向相同,负电荷受力方向与方向相反。电场是一种物质,具有能量,场强大处电场的能量大。

已知电场强度可判定电场对电荷的作用力,电介质(绝缘体)的电击穿与场强大小有关。

电荷的电场强度由点电荷决定,与试探电荷无关。

真空中点电荷场强公式:E=k*Q/r^2

匀强电场场强公式:E=U/d

任何电场中都适用的定义式:E=F/q

介质中点电荷的场强:kQ/(ε*r^2)

:匀强电场。在匀强电场中,场强大小相等,方向相同,匀强电场的电场线是一组疏密相同的平行线.

在匀强电场中,有E=U/d(只适用于匀强电场),U为电势差,单位:伏特/米。电荷在此电场中受到的力为恒力,带电粒子在匀强电场中作匀变速运动。而此电场的等势面与电场线相垂直。

带电粒子

1、带电的基本粒子:如电子,质子,α粒子,正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多,一般都不考虑重力。(但并不能忽略质量)

2、带电微粒:如带电小球、液滴、尘埃等。除有说明或暗示外,一般都考虑重力。

电场线

为形象地描述场强的分布,在电场中人为地画出一些有方向的曲线,曲线上一点的切线方向表示该点场强的方向。电场线的疏密程度与该处场强大小成正比。

电场是一种物质,电场线是我们人为画出的便于形象描述电场分布的辅助工具,并不是客观存在的。

在没有电荷的空间,电场线具有不相交、不中断的特点。静电场的电场线还具有下列特性:

1,静电场的电场线总是从正电荷(或者从无穷远)出发到负电荷终止(或者延伸到无穷远)。

2,电场线越密的地方场强越大;电场线越稀的地方场强越小。

感应电场的电场线具有下述特性:

1、电场线是闭合的;

2、闭合的电场线包围磁感线。

知道一个电场的电场线,就可判定场强的方向和大小,就可画出等势面,能判定电势高低(沿电场线方向电势降低)。

应该注意,电场线不是电荷的运动轨迹。根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向,不能确定电荷的速度方向、运动的轨迹。电场线是直线时,电荷运动速度与电场线平行,电荷运动轨迹与电场线重合。

电场的叠加

电场是矢量,若在空间有几个带电体共存,则他们的电场互相叠加,即Ep=E1+E2,遵循平行四边形定则。

电场力F:电荷在电场中收到电场的作用力。大小F=Eq。

方向:正电荷受电场力的方向与E相同,负电荷受电场力的方向与E相反。

判断技巧

(1)电场强度的大小的判断技巧

①用电场线的疏密程度进行判断,电场线越密集,场强越大,电场线越稀疏,场强越小。

②根据等差等势面的疏密判定场强大小,等差等势面密集处场强大,稀疏处场强小。

(2)电场强度方向的判断技巧

①某点正电荷所受电场力的方向,即该点的电场强度方向

②电场强度的方向与电场线的切线在同一条直线上并指向电势降低的方向。

③电场强度的方向垂直等势面并指向电势降低的方向。

知道一个电场的电场线,就可判定场强的方向和大小,就可画出等势面,能判定电势高低(沿电场线方向电势降低)。

应该注意,电场线不是电荷的运动轨迹。根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向,不能确定电荷的速度方向、运动的轨迹。电场线是直线时,电荷运动加速度与电场线平行,电荷运动轨迹与电场线重合。

电场力

定义:电荷之间的相互作用是通过电场发生的。只要有电荷存在,电荷的周围就存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用,这种力就叫做电场力。

方向:正电荷沿电场线的切线方向,负电荷沿电场线的切线方向的反方向。

计算:电场力的计算公式是F=qE,其中q为点电荷的带电量,E为场强或由W=Fd,也可以根据电场力做功与在电场力方向上运动的距离来求。电磁学中另一个重要公式W=qU(其中U为两点间电势差)就是由此公式推导得出。

电场力的功能:由于电场力的作用广泛,它应用到粒子加速器,航天事业中导航修正。对新物质的加工,对物质排列改变,在未来可能是主要动力之一,等等。

电场力的研究方向:在未来有电场力的存在航空航天事业会得到长足发展,例如利用电场保护层(可以让飞行器更轻);以及让飞行器依赖电场飞行(而取代现有的发动机);电场在核物质的衰变起作用(让我们能更好的利用能源)。

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