
[electric field] 有电荷接近或周围磁场强度有变化的区域,这个区域对引入的电荷施加机械力。任意一点的电场方向就是置于该点的一个小正电荷的受力方向
传递电荷与电荷间相互作用的场。电荷周围总有电场存在。参看‘场’⑨。
电场是电荷或时变磁场在周围空间中形成的一种特殊物质形态,能够对处于其中的其他电荷施加作用力。根据《现代汉语词典》第七版的定义,电场是“带电体周围传递电力作用的场,其基本特性是对场中的电荷有作用力”(来源:《现代汉语词典》第七版,商务印书馆,2016)。
从物理性质分析,电场具有以下核心特征:
在工程应用中,电场强度测量遵循国际单位制,基本单位为伏特每米(V/m)。典型的地面静电场强度约为100-150 V/m(来源:IEEE标准文献库《电场测量导则》)。现代电力系统中,特高压输电线路的工频电场控制值多设定在4 kV/m以下(来源:中国电机工程学会《输变电工程电磁环境》技术报告)。
电场是描述电荷周围空间中存在的一种特殊物质形式,能够对放入其中的其他电荷施加力的作用。以下是关于电场的核心要点解释:
电场由电荷产生,无论电荷静止或运动都会在其周围形成电场。其核心特性是传递电力:当另一个电荷进入该空间时,电场会对它施加作用力。例如,带正电的物体会在周围产生电场,使附近的其他电荷受到吸引或排斥。
电场强度$mathbf{E}$ 是描述电场强弱和方向的物理量,定义为:
$$
mathbf{E} = frac{mathbf{F}}{q}
$$
其中 $mathbf{F}$ 是试探电荷 $q$ 所受的力。电场强度的方向与正电荷受力的方向一致,单位为牛/库仑(N/C)或伏特/米(V/m)。
点电荷的电场公式:
若点电荷电量为 $Q$,距离为 $r$ 处的场强为
$$
mathbf{E} = k frac{Q}{r} hat{mathbf{r}}
$$
($k$ 为库仑常数,$hat{mathbf{r}}$ 为径向单位矢量)
电场线用于直观表示电场分布:
多个电荷产生的总场强等于各电荷单独产生的场强的矢量和,即:
$$
mathbf{E}_{text{总}} = mathbf{E}_1 + mathbf{E}_2 + cdots
$$
例如,两个等量异种电荷的电场线会形成“连接”它们的密集区域。
电场是电磁相互作用的基础,与磁场共同构成电磁场理论的核心,其数学描述由麦克斯韦方程组统一概括。
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