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電場的意思、電場的詳細解釋

關鍵字:

電場的解釋

[electric field] 有電荷接近或周圍磁場強度有變化的區域,這個區域對引入的電荷施加機械力。任意一點的電場方向就是置于該點的一個小正電荷的受力方向

詳細解釋

傳遞電荷與電荷間相互作用的場。電荷周圍總有電場存在。參看‘場’⑨。

詞語分解

專業解析

電場是電荷或時變磁場在周圍空間中形成的一種特殊物質形态,能夠對處于其中的其他電荷施加作用力。根據《現代漢語詞典》第七版的定義,電場是“帶電體周圍傳遞電力作用的場,其基本特性是對場中的電荷有作用力”(來源:《現代漢語詞典》第七版,商務印書館,2016)。

從物理性質分析,電場具有以下核心特征:

  1. 物質性:電場雖不可見,但具有能量、動量等物質屬性。例如平行闆電容器儲存的電場能公式為$W=frac{1}{2}CU$(來源:高等教育出版社《電磁學》第三版,趙凱華著)。
  2. 矢量性:電場強度$E$是矢量,方向規定為正電荷受力方向,其定義式為$E=frac{F}{q}$(來源:人民教育出版社《普通高中物理課程标準實驗教科書》)。
  3. 疊加原理:多個電荷産生的場強滿足矢量疊加關系,即$E_{text{總}}=sum E_i$(來源:Springer出版社《Classical Electrodynamics》)。

在工程應用中,電場強度測量遵循國際單位制,基本單位為伏特每米(V/m)。典型的地面靜電場強度約為100-150 V/m(來源:IEEE标準文獻庫《電場測量導則》)。現代電力系統中,特高壓輸電線路的工頻電場控制值多設定在4 kV/m以下(來源:中國電機工程學會《輸變電工程電磁環境》技術報告)。

網絡擴展解釋

電場是描述電荷周圍空間中存在的一種特殊物質形式,能夠對放入其中的其他電荷施加力的作用。以下是關于電場的核心要點解釋:

一、基本概念

電場由電荷産生,無論電荷靜止或運動都會在其周圍形成電場。其核心特性是傳遞電力:當另一個電荷進入該空間時,電場會對它施加作用力。例如,帶正電的物體會在周圍産生電場,使附近的其他電荷受到吸引或排斥。

二、電場強度(矢量場)

電場強度$mathbf{E}$ 是描述電場強弱和方向的物理量,定義為:
$$ mathbf{E} = frac{mathbf{F}}{q} $$
其中 $mathbf{F}$ 是試探電荷 $q$ 所受的力。電場強度的方向與正電荷受力的方向一緻,單位為牛/庫侖(N/C)或伏特/米(V/m)。

點電荷的電場公式:
若點電荷電量為 $Q$,距離為 $r$ 處的場強為
$$ mathbf{E} = k frac{Q}{r} hat{mathbf{r}} $$
($k$ 為庫侖常數,$hat{mathbf{r}}$ 為徑向單位矢量)

三、電場線可視化

電場線用于直觀表示電場分布:

四、疊加原理

多個電荷産生的總場強等于各電荷單獨産生的場強的矢量和,即:
$$ mathbf{E}_{text{總}} = mathbf{E}_1 + mathbf{E}_2 + cdots $$
例如,兩個等量異種電荷的電場線會形成“連接”它們的密集區域。

五、實際應用

  1. 電容器:極闆間形成均勻電場,用于儲能。
  2. 電子加速:電場力可加速帶電粒子(如顯像管中的電子束)。
  3. 閃電成因:雲層間強電場擊穿空氣形成放電。

電場是電磁相互作用的基礎,與磁場共同構成電磁場理論的核心,其數學描述由麥克斯韋方程組統一概括。

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