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电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同,它不是由分子原子所组成,但它是客观存在的,电场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(这说明电场具有能量)。

概述

电场英文: Electric Field
点电荷电场线

点电荷电场线

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 有旋电场(也称感应电场或涡旋电场)。 静电场是有源无旋场,电荷是场源; 有旋电场无源有旋场。普遍意义的电场则是静电场和有旋电场两者之和。
电场是一个矢量场,其方向为正电荷所受电场力方向,与负电荷所受电场力方向相反。电场的力的性质用电场强度来描述。
电场是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。在电荷周围总有电场存在;同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相对于电荷静止时所观察到的场称为 静电场。如果电荷相对于观察者运动,则除静电场外,还有磁场出现。除了电荷可以引起电场外,变化的磁场也可以引起电场,前者为静电场,后者叫做 涡旋电场感应电场。变化的磁场引起电场,所以运动电荷或电流之间的作用要通过电磁场来传递。

静电场

静电场是由静止电荷激发的电场。该静止电荷被称为场源电荷,简称为源电荷。静电场的电场线起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷。静电场的电场线方向和场源电荷有着密切的关系。当场源电荷为正电荷时,该电场的电场线成发散状;当场源电荷为负电荷时,该电场的电场线成收敛状。其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场的能的性质,或用等势面形象地说明电场的电势的分布。
静电场中的电场强度公式为:E=F/q。单位为牛[顿]每库伦,符号为N/C。它的另一个单位是伏特每米(V/m)。两个单位之间的关系是1N/C=1V/m。
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。闭合的电场线包括变化的磁场。

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,但场强不与q成反比,只是由比值来反映和测定。
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,但大小一样。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,这种作用力就是电场力,正电荷受力方向与电场方向相同,负电荷受力方向与电场方向相反。
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。
点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:k×q/r^2;
注: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。

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
电场线

电场线

点的切线方向表示该点电场强度的方向。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(包括相切)、不中断的特点。静电场的电场线还具有下列特性:
1.电场线不闭合,始于正电荷(无穷远)止于负电荷(无穷远)。
2.电场线垂直于导体表面。
3.电场线与等势面垂直。
感应电场的电场线具有下述特性:
  1. 感应电场的电场线是闭合的,没有起点、终点.
  2. 闭合的电场线包围变化的磁场.
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。

电场力

电场力:
一、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。
二、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。
三、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)。

摩擦起电

(electrification by friction)
用摩擦的方法使物体带电的过程,叫做摩擦起电(或两种不同的物体相互摩擦后,一种物体带正电,另一种物体带负电的现象)。
摩擦起电的原因,是因为摩擦可以使物体得到多余的电子或失去原有的电子。得到多余电子的物体带负电,失去原有电子的物体带正电。
摩擦起电的定义:当两个物体相互摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电。
摩擦后的物体所带的电荷有两种:用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是一种(正电),用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是另一种(负电)。

电荷量

通常,正电荷的电荷量用正数表示,负电荷的电荷量用负数表示。任何带电体所带电量总是等于某一个最小电量的整数倍,这个最小电量叫做基元电荷,也称元电荷,用e表示,1e=1.60217733×10^-19C ,在计算中可取e=1.6×10^-19C。它等于一个电子所带电量的多少,也等于一个质子所带电量的多少。国际单位制中电量的基本单位是库仑,量纲为I*T ,1库仑=1安培·秒。库仑是电量的单位,符号为C,它是为纪念法国物理学家库仑而命名的。若导线中载有1安培的稳恒电流,则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。库仑不是国际标准单位,而是国际标准导出单位。一个电子所带负电荷量库仑(元电荷),也就是说1库仑相当于6.24146×10^18个电子所带的电荷总量。电荷量的公式: Q=It(其中I是电流,单位A ;t是时间,单位s)。(电荷和电子是不同的概念,就粗略点概括:电荷的单位是“库仑”,而电子的单位是“个”。)

元电荷

(elementary charge)
大多数带电体的电荷量都等于最小电荷量e的整倍数,但部分粒子(如六种夸克)除外。最小电荷量e就叫做元电荷
e=1.60217733×10^-19C
到目前为止,也许人们都这么认为:分子之间什么都没有。其实大多数情况分子是由原子组成的。如果我们把它转为“原子之间有什么”的话也许会让这个问题更科学。
什么是电场?也许很多人都把它忽略了,觉得它只是物理学的一个很小的领域。但我觉得电场是一个非常了不起的东西。他是世界上一切力量之源。他是一切物理、工业、化学、能源、电子、信息、生物等学科研究的本质对象。为什么呢?让我们详细分析一下:
1.摩擦力弹力主要由电场力贡献的。
2.分子之间的力由电场力组成。
3.生化反应的动力源泉是电场。
4.电流,电压由电场力引起。
5.光、电磁波由电场引起。
6.信息技术也是研究电场的特性。
保守场,电场做功与路径无关,只与始末位置有关。
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

如何研究电场

电场的基本性质是对放入其中的电荷有作用力,因此可以通过这一性质来研究电场。放入电场中试探电场性质的电荷称为试探电荷。试探电荷的电荷量应足够小,使得它被放入电场后不会影响原有电场的分布:另外,它的线度也应足够小,这样才能方便地研究电场中各点的情况。

静电的防止

摩擦产生的静电,在生产、生活上给人们带来很多麻烦,甚至造成伤害。
印刷厂里,纸页间的摩擦起电,会使纸页粘在一起,难于分开,给印刷厂带来麻烦,印染厂里,面纱、毛线、人造纤维上的静电,会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降,干干净净的人造纤维服装,穿不了多大功夫就会蒙上一层灰尘,也是由于静电吸尘埃的缘故。
静电电荷积累到一定程度,会产生火花放电,带来不幸。在地毯上行走的人,与地毯摩擦而带的电如果足够多,当他伸手去拉金属门把手时,手与金属把手间会产生火花放电,严重时会使他痉挛。在空气中飞行的飞机,与空气摩擦而带的电人如果在着陆过程中没有导走,当地勤人员接近机身时,人与飞机间可能产生火花放电,严重时可能将人击倒。专门用来装汽油或柴油等液体燃料的卡车,在灌油,运输过程中,燃油与油罐摩擦、撞击而带电,如果没有及时导走,积累到一定程度,会产生电火花,引起爆炸。
防止静电危害的基本办法,是尽快把产生的静电导走,避免越积越多。具体措施则多种多样。油罐车是靠一条拖在地上的铁链把静电导走。飞机机轮上通常都装有搭地线,也有用导电橡胶做机轮轮胎的,着陆时它们可将机身的静电导入地下。在地毯中夹杂0.05~0.07毫米的不锈钢丝导电纤维,消除静电的效果很好。在印染厂中保持适当的湿度,潮湿的空气可以使静电荷很快消失。

外界对电场的另一种解释(外界提出能及单能模型)

以下理论来自业余物理爱好者郝迪及部分外界人士。
对于场的进一步理解,有外界认为场是“能”在粒子运动中的强度递变。
我们用原子来分析“能”的作用。作为一个显电中性的整体,电子和原子核因“能”的稳定存在而相对稳定。电子由于趋合而受作用力绕原子核高速运转。
我们先对“单能”作出概念假说:“单能”并不是广泛存在于宇宙环境中的,而是存在于物质内部及周围(由大爆炸产生)、大小未知、三维以上状态的具有张性的体膜状物。在真空状态下,若无“波”的影响及温度、射线影响下是没有“单能”存在的,且称这种环境为零环境。有人肯定会用卡西米尔力的存在来反驳此观点,其实卡西米尔力在零环境下是有的,但并不是由于零环境而具有的。同样,卡西米尔力也是由于“能”的作用产生的,这也是在测量卡西米尔力的实验中,为何要求两个金属板之间的距离要很近的原因(两板内侧的能在作用)。“单能”是能量的产物。经过多方面的猜测和考虑,我们认为它是能量、高温高压、辐射以及少量受高压作用后的基本粒子构成的实际物质。它可以为其它基本粒子的趋合作用提供运动热。“单能”的具体构成过程:(以下的假说建立在单能是三维状态下的,真实的单能可能会以高速旋转或运动的形式以多维的状态表现,处于三维状态的空间无法与其联系。即我们无法在三维状态观测到单能)
①受高压作用后的基本粒子被排成一列(在这个过程中还受到粒子趋合的影响,其中大部分原因来自高压结果),且受作用后的基本粒子被压成二维状态(平面状态)。压成二维状态后的基本粒子自动卷起来(三维状态),外形类似于开口子的囊。我们把开口的空间成为“前单能室”。(一般不存在量子化的概念)
②空间中的高温与能量进入到“前单能室”中,并将变形后的基本粒子列在未开口的一侧同时拉长(长度不限),则单能膜构成。
以上构成的物质就是单能。
以上所说的单能是所有物质之间存在的“能”的基本单位,由“单能”组成的“能”均匀地充斥在原子周围,使得原子本身表现稳定。当带负电荷的电子受外力影响而脱离原子核时,此时负电荷开始运动。“单能”则从远及近、从原来的均匀分布变向负电荷积聚提供给负电荷在运动过程中的热(“单能”表面的单能膜张力越大,所提供的能量和温度会越剧烈)。我们要注意的一点是,在此模型中,提供给微粒热的物质是“能”,我们初步可以把单能表面的膜张力作为微粒的运动热基础。也就是说,若拿原子举例,原子周围充斥着饱和的“能”以使得原子核及电子之间的运动状态稳定。在电子受到外力的影响作用时运动,“能”就为微粒的运动提供热,此时物体的内能发生改变。
用实例来说明“能”模型的作用。我们用铁棍用力敲打石灰岩,铁棍周围会有火花形成。在两物体以较大的作用力接触或碰撞时,会改变铁原子(一般金属原子的能易改变)的结构和形态,从而改变单能的稳定性。单能受到原子内部的影响时,当单能本身的张力变化过于剧烈时,单能膜就会破裂,叠加上前单能室的释放和温度、能量以及辐射以等离子的形态出现在三维空间,也就是热的表现。摩擦生热的微观原因,用能及单能来论述也是行的通的:两物体间用力摩擦并且沿相反方向做功一段时间时,两物体原子之间的能会受到强作用而改变单能膜的张力,从而释放热。

单能模型对电场力与场强的解释

以下理论来自业余物理爱好者郝迪。
在电场中正、负电荷之间(异种电荷)互相吸引,同种电荷相排斥。那么表现出来的现象就是靠近负电荷的“能”张力大且数量多。获得足够的“能”后,负电荷不再需要多余的“能”产生运动热,则会保持这样一种状态:离负电荷近的“能”之间张力很大、离其远的“能”之间能的数量递减且张力减弱,直至达到稳定状态下的“能”的张力大小。我们又把“能”产生的张力强弱方向成为“能聚势”,则此时,根据“能”张力的强弱以及分布的多少判断此时“能聚势”方向指向负电荷。
相反,原子因脱去电子而显正电,在电子运动获能的过程中,原子核周围的一部分“能”也会靠近电子去提供运动热,但造成的结果只是远离正电荷周围的少部分能的分布松散且张力向电子,但并不影响正电荷周围的“能”在向外具有张力的同时张力变大(比稳定时的大),分布也会变多。此时显然正电荷的“能聚势”是向外的,也就是说此时所有单能膜的表面张力都是由正电荷指向负电荷。而在只有正电荷存在的情况下,正电荷周围的单能张力方向指向无限远处,且单能数量递减。在只有负电荷存在的情况下,情况相反。
对于场强:这样解释就比较简单了。由于单能的数量靠近电荷多,远离电荷少,所以靠近电荷的膜张力大,张力沿着向外的空间递减直至没有。场强的问题其实就是张力大小的问题,表现出来的电场强度高的地方膜张力大,低的地方膜张力小。
对于同种电荷相吸引,异种电荷相排斥的解释:
如果用箭头来表示“能聚势”的方向,对于两种“能”是箭尾对箭尾或者是箭头对箭头的性质情况,此时“能”之间是无法重合的,也就是说只有能聚势不同的“能”才能相互无阻力重合。否则,不同性质的两种能无法重合(重合是为了达到原来的原子的稳定),会导致两种电性相同的电荷遭到排斥。
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- 来自原声例句
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