电场强度

描述电场的物理量,简称场强。电场中某一点的电场强度E定义为放于该点的静止试验电荷(体积和电荷量都充分小)所受的力f与其电荷量q的比值,即E=f/q。电场强度是个矢量,其方向为正的试验电荷的受力方向,其大小等于单位试验电荷所受的力。电场强度的单位是伏/米,1伏/米=1牛/库。

电场中空间各点的场强的大小和方向各不相同,形成矢量场。整个电场强度的空间分布描述了电场。空间各点场强大小和方向均相同的电场称为匀强电场或均匀电场。

电场强度遵从场强叠加原理,即空间总的场强E等于各电场单独存在时场强的矢量和

静电场的场强

在无限真空中,静止点电荷Q产生的场强遵从库仑定律,得

式中r为点电荷所在处到场点的矢径,ε0为真空介电常数。静止点电荷的场强方向沿矢径,其大小与矢径值r的二次方成反比。

任何复杂的电荷分布都是点电荷Qi及电荷元dq的集合,根据场强叠加原理,任意电荷集合的场强为

静电场遵从高斯定理和静电场的环路定理,静电场是有源非旋场,可以引入标势(即电位),场强与标势的关系为E=-墷

感应电场的场强

变化磁场产生的电场遵从高斯定理和法拉第感应定律,叫做感应电场。感应电场是无源有旋场,可以引入矢势A,场强与矢势的关系为

匀速运动点电荷的场强

速度为v、电荷量为Q的电荷产生的场强为

,式中с是真空中的光速,α为矢径方向与速度方向之间的夹角。此场强的方向沿矢径,其大小与矢径大小r的二次方成反比。此电场伴随着运动电荷,亦称为运流场。

任意运动点电荷的场强

包括两部分,一部分与电荷的速度有关,方向沿矢径,大小与矢径的二次方成反比,此为运流场;另一部分与电荷的加速度有关,方向垂直于矢径,大小与矢径的一次方成反比,可表示为

式中n为矢径方向的单位矢量,为电荷的加速度。随着电荷的运动,能量不断向外辐射,这部分称为辐射场。