关于静电场的探讨

关于静电场的探讨

闫华顺

（身份证号码：51390120000121xxxx）

摘要：静电场是由静止电荷（相对于观察者静止的电荷）激发的电场。指的是观察者与电荷相对静止时所观察到的电场。它是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，其基本特征是对置于其中的静止电荷有力的作用。

关键词：静电场；静电感应；场中介质

一、引言

静电场是保守力场，即在静电场中经过不同的路径将点电荷从一处移到另一处时静电场力对电荷所做的功是完全一样的。静电场的这一性质类似于大家非常熟悉的重力场，在带电体系的电荷分布在有限空间的情况下，可以取无限远处的电势为零，这样静电场中各处的电势就有了确定的值。

二、静电场的性质

根据静电场的高斯定理：静电场的电场线起于正电荷或无穷远，终止于负电荷或无穷远，故静电场是有源场。从安培环路定理来说它是一个无旋场．根据环量定理，静电场中环量恒等于零，表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场力所做的功都为零，因此静电场是保守场。

根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，即F=（k•q1q2）/r2；，其中q1、q2为两电荷的电荷量、k为静电力常量，约为9.0e+09（牛顿•米2）/（库伦2；），r为两电荷中心点连线的距离。注意，点电荷是不考虑其尺寸、形状和电荷分布情况的带电体。是实际带电体的理想化模型。当带电体的距离比它们的大小大得多时，带电体的形状和大小可以忽略不计的点电荷。

三、静电场的静电感应

一个带电的物体靠近另一个导体时，两个导体的电荷分布发生明显的变化，物理学中把这种现象叫做静电感应。如果电场中存在导体，在电场力的作用下出现静电感应现象，使原来中和的正、负电荷分离，出现在导体表面上。这些电荷称为感应电荷。总的电场是感应电荷与自由电荷共同作用结果。达到平衡时，导体内部的场强处处为零，导体是一个等势体，导体表面是等势面，感应电荷都分布在导体外表面，导体表面的电场方向处处与导体表面垂直。静电感应现象有一些应用，但也可能造成危害。

四、静电场的场中介质

电场中的绝缘介质又称为电介质。由于电场力的作用在原子尺度上出现了等效的束缚电荷。这种现象称为电介质的极化。对一种绝缘材料，当电场强度超过某一数值时，束缚电荷被迫流动造成介质击穿而失去其绝缘性能。因此静电场的大小对电工器件的设计及材料选择十分重要。有介质时的静电场是由束缚电荷及自由电荷共同产生，为了表示这二者共同作用下的电场，可以引入另一个场矢量电通量密度D。它定义为

式中P为电介质的极化强度，则可得高斯通量定理

式中q仅为S面内所有自由电荷，而不包括电介质的束缚电荷。高斯通量定理的微分形式为电位移的散度等于该点自由电荷密度ρ，电介质的极化强度P与电场强度E有关，而电通量密度又与P和E有关，故可得表示电介质的本构方程D=εE

五、库仑定律

（1）内容：在真空中静止的两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在他们的连线上。

（2）公式：（式中，，叫静电力常量）适用条件：真空中的点电荷。

（3）点电荷：如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状对相互作用力的影响可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。

六、电场强度

6.1电场

（1）定义：存在于电荷周围、能传递电荷间相互作用的一种特殊物质。

（2）基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。

6.2电场强度

（1）定义：放入电场中的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。

（2）单位：N/C或V/m。

（3）电场强度的三种表达方式的比较

（4）方向：规定正电荷在电场中受到的电场力的方向为该点电场强度的方向，或与负电荷在电场中受到的电场力的方向相反。

（5）叠加性：多个电荷在电场中某点的电场强度为各个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这种关系叫做电场强度的叠加，电场强度的叠加尊从平行四边形定则。

七、电场线、匀强电场

1、电场线：为了形象直观描述电场的强弱和方向，在电场中画出一系列的曲线，曲线上的各点的切线方向代表该点的电场强度的方向，曲线的疏密程度表示场强的大小。

2、电场线的特点

⑴电场线是为了直观形象的描述电场而假想的、实际是不存在的理想化模型。

⑵始于正电荷或无穷远，终于无穷远或负电荷，静电场的电场线是不闭合曲线。

⑶任意两条电场线不相交。

⑷电场线的疏密表示电场的强弱，某点的切线方向表示该点的场强方向，它不表示电荷在电场中的运动轨迹。⑸沿着电场线的方向电势降低；电场线从高等势面垂直指向低等势面。

3、匀强电场

⑴定义：场强方向处处相同，场强大小处处相等的区域称之为匀强电场。

⑵特点：匀强电场中的电场线是等距的并行线。平行正对的两金属板带等量异种电荷后，在两板之间除边缘外的电场就是匀强电场。

八、电势能

1、定义：电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这一点移动到电势能为零处静电力所做的功。

2、单位：焦耳（J），电子伏（eV）是能量的单位，1eV＝1。60×10J。

3、矢标性：是标量，但有正负，电势能的正负表示该点电势能比零电势能点高还是低。

4、电场力做功与电势能变化的关系

⑴静电力对电荷做正功电势能就减小，静电力对电荷做负功电势能就增加。

⑵静电力对电荷做功等于电荷电势能的变化量，所以静电力的功是电荷电势能变化的量度。用PE表示电势能，则将电荷从A点移到B点，有

5、关系式：

九、等势面

1、定义：电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。

2、等势面的特点

⑴等势面一定跟电场线垂直

⑵电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面

⑶任意两等势面都不会相交

⑷电荷在同一等势面上移动时，电场力做功为零

⑸电场强度较大的地方，等差等势面较密。

十、电势差

1、定义：电场中两点间电势的差值。AB两点的电势差，实际上是电荷在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与该电荷电荷量的比值。

2、定义式：

3、单位：伏特（1V=1J/C）

4、矢标性：是标量，但有正负，正负代表电势的高低

十一、匀强电场中电势差和电场强度的关系

1、匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为：

2、说明

⑴

只适用于匀强电场的计算

⑵式中的d的含义是某两点沿电场线方向上的距离，或两点所在等势面间距。由此可知：电场强度的方向是电势降落最快的方向。

结束语

静电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，是物质的一种形态，只要有电荷就有电场这种物质，它的存在是通过对放入电场中的电荷受电场力的作用表现出来。不管电场中是否放入电荷，但电场这种物质都客观存在。电场的基本特性是对放入电场的电荷有电场力的作用。因此，本文就静电场展开探讨，学习了关于静电场的有关知识。

参考文献：

[1]李钟.静电场的性质与规律[J].岩土工程界，2011.

[2]高大钊，陈汉忠.静电场基本知识汇总[M].2010