電場線

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引言

我們知道，在引力場中，物體在其周圍產生引力，如果將任何其他物體放置在該區域內，它將受到引力。引力場是由存在的質量產生的，但電場是由電荷和隨時間變化的磁場產生的。

電場

我們將電場定義為電荷周圍的區域或空間，如果我們在該區域內放置另一個電荷，則它將受到一個電力的作用，該電力可以是吸引力或排斥力，具體取決於源電荷和測試電荷的極性。

如果我們在源電荷 Q 的電場區域中的任何一點放置一個測試電荷，則該測試電荷將受到一個力 -

$$\mathrm{\vec{F}=q\vec{E}\:\Rightarrow\:\vec{E}\:=\:\vec{F}/q}$$

這裡，測試電荷非常小，以至於如果存在其他電荷，它不會干擾它們的配置。

正如我們所知，點電荷 Q 產生的電場由下式給出

$$\mathrm{E\:=\:kQq/(qr^{2}) \:\Rightarrow\:E\:=\:kQ/r^{2} }$$

因此，我們可以推斷出電場不依賴於測試電荷的值。由於電場僅取決於距離 r，因此在與電荷 Q 等距的點，電場的大小將相同。

由於電場是向量量，因此如果存在電荷系統，則任何一點的淨電場將是由於點電荷產生的各個電場的向量和。這也被稱為疊加原理。

電場線

為了表示或視覺化電場，引入了電場線的概念。電場線，也稱為電力線，最初是由邁克爾·法拉第提出的。

電場線定義為這樣一條假設的線或曲線，在該曲線上任何一點的切線方向都與該點處的淨電場方向相同。它們沒有物理外觀。由於電場是向量量，並且點電荷產生的電場的大小隨電荷與我們需要求電場的點之間距離的平方成反比變化，因此如果我們使用向量來表示點電荷的電場線，則隨著距離點電荷的距離增加，向量的長度也將減小，或者我們可以說向量的長度與電場強度成正比。

正電荷和負電荷產生的電場線

由於引力僅為吸引力，因此引力線看起來類似於負點電荷產生的場線，而電場線可以朝任何方向，即徑向向外或向內。

由於正電荷，電場線總是徑向遠離電荷，並且由於負電荷，電場線總是徑向指向電荷。

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電場線的性質

• 電場線總是從正電荷開始，終止於負電荷，但是對於單個點電荷，電場線終止於無窮遠。

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• 它們垂直於包含電荷的表面或導體的表面。

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• 電場線的密度表示電場的大小或強度，即在電荷附近，電場線彼此非常靠近，因此電場強度更大，但是隨著我們遠離電荷，電場線分開，即電場強度較小。

• 在無電荷區域，電場線是連續且平滑的。

• 電場線永遠不會形成閉合迴路。

• 如果我們在電場線上畫一條切線，則該切線將指向該點處的淨電場方向。

• 電場線在任何一點都不相交。如果它們在任何一點相交，則在單個點我們將有兩個淨電場，這是不可能的。

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• 從電荷發出或終止於電荷的線數與電荷的大小成正比。

示例

如果電荷 $\mathrm{Q_1}$ 的大小為 +16C，另一個 $\mathrm{Q_2}$ 的大小為 -4C，則從 $\mathrm{Q_1}$ 發出的線數將多於從 $\mathrm{Q_2}$ 發出的線數。

• 電場線永遠不會穿過導體，這意味著導體內部的電場始終為零。

• 在給定區域中，如果電場為零，則電場線不存在。

• 如果電場線是直的，並且彼此等距，或者如果它們是平行的，則電場是均勻的。對於不均勻電場，場線將不是平行的。

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一些電荷配置產生的電場線

• 兩個正電荷或負電荷組合的電場線：對於兩個正電荷的系統，場線顯示了它們之間的排斥力。

• 一個正電荷和一個負電荷組合的電場線

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結論

需要注意的是，如果電場線從電荷均勻發出，則電場與單位面積上的電場線數成正比。電場線是電荷或電荷系統周圍電場的視覺描述。

常見問題

Q1. 電場線的另一個名稱是什麼？

答：電場線也稱為電力線。

Q2. 電場線圖傳達了關於電場的哪些資訊？

答：電場線提供了關於電場強度和方向的資訊。

Q3. 電場的常規方向是什麼？

答：電場線從正電荷開始，終止於負電荷。

Q4. 誰提出了電場線的概念？

答：邁克爾·法拉第提出了電場線的概念。

Q5. 什麼是電場線？

答：電場線是電荷或電荷系統周圍電場的圖形表示。