電場的物理意義

---

簡介

電場是一種優雅的方法，有助於表徵特定電荷系統內的電環境。這裡，在電物理學中應用時，用E、F和Q定義單位力。它通常描述圍繞電荷形成的環境。它可以在空間的不同點定義，通常指定義空間每個點的量。

什麼是電場？

電場是電物理學中用E表示的試驗電荷的獨立系統屬性。它是表徵存在特定電荷系統的電環境的一種優雅方法。電場是空間中的一點，表示在空間的某一點經過一定時間後可以感受到的正電荷的單位力。

圖1：電場

電場是指定義空間不同點的量，通常從一點到另一點變化（Electricaltechnology，2022）。它作為場內帶電粒子周圍的物理場出現。電場可以在某個空間中以吸引態或排斥態出現。它還有助於分析空間中任何一點的單位電荷內的力 (Namboodiri, 2018)。

電場公式

電場通常是由空間內的電荷產生的，這些電荷形成在帶電力的元件周圍。它存在於幾乎所有空間點，可以透過將其他電荷帶入電場來觀察到。電場通常用E、F和Q表示。這裡，E表示電場，F表示電力，Q是電場周圍的試驗電荷 (Benea-Chelmus et al. 2019)。因此，電場的通用公式為E = F/Q。類似地，當電荷彼此遠離時，電場的數值也變為0。電場是一個向量量，其方向與電荷方向相同或相反。

例如，F 等於 $k\rvert q1q2\rvert/r2$ (Openstax.org, 2022)。它表明，由於q2在代入後用試驗電荷定義，它成為F，$E=[K\rvert q_{1}\rvert]/r^{2}$

電荷的定義

電荷是物質的一種屬性，它可以相互吸引或排斥。根據物質之間吸引或排斥的能力，電荷可以是正電荷或負電荷。物質之間的相反電荷可以根據其排斥能力是正負、正正或負負。

圖2：正電荷

正電荷包含比電子更多的質子，同時包含正電荷和負電荷。當物體包含更多質子時，可以將其識別為帶正電的物體。就正電荷而言，場線朝外方向延伸 (Khan et al. 2018)。例如，如果用絲綢摩擦玻璃，它就會帶正電，因為玻璃中的質子比電子多。

圖3：負電荷

負電荷在充電時包含比質子更多的電子。當物體的電子數量比質子數量多時，可以將其定義為帶負電的物體 (Sciencefacts.net, 2022)。就負電荷而言，電場的場線朝內方向延伸。例如，如果用絲綢摩擦玻璃，絲綢就會帶負電，因為在充電時，它比質子有更多的電子。

庫侖定律

根據庫侖定律，電荷相互排斥或吸引，因為它們彼此施加力。這裡，不同電點之間的力理想情況下帶電並集中在空間的特定點。該定律指出力的幅度或強度彼此成正比。

圖4：庫侖定律

庫侖的實驗基於平方反比定律，涉及兩個不同質量之間的力，它們成反比。庫侖第一定律指出，正電荷相互排斥，而負電荷相互吸引 (Electricaltechnology.org, 2022)。第二定律說，在兩個帶電體（此處為Q₁和Q₂）之間，當正確施加電力 (F) 時，共同關係彼此成正比。

電場的物理意義

靜態條件下

在靜態條件下，圍繞電荷系統周圍的電環境由電場來表徵。在每個點上，表徵可以從一個點到另一個點變化 (Namboodiri, 2018)。

非靜態電磁條件下

在這種情況下，電磁波是由加速運動產生的，同時以一定速度傳播，並對其他電荷施加一定力。這裡，電場和磁場與能量的傳輸有關。從本質上講，在這種情況下，電荷之間的相互作用表現為電磁的。電場和磁場都被視為物理實體，因為它們都可以透過它們的力來檢測 (Khan et al. 2018)。簡而言之，電場的物理意義會根據不同的情況而變化。

結論

電場內始終存在一定量的力。由於力是向量，並且與電場有著密切的聯絡，因此電場也可以定義為與力方向相同的向量場。簡而言之，電場是電荷的獨立系統，它方便地描述了電荷周圍的電環境。此外，當傳播並施加一定力時，表徵可以從一個點到另一個點變化。

常見問題

Q1. 是否可以在沒有帶電粒子存在的情況下產生電場？

是的，可以在沒有帶電粒子的情況下產生電磁場。它可以涉及麥克斯韋方程的所謂真空解，以評估非平凡解。

Q2. 電場線的吸引力和排斥力是什麼？

就吸引而言，電場線從正電荷指向負電荷。與吸引不同，就排斥而言，場線從負電荷指向正電荷。

Q3. 電場的一些例子是什麼？

當電燈透過電連線連線到電源時，會產生電場。另一個例子是天線傳輸無線電或電視訊號。這裡，在傳輸訊號時，天線周圍會形成電場。

Q4. 測量電場的 SI 單位是什麼？

電場用伏特每米 (V/m) 的 SI 單位測量。此外，牛頓和庫侖也用於測量電場內的電荷單位。

參考文獻

書籍

Namboodiri, C. K. (2018). Development of a glossary for the technical terms of the NCERT Physics text books at senior secondary level. Retrieved from: http://ir.riemysore.ac.in:8080/jspui/bitstream/123456789/122/1/Development%20of%20a%20glossary%20for%20the%20technical%20terms%20of%20the%20NCERT%20Physics%20text%20books%20at%20senior%20secondary%20level-2018.pdf

期刊

Benea-Chelmus, I. C., Settembrini, F. F., Scalari, G., & Faist, J. (2019). Electric field correlation measurements on the electromagnetic vacuum state. Nature, 568(7751), 202-206. Retrieved from: https://arxiv.org/pdf/1809.01785

Khan, H., Haneef, M., Shah, Z., Islam, S., Khan, W., & Muhammad, S. (2018). The combined magneto hydrodynamic and electric field effect on an unsteady Maxwell nanofluid flow over a stretching surface under the influence of variable heat and thermal radiation. Applied Sciences, 8(2), 160. Retrieved from: https://www.mdpi.com/2076-3417/8/2/160/pdf

網站

Sciencefacts.net, (2022). Positive and Negative charge. Retrieved from: https://www.sciencefacts.net/electric-field.html [檢索於2022年6月2日]

Electricaltechnology.org, (2022).Electric field. Retrieved from: https://www.electricaltechnology.org/2021/02/difference-between-electric-field-magnetic-field.html [檢索於2022年6月2日]

Openstax.org, (2022). Formula of Electric field. Retrieved from: https://openstax.org. [檢索於2022年6月2日]