電場與電勢的關係

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簡介

本教程將重點介紹物理學中兩個術語的定義，即電場，然後定義名為電勢的術語。本教程將討論所有點上的電荷資訊如何導致高電勢的產生，而在該高電勢處不存在電場。本教程將基於此特定概念，介紹電場和電勢之間的關係。

什麼是電場？

圖 1：電場

在物理學術語中，電場被概念化為一種特殊的電特性，它與兩個帶電點之間的延伸範圍內的每個點都存在關聯關係，其中電荷以任何形式存在（Benea-Chelmus 等人，2019）。

從數學上講，電場的定義是一個向量場，在空間的每個點上，在正檢驗電荷上都會產生一個正的力，這被認為是電場。電場的方向和大小由用字母 E 表示的值表示，該值表示電場強度或強度。

什麼是電勢？

圖 2：電勢

將單位電荷從參考點移動到特定點克服電場所需的總功稱為電勢。更準確地說，電勢是指為了獲得一個儘可能小的檢驗電荷而移動每單位電荷所需的能量，從而可以忽略空間擾動（Fontanes 等人，2022）。基於此概念，推匯出的公式為 **V = kq/r**，

其中 V 表示電勢，而 k 是庫侖常數。分離距離和電荷分別用字母 r 和 q 表示。

電子場的方向

電場的方向是根據電勢和電場的概念化，遵循兩個一般概念確定的。已經說明，如果場的方向被識別為從低電勢到高電勢，則可以取正方向（Han 等人，2020）。控制電場指定方向的第二個方面是，如果記錄到場的方向是從高電勢到低電勢，則方向取負值。

電場和電勢：關係

圖 3：電場和電勢之間的關係

通常，已知電場被認為是由放置在其周圍環境附近的電荷產生的力。在此特定空間內，為了將單位正電荷從初始點移動到該特定空間的任何特定點而需要完成的功稱為電勢（Electricaltechnology，2021）。

這種核心關係存在於物理學的這兩個不同概念之間。為了使這一點更容易理解，需要考慮在兩個緊密間隔的等勢面 A 和 B 內。

根據圖，電勢值為 (V + δV) 和 V。電荷為 δV，電場方向由 V 表示。

基於這些評估，得到的公式為 **|E| δl = V – (V + δV) = – δV**。

基於電場梯度的檢驗電荷識別

在這種情況下，如果電場梯度朝向檢驗電荷增加，則識別的檢驗電荷將為正。另一方面，如果情況相反，即電場梯度的移動較低且遠離檢驗電荷，則電荷將為負電荷（Fontanes 等人，2022）。

矛盾的是，在某些情況下，可以觀察到電勢與電場線成直角放置，並且將發現識別的檢驗電荷位於等勢面所在的位置。

結論

本教程重點討論了兩個概念的定義，即電場和電勢。基於此概念，本教程進行了討論，以解釋物理學的這兩個方面之間存在何種關係。

已經說明，這兩個概念共享兩種關係紐帶，其中一個指出電場的方向將指向電子勢下降最陡峭的地方。第二個指出，電勢大小的變化導致電場大小的變化。

常見問題

Q1. 電勢差是什麼？

電勢差通常稱為電壓，可以透過在電場中將電荷從一個位置移動到另一個位置所需的外部功來定義。

Q2. 電場和磁場有什麼區別？

這兩個術語之間的主要區別在於，電場負責在周圍環境中產生電荷，而磁場負責在運動的磁體周圍產生電荷。

Q3. 電場的公式是什麼？

電場被描述為與存在電荷的任何形式的擴充套件範圍內的每個點相關的電特性。為了將此概念表示為等效於單位電荷的電力，建立的公式為 E = F /Q。

Q4. 電勢梯度和電場之間有什麼關係？

這兩個屬性之間共享的核心關係指出，電勢梯度的負值等於電場強度。

參考文獻

期刊

Benea-Chelmus，I. C.，Settembrini，F. F.，Scalari，G. 和 Faist，J.（2019）。電磁真空狀態的電場相關測量。自然，568（7751），202-206。檢索自：https://arxiv.org/pdf/1809.01785

Fontanes，P.，Montanyà，J.，Arcanjo，M.，Urbani，M.，Asensio，C. 和 Guerra-Garcia，C.（2022）。關於地球大氣電勢對風力渦輪機感應電流的研究：使用無人機的實驗。IEEE Access，10，21277-21290。檢索自：https://ieeexplore.ieee.org

Han，Y.，Nickle，C.，Zhang，Z.，Astier，H. P.，Duffin，T. J.，Qi，D.，... 和 Nijhuis，C. A.（2020）。隧道結中電場驅動的雙功能分子開關。自然材料，19（8），843-848。檢索自：https://par.nsf.gov/servlets/purl/10223636

網站

Electrical4u.com，（2020）。電勢。檢索自：https://www.electrical4u.com/electric-potential/ [檢索於 2022 年 6 月 11 日]

Electricaltechnology.org，（2021）。電氣技術。檢索自：https://www.electricaltechnology.org/2021/02/difference-between-electric-field-magnetic-field.html [檢索於 2022 年 6 月 11 日]