电场是什么,为什么电荷在电场中会有自发的运动呢?电场是人们看不见摸不着的一种特殊的媒介物质,说得通俗一点,它就好比一个人,人能推着东西向前运动,这说明人对物体即变现出了力的作用,同时也表现出了做功的效果。电荷在电场中,不需要施加外来的力,电荷就能在电场中运动,这说明了电场对电荷有力的作用和做功的效果,说明了电场跟人一样是真实存在的。
根据库伦定律可知,真空中的两个点电荷A和B之间的作用力F=KQq/r²可知,点电荷A在真空中产生的电场对点电荷B的作用力大小F=KQq/r²,同样点电荷B在真空中产生的电场对点电荷A的作用力也为F=KQq/r²,它们是一对作用力与反作用力的关系。那么,点电荷产生的电场作用力跟什么有关呢?
在进一步的研究中,人们引入了一个试探电荷,即在点电荷产生的电场力,用一个试探电荷去测试它在电场中的受力情况。要想一个电荷成为试探电荷,那么这个电荷就必须满足体积足够小,所带的电荷量也足够小等特征,以此来精确的研究电场的相关属性。
在真空中有一个电荷量为+Q的点电荷,这时将一个+q的试探电荷从最远处去逐渐的接近电荷Q,这时你会发现电荷q所受到的电场力会越来越大,这时,不改变q在电场中的位置,只改变q的电荷量,Q与q之间的电场力虽然增大了,但是电场力与电荷量q的比值不随电荷量的增大而发生变化,这是为什么呢?
人们为了搞懂这个问题,于是引入了场强这个概率,将此现象进行通俗化。即放入电场中某点的电荷所受到的电场力F与跟它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强,符号E,表达式E=F/q,单位牛/库伦—N/C,国际单位中电场强度的单位是伏特/米,V/M(后面再讲电场强度的单位为什么是伏特/米)。
但是,电场强度跟电荷量的大小无关,它是电场中某点的场强,是电场的固有属性,同时也跟电荷在电场中受到的力无关。但是,根据电场强度的定义式F/q可知,力F是一个既有大小又有方向的矢量,而电荷量是一个标量,所以,一个矢量与一个标量的比值必然为适量,故而场强也是一个矢量(物理学中有很多这样类似的推导)。那么,在电场中场强的方向如何呢?
由于场强同样是人们看不见摸不着的物质,故而人们规定,电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受到的电场力的方向相同,跟负电荷在该点所受到的电场力的方向相反。既然场强有方向,既然它是矢量,那么它就一定满足矢量三角形定则或矢量平行四边形法则。
即在很多电荷的情况下,某点的电场强度就是这几个电荷产生的场强的叠加矢量值,这个现象跟宏观物体受到的合力效果是一样的,而电场强度表现出来的这个现象就叫做电场强度的叠加原理。
场强的矢量性