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静电场—搜狗百科

定义

高中静电场知识概括

由静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的电场。

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=（/,其中、为两电荷的电荷量（不计正负性）、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。

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

[1]

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

的，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（又称电位移）。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

式中仅为面内所有自由电荷，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（体）密度，

电介质的极化强度P与电场强度E有关，而电通量密度又与和有

关，故可得表示电介质的本构方程

D=εE

静电感应

一个带电的物体靠近另一个导体时，导体的电荷分别发生明显的

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。

电位

由于静电场是无旋场,故可用标量电位φ表征静电场（见电位）。

电位与电场强度的关系是

式中点为电位参考点，可选在无穷远处；点为观察点。上式的微

分形式为电场强度等于电位的负梯度，即

E=-墷在ε为常数的区域，

式中墷·墷可记作墷2，在直角坐标中

分别为一阶与二阶微分算符。这样,可得电位所满足的微分方程

称为泊松方程。如果观察点处自由电荷密度为0，则

墷2φ=0

称为拉普拉斯方程。泊松方程和拉普拉斯方程描述了静电场空间

分布的规律性。可以证明，当已知、ε及边界条件时，泊松方程或拉普

拉斯方程的解是惟一的，可以设法求解电位，再求出场中各处的。