电场线

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引言

我们知道，在引力场中，物体在其周围产生引力，如果将任何其他物体放置在该区域内，它将受到引力。引力场是由存在的质量产生的，但电场是由电荷和随时间变化的磁场产生的。

电场

我们将电场定义为电荷周围的区域或空间，如果我们在该区域内放置另一个电荷，则它将受到一个电力的作用，该电力可以是吸引力或排斥力，具体取决于源电荷和测试电荷的极性。

如果我们在源电荷 Q 的电场区域中的任何一点放置一个测试电荷，则该测试电荷将受到一个力 -

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

这里，测试电荷非常小，以至于如果存在其他电荷，它不会干扰它们的配置。

正如我们所知，点电荷 Q 产生的电场由下式给出

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

因此，我们可以推断出电场不依赖于测试电荷的值。由于电场仅取决于距离 r，因此在与电荷 Q 等距的点，电场的大小将相同。

由于电场是矢量量，因此如果存在电荷系统，则任何一点的净电场将是由于点电荷产生的各个电场的矢量和。这也被称为叠加原理。

电场线

为了表示或可视化电场，引入了电场线的概念。电场线，也称为电力线，最初是由迈克尔·法拉第提出的。

电场线定义为这样一条假设的线或曲线，在该曲线上任何一点的切线方向都与该点处的净电场方向相同。它们没有物理外观。由于电场是矢量量，并且点电荷产生的电场的大小随电荷与我们需要求电场的点之间距离的平方成反比变化，因此如果我们使用矢量来表示点电荷的电场线，则随着距离点电荷的距离增加，矢量的长度也将减小，或者我们可以说矢量的长度与电场强度成正比。

正电荷和负电荷产生的电场线

由于引力仅为吸引力，因此引力线看起来类似于负点电荷产生的场线，而电场线可以朝任何方向，即径向向外或向内。

由于正电荷，电场线总是径向远离电荷，并且由于负电荷，电场线总是径向指向电荷。

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电场线的性质

• 电场线总是从正电荷开始，终止于负电荷，但是对于单个点电荷，电场线终止于无穷远。

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• 它们垂直于包含电荷的表面或导体的表面。

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• 电场线的密度表示电场的大小或强度，即在电荷附近，电场线彼此非常靠近，因此电场强度更大，但是随着我们远离电荷，电场线分开，即电场强度较小。

• 在无电荷区域，电场线是连续且平滑的。

• 电场线永远不会形成闭合回路。

• 如果我们在电场线上画一条切线，则该切线将指向该点处的净电场方向。

• 电场线在任何一点都不相交。如果它们在任何一点相交，则在单个点我们将有两个净电场，这是不可能的。

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• 从电荷发出或终止于电荷的线数与电荷的大小成正比。

示例

如果电荷 $\mathrm{Q_1}$ 的大小为 +16C，另一个 $\mathrm{Q_2}$ 的大小为 -4C，则从 $\mathrm{Q_1}$ 发出的线数将多于从 $\mathrm{Q_2}$ 发出的线数。

• 电场线永远不会穿过导体，这意味着导体内部的电场始终为零。

• 在给定区域中，如果电场为零，则电场线不存在。

• 如果电场线是直的，并且彼此等距，或者如果它们是平行的，则电场是均匀的。对于不均匀电场，场线将不是平行的。

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一些电荷配置产生的电场线

• 两个正电荷或负电荷组合的电场线：对于两个正电荷的系统，场线显示了它们之间的排斥力。

• 一个正电荷和一个负电荷组合的电场线

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结论

需要注意的是，如果电场线从电荷均匀发出，则电场与单位面积上的电场线数成正比。电场线是电荷或电荷系统周围电场的视觉描述。

常见问题

Q1. 电场线的另一个名称是什么？

答：电场线也称为电力线。

Q2. 电场线图传达了关于电场的哪些信息？

答：电场线提供了关于电场强度和方向的信息。

Q3. 电场的常规方向是什么？

答：电场线从正电荷开始，终止于负电荷。

Q4. 谁提出了电场线的概念？

答：迈克尔·法拉第提出了电场线的概念。

Q5. 什么是电场线？

答：电场线是电荷或电荷系统周围电场的图形表示。