电场与电势的关系

---

简介

本教程将重点介绍物理学中两个术语的定义，即电场，然后定义名为电势的术语。本教程将讨论所有点上的电荷信息如何导致高电势的产生，而在该高电势处不存在电场。本教程将基于此特定概念，介绍电场和电势之间的关系。

什么是电场？

图 1：电场

在物理学术语中，电场被概念化为一种特殊的电特性，它与两个带电点之间的延伸范围内的每个点都存在关联关系，其中电荷以任何形式存在（Benea-Chelmus 等人，2019）。

从数学上讲，电场的定义是一个矢量场，在空间的每个点上，在正检验电荷上都会产生一个正的力，这被认为是电场。电场的方向和大小由用字母 E 表示的值表示，该值表示电场强度或强度。

什么是电势？

图 2：电势

将单位电荷从参考点移动到特定点克服电场所需的总功称为电势。更准确地说，电势是指为了获得一个尽可能小的检验电荷而移动每单位电荷所需的能量，从而可以忽略空间扰动（Fontanes 等人，2022）。基于此概念，推导出的公式为 **V = kq/r**，

其中 V 表示电势，而 k 是库仑常数。分离距离和电荷分别用字母 r 和 q 表示。

电子场的方向

电场的方向是根据电势和电场的概念化，遵循两个一般概念确定的。已经说明，如果场的方向被识别为从低电势到高电势，则可以取正方向（Han 等人，2020）。控制电场指定方向的第二个方面是，如果记录到场的方向是从高电势到低电势，则方向取负值。

电场和电势：关系

图 3：电场和电势之间的关系

通常，已知电场被认为是由放置在其周围环境附近的电荷产生的力。在此特定空间内，为了将单位正电荷从初始点移动到该特定空间的任何特定点而需要完成的功称为电势（Electricaltechnology，2021）。

这种核心关系存在于物理学的这两个不同概念之间。为了使这一点更容易理解，需要考虑在两个紧密间隔的等势面 A 和 B 内。

根据图，电势值为 (V + δV) 和 V。电荷为 δV，电场方向由 V 表示。

基于这些评估，得到的公式为 **|E| δl = V – (V + δV) = – δV**。

基于电场梯度的检验电荷识别

在这种情况下，如果电场梯度朝向检验电荷增加，则识别的检验电荷将为正。另一方面，如果情况相反，即电场梯度的移动较低且远离检验电荷，则电荷将为负电荷（Fontanes 等人，2022）。

矛盾的是，在某些情况下，可以观察到电势与电场线成直角放置，并且将发现识别的检验电荷位于等势面所在的位置。

结论

本教程重点讨论了两个概念的定义，即电场和电势。基于此概念，本教程进行了讨论，以解释物理学的这两个方面之间存在何种关系。

已经说明，这两个概念共享两种关系纽带，其中一个指出电场的方向将指向电子势下降最陡峭的地方。第二个指出，电势大小的变化导致电场大小的变化。

常见问题

Q1. 电势差是什么？

电势差通常称为电压，可以通过在电场中将电荷从一个位置移动到另一个位置所需的外部功来定义。

Q2. 电场和磁场有什么区别？

这两个术语之间的主要区别在于，电场负责在周围环境中产生电荷，而磁场负责在运动的磁体周围产生电荷。

Q3. 电场的公式是什么？

电场被描述为与存在电荷的任何形式的扩展范围内的每个点相关的电特性。为了将此概念表示为等效于单位电荷的电力，建立的公式为 E = F /Q。

Q4. 电势梯度和电场之间有什么关系？

这两个属性之间共享的核心关系指出，电势梯度的负值等于电场强度。

参考文献

期刊

Benea-Chelmus，I. C.，Settembrini，F. F.，Scalari，G. 和 Faist，J.（2019）。电磁真空状态的电场相关测量。自然，568（7751），202-206。检索自：https://arxiv.org/pdf/1809.01785

Fontanes，P.，Montanyà，J.，Arcanjo，M.，Urbani，M.，Asensio，C. 和 Guerra-Garcia，C.（2022）。关于地球大气电势对风力涡轮机感应电流的研究：使用无人机的实验。IEEE Access，10，21277-21290。检索自：https://ieeexplore.ieee.org

Han，Y.，Nickle，C.，Zhang，Z.，Astier，H. P.，Duffin，T. J.，Qi，D.，... 和 Nijhuis，C. A.（2020）。隧道结中电场驱动的双功能分子开关。自然材料，19（8），843-848。检索自：https://par.nsf.gov/servlets/purl/10223636

网站

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

Electricaltechnology.org，（2021）。电气技术。检索自：https://www.electricaltechnology.org/2021/02/difference-between-electric-field-magnetic-field.html [检索于 2022 年 6 月 11 日]