IC先生网：详解电场强度公式和计算方法

众所周知，所有材料都是由原子组成，原子包含电子、质子和中子等亚原子粒子。这些亚原子粒子也称为带电粒子。电子带负电荷，而质子带正电荷。

如果一个原子包含的电子数量多于质子数量，则该原子被称为带负电。然而，如果一个原子包含的质子数量多于电子数量，则该原子被称为带正电。每个电荷都有一个与之相关的电场。电荷的特性之一是电场强度。

什么是电场强度？

定义：电荷由原子的亚原子粒子（例如电子和光子）携带。电子的电荷约为1.602×10 -19库仑。每个带电粒子在其周围都会产生一个空间，在其中可以感受到其电力的影响。带电粒子周围的空间称为“电场”。每当将单元测试电荷放置在该电场中时，它都会受到源粒子发出的力。单位带电粒子置于电场中时所受到的力的大小称为电场强度。

电场强度是一个矢量。它既有大小又有方向。受到源电荷电场影响的测试电荷即使处于静止位置也会受到力。电场强度与测试带电粒子的质量和速度无关。它仅取决于测试带电粒子上存在的电荷量。测试电荷可以是带正电的粒子或带负电的粒子。

电场的方向由测试带电粒子上的电荷决定。为了推导电场强度的方向，测试电荷被认为是正电荷。因此，当将带正电的测试带电粒子引入该电场时，它将受到排斥力。因此，电场强度将指向远离电荷的方向。而对于带负电的测试电荷，电场强度的方向将朝向源带电粒子。

电场强度公式

让我们考虑带电荷“Q”的带电粒子。这种带电粒子在其周围产生电场。由于该带电粒子是电场源，因此被称为源电荷。源电荷产生的电场强度可以通过将另一个电荷置于其电场中来计算。这种用于测量电场强度的外部带电粒子称为测试电荷。令测试电荷上的电荷为“q”。

当测试电荷被放置在电场中时，它将受到吸引电力或排斥电源。让力用“F”表示。现在，电场强度的大小可以定义为“测试电荷上每个电荷的力”。因此，电场强度“E”给出为：

E = F/q——方程①

在这里，考虑测试带电粒子上的电荷而不是源带电粒子上的电荷。当考虑国际单位制时，电场强度的单位是牛顿每库仑。电场强度与测试带电粒子上的电荷量无关。无论测试带电粒子的电荷如何，在源电荷周围测量的结果都是相同的。

库仑定律

电场强度也称为电场强度。电场强度的公式也可以从库仑定律推导出来。该定律给出了粒子的电荷与它们之间的距离之间的关系。这里，两个电荷是“q”和“Q”。因此，电力“F”给出为：

F=k.q.Q/d²

其中 k 是比例常数，d 是电荷之间的距离。当这个方程代替方程1中的力时，电场强度的公式可得出：

E= k. Q/d²

上式表明，电场强度取决于两个因素：源电荷“Q”上的电荷以及源电荷与测试电荷之间的距离。

因此，电荷的电场强度是位置相关的。它与源电荷和测试电荷之间的距离的平方成反比。随着距离的增加，电场强度的大小或电场强度减小。

电场强度的计算

由电场强度公式可得：

• 它与源电荷和测试电荷之间的距离成反比。
• 与源电荷上的电荷“Q”成正比。
• 不依赖于测试电荷“q”上的电荷。

当这些条件应用于平方反比定律时，距离d1处的电场强度 (E1) 与距离 (d2) 处的电场强度 (E2) 之间的关系如下：

E1/E2 = d²1/d²2

因此，当距离增加2倍时，电场强度将减少4倍。

当电场为5.6×10-15 N时，计算作用在电荷为-1.6×10-19 C的粒子上的电场强度。

这里给出了力F和电荷“q”。然后计算电场强度E：E = F/q

因此，E = 5.6×10^-15 / -1.6×10^-19=-3.5×10^4 N/C

单位为kg.m/s²的力（牛顿）的量纲公式为 MLT^-2。安培-秒的库仑量纲公式为AT。因此，电场强度的量纲公式为MLT^-3A^

-1。

常见问题解答

电场是如何定义的？

电场定义为每单位电荷的力。

比例常数“k”的值是多少？

库仑定律中的比例常数“k”的值为9.0×10^9N·m^2/C^2。

电场强度是否取决于测试电荷上的电荷量？

不，电场强度不取决于数量“q”。根据库仑定律，随着电荷的增加，电力也会以相同的倍数增加。因此，这两个变化相互抵消。这可以通过电场强度的公式E = F/q来理解。

当使用带正电的测试粒子时，电场强度的方向是什么？

当使用带正电的粒子时，电场强度矢量将始终远离带正电的物体。因为源电荷和测试电荷都是正电荷，所以它们相互排斥。对于带负电的粒子来说，反之亦然。

因此，当点电荷受到许多源电荷的影响时，事情就会变得困难。这里，首先计算各个源电荷的电场强度。然后，所有这些强度的矢量和给出了该点电荷处的合成场强。