电场

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[外文]：electric field

电荷或变化磁场周围空间里存在的一种特殊形态的物质，其基本特性是静止电荷置于电场中将受到作用力。置于电场中某点的一个试验电荷（体积和电荷量都充分小）不会改变原来的电荷分布，它所受的力与它的电荷量的比值是一个与试验电荷无关而仅取决于电场该点性质的量，这个比值描述了电场该点的性质，称为电场强度。电场强度是个矢量，电场是个矢量场，电场可以用电力线形象地图示。

静止电荷产生的电场叫做静电场，又叫做库仑场。

根据库仑定律，孤立点电荷Q，在无限真空中产生的静电场场强，式中ε_o=8.85418782×10^-12F/m为真空介电常数，r为点电荷Q 指向场点的矢径。由此式可以看出孤立点电荷的静电场场强具有球对称性，对距离的二次方反比性和对电荷的线性。

静电场遵从场强叠加原理，即任意带电体产生的总电场等于组成带电体的各个电荷单独存在时在该点的电场强度的矢量和。由此根据点电荷的场强和场强叠加原理可计算任意已知电荷分布的带电体产生的场强。

根据点电荷的场强和场强叠加原理可得出静电场普遍遵从的两个基本定理。

（1）高斯定理。通过任意闭合面场强的面积分等于此闭合曲面包围电荷代数和除以ε₀

，

其微分形式为

，

式中 ρ为电荷密度。高斯定理表明:静电场是有源场、电荷是电场的源。

（2）环路定理。沿任意闭合曲线场强的线积分恒为零

，

其微分形式为

墷×E＝0 。

这表明静电场是非旋场，可引入标势（电位）嗞

E＝-墷嗞，

将E=-墷嗞代入高斯定理得出静电场电位满足的泊松方程

，

它是计算静电场的基本公式。

电介质存在时，在电场的作用下，电介质被极化，出现极化电荷，空间的静电场由自由电荷和极化电荷共同决定。介质存在时的静电场仍遵从高斯定理和环路定理。

静电场的电力线是以正电荷为源、负电荷为汇的非闭合曲线族。

实际中常选择适当的带电导体，控制空间电场的一定分布，用以加速带电粒子或使带电粒子聚焦，达到控制带电粒子运动的目的，在各种电子器件中应用广泛。

随时间变化的磁场产生的电场叫做感应电场，它遵从高斯定理和法拉第电磁感应定律

这表明时变磁场产生的电场是无源有旋场，因此感应电场又叫做涡旋电场。感应电场的电力线是一些无源的闭合曲线组成的曲线族。涡旋电场需引入矢势A描述

。

普遍情形的电场为静电场和感应电场的叠加。普遍情形的电场与磁场相互紧密地连系在一起，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，电场和磁场是电磁场统一体中相互依存、相互制约的两个方面，它们遵从麦克斯韦方程组。普遍情形的电磁场可用标势 嗞和矢势A描述

。随着时间的推移，电场和磁场以波的形式在空间传播。

在狭义相对论中电场和磁场组成统一的电磁场表现得特别明显。不同的惯性系观察到的电场和磁场各不相同，它们之间的变换在洛伦兹变换下是协变的。