在物理学中,电场强度和电势是描述电场性质的重要物理量。对于不同的带电体,其电场分布和电势表达形式各有特点。下面将介绍几种典型的带电体及其对应的场强和电势公式。
一、点电荷
点电荷是最基本的带电体模型。设点电荷电量为q,距离r处的电场强度E和电势V分别为:
E = k |q| / r²
V = k q / r
其中k为静电力常数。
二、均匀带电球面
当一个球面均匀带电时,其内部电场强度为零,而外部电场强度与点电荷类似,电势则保持不变直至球面边界。具体公式如下:
内部:
E_int = 0
V_int = k Q / R (R为球面半径)
外部:
E_ext = k Q / r²
V_ext = k Q / R
三、无限长直线电荷
对于无限长且均匀带电的直线电荷,其周围空间的电场强度方向垂直于直线,大小随距离呈反比关系;电势则沿任意路径积分得到。相关公式为:
E = λ / (2πε₀r)
V = -λ ln(r) / (2πε₀) + C
这里λ表示线电荷密度,ε₀为空间介电常数。
四、无限大平面电荷
当电荷分布在无限大的平面上,并且该平面两侧具有相同电荷密度σ时,平面两侧形成均匀电场。此时电场强度恒定,而电势则沿着法向方向变化。对应的公式为:
E = σ / (2ε₀)
V = σd / (2ε₀)
其中d代表测量点到平面的距离。
以上就是几种常见带电体模型下场强和电势的基本表达式。理解这些公式有助于我们更好地掌握静电学原理,并应用于实际问题解决之中。