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场强与电压的关系公式

来源 :华课网校 2024-06-20 06:19:40

电场场强和电势差是电学中的两个基本物理量,它们之间有一个非常重要的关系,那就是场强与电势差之间存在线性关系。在电学中,我们通常用以下公式来描述场强与电势差之间的关系:

E = -ΔV/d

其中,E表示电场场强,ΔV表示电势差,d表示电场线方向上的两点间距离。

这个公式的意义是,电场场强的大小与电势差成反比,而且与两点间距离成正比。如果我们知道了电势差和两点间的距离,就可以根据这个公式计算出电场场强的大小。

这个公式的推导基于库仑定律,即同种电荷之间的作用力与它们之间的距离平方成反比,与作用力的方向相反。根据库仑定律,我们可以得到点电荷q1产生的电场场强E1对另一个点电荷q2的作用力F的公式:

F = k*q1*q2/d^2

其中,k是一个常数,叫做库仑常数,它的大小与介质的性质有关。根据电学原理,一个电荷在电势高的地方会向电势低的地方移动,因此如果我们把点电荷q2放在点电荷q1产生的电势高的地方,点电荷q2就会受到一个向下的作用力。根据牛顿第二定律,这个作用力可以表示为:

F = m*a

其中,m是点电荷q2的质量,a是它的加速度。根据电动势的定义,电势差ΔV可以表示为电场线沿着两点之间的积分:

ΔV = ∫E•ds

其中,ds表示电场线元素的长度,它的方向与电场线方向相同。如果我们考虑两个点之间的电势差,就可以把这个积分化简为:

ΔV = -∫E•dl

其中,dl表示电场线元素的长度,它的方向与电场线方向垂直。根据斯托克斯定理,这个积分可以化简为:

ΔV = -∫∇×E•da

其中,∇×E表示电场强度的旋度,da表示一个面元,它的方向垂直于面元。根据电学原理,如果我们把这个积分的路径设为两点间的直线路径,就可以得到:

ΔV = -E*d

其中,d表示两点间的距离。这个公式就是我们最开始所说的场强与电势差之间的线性关系,也是电学中的一个基本公式。

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