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場強與電壓的關系公式

來源 :華課網校 2024-06-20 06:19:40

電場場強和電勢差是電學中的兩個基本物理量,它們之間有一個非常重要的關系,那就是場強與電勢差之間存在線性關系。在電學中,我們通常用以下公式來描述場強與電勢差之間的關系:

E = -ΔV/d

其中,E表示電場場強,ΔV表示電勢差,d表示電場線方向上的兩點間距離。

這個公式的意義是,電場場強的大小與電勢差成反比,而且與兩點間距離成正比。如果我們知道了電勢差和兩點間的距離,就可以根據這個公式計算出電場場強的大小。

這個公式的推導基于庫侖定律,即同種電荷之間的作用力與它們之間的距離平方成反比,與作用力的方向相反。根據庫侖定律,我們可以得到點電荷q1產生的電場場強E1對另一個點電荷q2的作用力F的公式:

F = k*q1*q2/d^2

其中,k是一個常數,叫做庫侖常數,它的大小與介質的性質有關。根據電學原理,一個電荷在電勢高的地方會向電勢低的地方移動,因此如果我們把點電荷q2放在點電荷q1產生的電勢高的地方,點電荷q2就會受到一個向下的作用力。根據牛頓第二定律,這個作用力可以表示為:

F = m*a

其中,m是點電荷q2的質量,a是它的加速度。根據電動勢的定義,電勢差ΔV可以表示為電場線沿著兩點之間的積分:

ΔV = ∫E?ds

其中,ds表示電場線元素的長度,它的方向與電場線方向相同。如果我們考慮兩個點之間的電勢差,就可以把這個積分化簡為:

ΔV = -∫E?dl

其中,dl表示電場線元素的長度,它的方向與電場線方向垂直。根據斯托克斯定理,這個積分可以化簡為:

ΔV = -∫?×E?da

其中,?×E表示電場強度的旋度,da表示一個面元,它的方向垂直于面元。根據電學原理,如果我們把這個積分的路徑設為兩點間的直線路徑,就可以得到:

ΔV = -E*d

其中,d表示兩點間的距離。這個公式就是我們最開始所說的場強與電勢差之間的線性關系,也是電學中的一個基本公式。

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