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电场强度是电学中的重要概念,用来描述电场的强弱和方向。它定义为单位正电荷在电场中某点受到的电场力,用公式E等于F除以q表示。电场强度是矢量量,既有大小也有方向,其方向规定为正电荷在该点受力的方向。在点电荷周围,电场线从正电荷出发向外辐射,电场强度沿电场线方向。
现在我们从库仑定律出发,推导点电荷产生的电场强度公式。根据库仑定律,两个点电荷之间的作用力为F等于k乘以Q乘以q除以r的平方。将电场强度的定义E等于F除以q代入,得到E等于k乘以Q除以r的平方。这就是点电荷电场强度的基本公式。从公式可以看出,电场强度与源电荷Q成正比,与距离r的平方成反比,方向沿着连线方向。
当空间中存在多个点电荷时,某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和,这就是电场强度的叠加原理。计算时需要先分别求出各个电荷产生的电场强度,确定它们的方向,然后进行矢量合成。对于同号电荷,电场线相互排斥;对于异号电荷,电场线相互吸引。通过矢量叠加,我们可以得到任意点的合电场强度。
匀强电场是一种特殊的电场,其特点是电场强度的大小处处相等,方向处处相同。在匀强电场中,电场线是平行且等间距的直线。平行板电容器是产生匀强电场的典型装置,两个平行的金属板分别带正负电荷,板间产生匀强电场。电场强度等于两板间电压除以板间距离。匀强电场在示波管、静电除尘、电子束偏转等技术中有重要应用。