庫裡蒂巴
[拼音]:dianlixian
[英文]:line of electric force
用來直觀地圖示電場分佈的虛設的有向曲線族,曲線上每一點的切線方向與該點電場方向一致。
17世紀初,“力線”這一術語已在描述有關磁的現象中提到。M.法拉第在研究電磁感應現象時(1831)形成“力線”觀念,他用磁力線來描述磁鐵周圍的“狀態”(現在理解為場)。以後在研究電介質性質時,他注意到電介質的極化情況與軟鐵的磁化情況非常相似,促使他引入電力線來描述帶電體周圍的“狀態”。法拉第並不擅長數學,因此,他幾乎完全用幾何和物理的術語來說明他所觀察到的電磁現象。力線還是他用來批判當時居統治地位的超距作用觀念的武器。在他看來,力線是物質的,充滿了整個空間;力線好像橡皮筋,在縱向具有張力,在橫向彼此排斥;力線從一個帶電體聯向另一個帶電體,從而以張力作用於帶電體上,在介質外的空間區域,電介質材料具有聚集電力線的作用,等等。法拉第還進一步設想電力管,它是一些與閉合曲線相交的電力線圍成的管子,管中的電力線數為常數;空間任一點垂直於力線的單位截面上的力線數反映了該處的電力強度(即電場強度)。
法拉第的力線觀念曾啟發W.湯姆孫(即開爾文)對電磁現象同其他物理現象如流體的流動、熱流以及固體彈性作對比研究(1847~1854),並鼓勵J.C.麥克斯韋研究建立電磁現象的統一理論(1856~1864)。然而,法拉第賦與電力線過多的物質性質,如看成橡皮筋、具有張力等等,帶有機械論色彩。1864年麥克斯韋宣讀的一篇論文中去掉了開始曾啟發他而其實並不需要的力線模型,僅保留了數學方程組和場(僅作為描述以太狀態)觀念,並把他的體系定名為“電磁場的動力理論”。在麥克斯韋的電磁理論中,法拉第賦與電力線的力學性質可根據麥克斯韋脅強張量得出。
現在,電力線僅看作描述電場分佈的圖示法,它比較直觀和形象,不僅可用來圖示靜電場(從而可以圖算電場的分佈),也可用來圖示非穩恆時的電場以及輻射場,至今在物理教學和實用工程中仍廣泛採用。
根據電場的性質可匯出電力線的若干性質:
(1)靜電場中,在沒有電荷的空間裡,電力線一般不會相交,也不會中斷;
(2)靜電場中的電力線不會閉合,它總是起於正電荷,止於負電荷;
(3)在靜電場中,若孤立帶電體系的正、負電荷一樣多,則正電荷發出的電力線全部彙集於負電荷;
(4)靜電場中電力線與等位面正交;
(5)靜電場中導體附近的電力線與導體表面垂直;
(6)靜電場中電力線不能起止於同一導體上;
(7)在變化的磁場周圍形成環形閉合電力線;
(8)勻速運動的帶電粒子的電力線朝赤道面(帶電粒子所在處垂直運動方向的平面)方向密集;
(9)輻射場的電力線有垂直徑向的橫向成分,等等。一些典型情形的電力線分佈如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。然而,以一根根分立的電力線表示電場並不能真正反映電場的空間連續分佈,而通過垂直單位截面的電力線數也不能準確反映電場的量值;因此用電力線圖示電場只是近似的。與電力線數所對應的嚴格的物理量是電場強度的通量。通過任意麵積 S的電場強度通量定義為電場強度
E
,
式θ中為場強與面元d