电场强度的方向可以怎么理解?

电场强度的方向可以怎么理解?

又看了一下问题,感觉题主讨论的是试探电荷的问题。

那么首先我们看试探电荷是什么:它是一个对被测电场没有影响的理想化的电荷。

那么电子对于质子来说,不能胜任试探电荷的,因为它的电场对于质子来说,差不多大。

而试探电荷的电场必须相对于被测电场可以忽略不计。

当电子进入质子身边时,二者的电场相互叠加,这牵涉到一个问题,电子受到的电场力是否都是由质子施加的?如果是,那么电子受到的力除以电子电荷(-e),就严格等于质子产生的电场。

在经典一级,毫无疑问,电子的电场对自身没有任何作用,也就是说在电子所在位置电子的产生的场强为0,所以质子的电场在电子这一点上没有任何外界干扰,电子受到的力全部由质子的电场施加,所以不存在抵消问题!

就算在量子一级,电子有自相互作用,但这都可以看作真空涨落的叠加,总体平均为0,从总体上看自相互作用的平均,也就是场强,还是为0。

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电场强度是指单位正电荷受到的电场力,我们从这里可以得出两个结论:

1.电场强度的方向是受我们所规定的正电荷影响的;

2.电场强度是可以叠加的。

先看第一个结论:

我们只是碰巧当初规定丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,这正好与质子带的电荷相同,如果当初我们定义毛皮摩擦的橡胶棒带正电,那么质子就带负电,于是所有的电场方向都要反向,但这将导致相同的物理后果,实际上这等价于在麦克斯韦方程两边同时乘以-1,它什么都没有改变。

所以质子的电场向外,只是表示正电荷遇到质子会受到排斥力,应该说和质子带同一种电荷的粒子收到的电场力向外,这就算规定质子带负电荷,那么另一个粒子同样也变成了带负电荷,于是它们还是排斥,虽然这种定义之下,电场强度变成向内了。

第二个结论:

电场强度是可以叠加的,其根本原因是麦克斯韦方程是线性的,所以质子产生的电场与它周围的任何物质无关,一个氢原子的电场严格等于电子与质子的电场的叠加,电子不会影响质子的电场,而质子也不会影响电子的电场。

所谓二者电场抵消是有条件的,就是电子的波函数必须球对称,也就是说电子必须占据s轨道,氢原子是满足这个条件的,它的电子稳定轨道在1s上,所以对外表现中性,所以从足够远的地方看电子完全抵消完了质子的电场,这是不带任何剩余的。所以你所谓质子电场被电子抵消还有剩余的说法是站不住脚的。

拓展一下,如果场方程是非线性的,那么叠加原理不成立,那么我们就不能把各个源的场简单叠加,所以强力的场,引力的场都是不能叠加的。双星系统的引力场不等于两个kerr度规的叠加。

拓展,自能问题:

经典电磁学中,我们不谈及任何一个粒子产生的电磁场对其自身的作用,结果都是发散的,在量子电动力学中,我们可以通过重整化,减除一个发散量,得到有限的自能。

这造成了如下后果:

1.电子的电荷量不是一成不变的,虽然裸的e是确定的,但是重整化后的e依赖于我们能量的标度,也就是说能量足够高,e会发生变化,能标越大e越大。

2.对库伦定律需要进行一些修正,也就是说能量足够大时,电荷之间的相互作用将偏离平方反比。

所幸的是在相当大范围的低能条件下,这些都可以忽略不计。但追究物理本质,我们可以说:

电子的电场影响了电子的电场。

但请注意,这个所谓的影响只是修正大小,不会影响到作用力的方向!