電場

　　電荷或變化磁場周圍空間裏存在的一種特殊形態的物質，其基本特性是靜止電荷置於電場中將受到作用力。置於電場中某點的一個試驗電荷（體積和電荷量都充分小）不會改變原來的電荷分佈，它所受的力與它的電荷量的比值是一個與試驗電荷無關而僅取決於電場該點性質的量，這個比值描述瞭電場該點的性質，稱為電場強度。電場強度是個向量，電場是個向量場，電場可以用電力線形象地圖示。

　　靜止電荷產生的電場叫做靜電場，又叫做庫侖場。

　　根據庫侖定律，孤立點電荷Q，在無限真空中產生的靜電場場強

，式中 ε _o=8.85418782× 10 ^-12F/m為真空介電常數， r為點電荷 Q 指向場點的矢徑。由此式可以看出孤立點電荷的靜電場場強具有球對稱性，對距離的二次方反比性和對電荷的線性。

　　靜電場遵從場強疊加原理，即任意帶電體產生的總電場等於組成帶電體的各個電荷單獨存在時在該點的電場強度的矢量和。由此根據點電荷的場強和場強疊加原理可計算任意已知電荷分佈的帶電體產生的場強。

　　根據點電荷的場強和場強疊加原理可得出靜電場普遍遵從的兩個基本定理。

　　① 高斯定理。通過任意閉合面場強的面積分等於此閉合曲面包圍電荷代數和除以ε₀

，

其微分形式為

，

式中 ρ為電荷密度。高斯定理表明:靜電場是有源場、電荷是電場的源。

　　② 環路定理。沿任意閉合曲線場強的線積分恒為零

，

其微分形式為

∇×E＝0 。

這表明靜電場是非旋場，可引入標勢（電位）φ

E＝-∇φ，

將E=-∇φ代入高斯定理得出靜電場電位滿足的泊松方程

，

它是計算靜電場的基本公式。

　　電介質存在時，在電場的作用下，電介質被極化，出現極化電荷，空間的靜電場由自由電荷和極化電荷共同決定。介質存在時的靜電場仍遵從高斯定理和環路定理。

　　靜電場的電力線是以正電荷為源、負電荷為匯的非閉合曲線族。

　　實際中常選擇適當的帶電導體，控制空間電場的一定分佈，用以加速帶電粒子或使帶電粒子聚焦，達到控制帶電粒子運動的目的，在各種電子器件中應用廣泛。

　　隨時間變化的磁場產生的電場叫做感應電場，它遵從高斯定理和法拉第電磁感應定律

　　　　　　　

這表明時變磁場產生的電場是無源有旋場，因此感應電場又叫做渦旋電場。感應電場的電力線是一些無源的閉合曲線組成的曲線族。渦旋電場需引入矢勢A描述

　　　　　　　　　

。

　　普遍情形的電場為靜電場和感應電場的疊加。普遍情形的電場與磁場相互緊密地連系在一起，變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，電場和磁場是電磁場統一體中相互依存、相互制約的兩個方面，它們遵從麥克斯韋方程組。普遍情形的電磁場可用標勢 φ和矢勢A描述

　　　　　　

。

隨著時間的推移，電場和磁場以波的形式在空間傳播。

　　在狹義相對論中電場和磁場組成統一的電磁場表現得特別明顯。不同的慣性系觀察到的電場和磁場各不相同，它們之間的變換在洛倫茲變換下是協變的。