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电场方向是从正指向负吗

电场方向是从正指向负吗

宇宙由物质和空间构成,二者相互交互、相互影响。空间是物质存在的基石,没有空间物质就无法存在。物质的性质依赖于空间性质而表现,因此可以说,物质的性质在某种程度上是由空间的性质决定的。在真空中,由于空间的各向和均匀性,静止点电荷的电场具有球对称性,电场线呈直线放射状分布。根据广义相对论,引力场实质上是时空的弯曲,因此在引力场中静止点电荷的电场也会随着时空的弯曲而弯曲,电场线也会变成曲线。由于等效远原理,一个均匀的引力场和一个匀加速运动参照系是等效的,所以在匀加速运动参照系中静止点电荷的电场也会是弯曲的。下面我们来探讨在真空中匀加速直线运动的点电荷的电场。

此处我们以一个特定的情境为例进行研究。假设在真空中的惯性参照系S中,有一个正点电荷q,该电荷q原本静止在原点O,从时间t0=0开始,以加速度a沿y轴正方向做匀加速直线运动。在时刻t,电荷q的速度为v=at。为了简化,我们假设v

如图1所示,在t0时刻电荷q从原点开始加速,到时刻t到达P点。由于电荷的加速运动,其周围的电场会发生扰动,这一扰动以光速c向外传播。在时刻t,扰动的前沿到达以O为中心、半径为r0=ct的球面上。根据相对论关于光速最大的结论,此时球面以外的电场仍是电荷q在t0时刻之前静止时的静电场,其电场线从O点引出沿半径方向呈直线。而球面内的电场则是这段时间内电荷加速运动产生的扰动电场。当电荷的速度远小于光速时,球面内扰动电场相对于电荷的分布可视为近似不变,就像扰动电场随电荷一起加速运动。实际上随着时间的推移,扰动电场不断由近及远传播,同时电荷也不断产生新的扰动电场。

由于电荷q的加速运动,球面内的电场线不再是直线而是变为曲线。在时刻t,球面内的电场线应从此时刻q所在的P点引出呈曲线。根据高斯定律,球面两侧的电场线总数应相等,且电场线在通过球面处也应连续。因此描绘整个电场时,应将球面两侧的电场线一一对应连接。

借助电场线图,我们可以分析球面处的扰动电场。如图2所示,M为球面意一点,r是从点P到点M的径矢,且与y轴的夹角为。球面内过点M的电场线为曲线PM,球面外则是沿直线OM。从O到M的径矢r0与y轴的夹角为。点P距离点O的距离为OP=vt/2。由于r0=ct且v

我们来求点M处的扰动电场E。E是加速电荷q在O点产生的已传播至点M的扰动电场。E的方向是沿曲线PM在点M处的切线方向。E可分为Er0和E两个分量(如图2a所示)。根据高斯定律,电通量只与垂直于高斯面的电场分量有关,因此电场线在球面处连续意味着Er0分量仍由库仑定律给出的径向电场,即原来点M处的静电场。E分量是加速电荷q产生的横向电场。由于v

假设有一个匀加速运动的参照系S’,加速电荷q相对于S’系始终静止。如果在S’系中观察,电荷q周围的扰动电场相对于电荷q的分布是固定不变的。根据等效原理,该电场与电荷q在与S’系等效的引力场中静止时的电场相同。在S系中,当v

下面探讨电荷系的相互作用质量。假设惯性参照系S中有一个由两个点电荷q1和q2组成的电荷系,两电荷之间的距离为r。在此我们不考虑两电荷间的万有引力作用,因此两电荷间的相互作用质量只有电磁相互作用质量。当外力F作用于该电荷系时,使其沿力F的方向以加速度a做匀加速直线运动(如图3所示)。假设速度v


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