由
静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的
电场.
根据静电场的
高斯定理,静电场的
电场线起于正电荷或无穷远,
静电场
终止于负电荷或无穷远,故静电场是
有源场.从
安培环路定理来说它是一个
无旋场.根据环量定理,静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷,
电场力所做的功都为零,因此静电场是
保守场.
根据
库仑定律,两个点电荷之间的作用力跟它们的
电荷量的乘积成正比,和它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,即
F=(
k·q1q2)/
r²,其中
q1、
q2为两电荷的电荷量、
k为
静电力常量,约为9.0e+09(牛顿
·米²)/(库伦²),r为两电荷中心点连线的距离。注意,点电荷是当带电体的距离比它们的大小大得多时,带电体的形状和大小可以忽略不计的
电荷。
一个带电的物体靠近另一个绝缘导体时,导体的电荷分布发生明显的变化,物理学中把这种现象叫做
静电感应。
如果电场中存在导体,在电场力的作用下出现
静电感应现象,使原
静电场
来中和的正、负电荷分离,出现在导体表面上。这些电荷称为感应电荷。总的电场是感应电荷与
自由电荷共同作用结果。达到平衡时,导体内部的电场为零。静电感应现象有一些应用,但也可能造成危害。
电场中的绝缘介质又称为
电介质。由于电场力的作用在
原子尺度上
静电场知识结构图
出现了等效的
束缚电荷。这种现象称为电介质的极化。对一种
绝缘材料,当电场强度超过某一数值时,束缚电荷被迫流动造成
介质击穿而失去其绝缘性能。因此静电场的大小对电工器件的设计及材料选择十分重要。 有介质时的静电场是由束缚电荷及自由电荷共同产生的,为了表示这二者共同作用下的电场,可以引入另一个场
矢量电通量密度D(又称
电位移)。它定义为
式中
P为电介质的极化强度,则可得高斯通量定理
公式
式中
q仅为
S面内所有自由电荷,而不包括电介质的束缚电荷。高斯通量定理的微分形式为电位移的散度等于该点自由电荷(体)密度
ρ,
电介质的极化强度
P与电场强度
E有关,而电通量密度又与
P 和
E 有关,故可得表示电介质的本构方程
D=ε
E
由于静电场是无旋场,故可用标量电位φ表征静电场(见
电位)。电位与
电场强度的关系是
式中
Q点为电位参考点,可选在无穷远处;
P点为观察点。上式的微分形式为电场强度等于电位的负梯度,即
E=-墷
φ在ε为常数的区域,
公式
式中墷·墷可记作墷2,在直角坐标中
公式
公式
分别为一阶与二阶微分算符。这样,可得电位
φ所满足的
静电场
微分方程
称为泊松方程。如果观察点处自由电荷密度
ρ为0,则
墷2φ=0
称为
拉普拉斯方程。泊松方程和拉普拉斯方程描述了静电场空间分布的规律性。可以证明,当已知
ρ、ε及边界条件时,泊松方程或拉普拉斯方程的解是惟一的,可以设法求解电位
φ,再求出场中各处的
E。