在物理系统里,假若一个粒子,从起始点移动到终结点,由于受到作用力,且该作用力所做的功不因为路径的不同而改变,则称此力为保守力(Conservative Force)。假若一个物理系统里,所有的作用力都是保守力,则称此系统为保守系统。
静电场是保守场。
由于保守力所做的功与运动物体所经过的路径无关,因此,如果物体沿闭合路径绕行一周,则保守力对物体所做的功恒为 0,也就是说势能与其他形式能量的转化为零(功是能量转化的量度,功为零,能量转化为零),于是系统间的势能就不变。
假设空间中一点电荷q,在距离其\(r_A\)处,放置一试验电荷(单位电荷),试验电荷由A到B做不规则运动,到达B时实验电荷距离点电荷\(r_B\),在其运动曲线上取切线方向\(d\vec l\)。
由保守场可知,积分与路径无关,所以当我们对点电荷对实验电荷所作的功进行对\(d\vec l\)积分时,只需要考虑开始和结束两个位置的距离。
最后能得到上式。
从上式可以看出,如果试验电荷从A到B再到A,积分是等于0的。
这说明了电荷转了一圈,没做功。也就是说
上式也是环量定理的体现
不过这里要说明的是,根据stozi定理,也叫高斯定理,也可以说是旋度公式,为什么说是旋度公式呢?
旋度是什么?
旋度是曲面运动方向\(\vec v\)和曲面轴线方向相同时的最大投影。
想象一个环面,对其进行环量积分,选取最小面积\(\Delta S\),除以它,是不是可以从很小的维度算出最大的环量,这也就是旋度和梯度类似的地方。
好了,回到上式。继续讲stozi定理,我们可以将dl换成对ds的旋度。也就是说
即
再由旋度基本公式,可以得到静电场就是标量函数的梯度
得
\(\varphi\)即是电位