為什么靜電場的旋度等於0?


物理系統里,假若一個粒子,從起始點移動到終結點,由於受到作用力,且該作用力所做的功不因為路徑的不同而改變,則稱此力為保守力(Conservative Force)。假若一個物理系統里,所有的作用力都是保守力,則稱此系統為保守系統

靜電場是保守場。

由於保守力所做的功與運動物體所經過的路徑無關,因此,如果物體沿閉合路徑繞行一周,則保守力對物體所做的功恆為 0,也就是說勢能與其他形式能量的轉化為零(功是能量轉化的量度,功為零,能量轉化為零),於是系統間的勢能就不變。

假設空間中一點電荷q,在距離其\(r_A\)處,放置一試驗電荷(單位電荷),試驗電荷由A到B做不規則運動,到達B時實驗電荷距離點電荷\(r_B\),在其運動曲線上取切線方向\(d\vec l\)
由保守場可知,積分與路徑無關,所以當我們對點電荷對實驗電荷所作的功進行對\(d\vec l\)積分時,只需要考慮開始和結束兩個位置的距離。

最后能得到上式。
從上式可以看出,如果試驗電荷從A到B再到A,積分是等於0的。
這說明了電荷轉了一圈,沒做功。也就是說

\[\oint_l \vec Ed\vec l=0 \]

上式也是環量定理的體現
不過這里要說明的是,根據stozi定理,也叫高斯定理,也可以說是旋度公式,為什么說是旋度公式呢?
旋度是什么?
旋度是曲面運動方向\(\vec v\)和曲面軸線方向相同時的最大投影。
想象一個環面,對其進行環量積分,選取最小面積\(\Delta S\),除以它,是不是可以從很小的維度算出最大的環量,這也就是旋度和梯度類似的地方。
好了,回到上式。繼續講stozi定理,我們可以將dl換成對ds的旋度。也就是說



再由旋度基本公式,可以得到靜電場就是標量函數的梯度


\(\varphi\)即是電位


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