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场线

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图左是两个同电量的正电荷的电场线。图右是一个电偶极子的电场。
不同电量的正电荷与负电荷的电场线。
透过铁粉显示出的磁场线。将条状磁铁放在白纸下面,铺洒一堆铁粉在白纸上面,这些铁粉会依著磁场线的方向排列,形成一条条的曲线,在曲线的每一点显示出磁场线的方向。

场线是由矢量场和初始点设定的轨迹。在空间里,矢量场在每一个位置,都设定了一个方向。只要按照矢量场在每一个位置所指的方向来追踪路径,就可以素描出正确的场线。更精确地说,场线在每一个位置的切线必须平行于矢量场在那一个位置的方向。

在空间内,由于,伴随着每一个点的矢量,组合起来,构成了矢量场,场线可以说是一个专为矢量场精心打造的显像工具,能够清楚地显示出矢量场在每一个位置的方向。假若矢量场描述的是一个速度场,则场线跟随的是流体流线。在磁铁的四周洒散铁粉,可以清楚地显示出磁场磁场线。静电荷的场线称为电场线,从正电荷往外扩散,朝着负电荷聚集。

对于一个矢量场,假若能够完整地描述其所有的场线,那么,这矢量场在每一个位置的方向已完全地被设定了。为了同时表示出矢量场的大小值,必须变化场线的数量,使得场线在任意位置的密度等于矢量场在那位置的大小值,也就是说单位面积所含的场线越多,则矢量场越强,反之则矢量场越弱。

场线的图案能够用来表达某些重要的矢量微积分概念。场线从某一个区域的往外扩散或往内聚敛可以表达散度。场线的螺旋图案可以表达旋度

虽然大多数时候,场线只是一个数学建构,在某些状况,场线具有实际的物理意义。例如,在等离子体物理学里,处于同一条场线的电子或离子会强烈地相互作用;而处于不同场线的粒子,通常不会相互作用。

1851年,法拉第提出了场线的概念[1]

参阅[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Steven N. Shore. Forces in Physics: A Historical Perspective: A Historical Perspective. ABC-CLIO. 30 July 2008. ISBN 978-0-313-03863-1. 
  • Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. 1998: 65–67 and 232. ISBN 0-13-805326-X.