- 静电场的保守性:电场强度线积分 $\displaystyle \frac{A_{12}}{q_0} = \int_{(P_1)}^{(P_2)} \mathbf E · \mathrm d \mathbf r$,只与始末位置有关。
- 静电场环路定理:闭合路径场强线积分为零 $\displaystyle _C\oint \mathbf E · \mathrm d \mathbf r = 0$
- 电势和电势差 $\displaystyle U_{12} = \varphi_1 - \varphi_2 = \int_{(P_1)}^{(P_2)} \mathbf E · \mathrm d \mathbf r$,单位伏(特),符号 $V = J/C$,为标量
- 若定义电势零点 $P_0$(常设在无穷远处 $\infty$),则 $\displaystyle \varphi = \int_{(P_1)}^{(P_0) / \infty} \mathbf E · \mathrm d \mathbf r$(场强积分法)
- 求静电力做功:$A_{12} = q_0 (\varphi_1 - \varphi_2) = q_0 U_{12}$
- 点电荷产生的电势 $\displaystyle \varphi = \frac{q}{4 \pi \epsilon_0 r}$
- 均匀带电球壳的电势:$\displaystyle \varphi_{ex} = \int_r^{\infty} \frac{q}{4\pi \epsilon_0 r^2} \mathrm dr = \frac{q}{4 \pi \epsilon_0 r}, \varphi_{in} = \frac{q}{4 \pi \epsilon_0 R}$,其中 $R$ 是球壳半径.
- 电势叠加原理:电荷系在某点的电势为 $\displaystyle \varphi = \sum_{i = 1}^n \varphi_i$,带电体 $\displaystyle \varphi = \int \frac{\mathrm d q}{4 \pi \epsilon_0 r}$(电势叠加法)
- 等势面:电势相等的点组成的曲面。等势面和电场线处处相交。两等势面靠近程度反映场强数值。
- 电势梯度:电势方向导数的最大值的负值 $\displaystyle E = - \left.\frac{\mathrm d \varphi}{\mathrm dr} \right|_{\max}$,$\displaystyle \mathbf E = - \nabla \varphi = - \left(\frac{\partial \varphi}{\partial x} \mathbf i + \frac{\partial \varphi}{\partial y} \mathbf j + \frac{\partial \varphi}{\partial z} \mathbf k \right )$,单位 $V/m = N/C$
电势能#
- 静电势能:$W = q_0 \varphi$,单位 $J$ 或 $eV = 1.6 \times 10^{-19} J$
- 电偶极子在外电场中的电势能:$W = W_+ + W_- = q(\varphi_+ - \varphi_-) = -q \boldsymbol l · \boldsymbol E = - \boldsymbol p · \boldsymbol E$
- 静电能:
- (电荷系)互能:各电荷分散到无限远时,静电力所做功:$\displaystyle W = \frac{1}{2} \sum_{i = 1}^n q_i \varphi$,其中 $\varphi_i$ 是除 $q_i$ 外其他电荷在 $q_i$ 产生的电势。
- (带电体)自能:各电荷元的静电互能:$\displaystyle W = \frac{1}{2} \int_q \varphi \mathrm dq$
- 电场能量密度:$\displaystyle w_e = \frac{\mathrm dW}{\mathrm dV} = \frac{\epsilon_0 E^2}{2}$,那么 $\displaystyle W = \int_V w_e \mathrm dV = \int_V \frac{\epsilon_0 E^2}{2} \mathrm dV$.