电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是客观存在的。电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时，电场力对电荷作功（这说明电场具有能量）。

电场

    静止电荷在其周围空间产生的电场，称为静电场；随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称为有旋电场（也称感应电场或涡旋电场）。静电场是有源无旋场，电荷是场源；有旋电场是无源有旋场。普遍意义的电场则是静电场和有旋电场两者之和。

　　电场是一个矢量场，其方向为正电荷所受电场力方向，与负电荷所受电场力方向相反。电场的力的性质用电场强度来描述。

静电场：　　

    静电场是由静止电荷激发的电场。该静止电荷被成为场源电荷，简称为源电荷。静电场的电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷。静电场的电场线方向和场源电荷有着密切的关系。当场源电荷为正电荷时，该电场的电场线成发散状；当场源电荷为负电荷时，该电场的电场线成收敛状。其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场的能的性质，或用等势面形象地说明电场的电势的分布。

　　静电场中的电场强度公式为：E=F/q。单位为牛[顿]每库伦。符号为N/C。它的另一个单位是伏特每米（V/m）.两个单位之间的关系是1N/C=1V/m

感应电场：　　

    变化磁场激发的电场叫感应电场或涡旋电场。感涡旋电场

　　磁场变化时线圈产生的感生电动势与导体的种类、形状、性质和构成均无关，是由磁场本身的变化引起的。因此麦克斯韦提出了“变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场，正是这种电场使得闭合回路中产生了感生电动势和感生电流”的理论，并将这种电场称为涡旋电场。

　　应电场的电场线是闭合的，没有起点、终点。闭合的电场线包围变化的磁场。

电场强度

　　描述某点电场特性的物理量，符号是E，E是矢量（矢量，既有大小又有方向的量。一般来说，在物理学中称作矢量，在数学中称作向量）。电场强度简称场强，定义为放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，场强的方向与正检验电荷的受力方向相同。场强的定义是根据电场对电荷有作用力的特点得出的。对电荷激发的静电场和变化磁场激发的涡旋电场都适用。场强的单位是牛/库或伏/米，两个单位名称不同大小一样。场强数值上等于单位电荷在该点受的电场力，场强的方向与正电荷受力方向相同。

　　电场的特性是对电荷有作用力，电场力，正电荷受力方向与方向相同，负电荷受力方向与方向相反。电场是一种物质，具有能量，场强大处电场的能量大。

电场线

　　为形象地描述场强的分布，在电场中人为地画出一些有方向的曲线，曲线上一点的切线方向表示该点场强的方向。电场线的疏密程度与该处场强大小成正比。

　　电场是一种物质，电场线是我们人为画出的便于形象描述电场分布的辅助工具，并不是客观存在的。

电场力

　　电场力:

　　一,定义：电荷之间的相互作用是通过电场发生的.只要有电荷存在，电荷的周围就存在着电场,电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用，这种力就叫做电场力。

　　二方向：正电荷沿电场线的切线方向，负电荷沿电场线的切线方向的反方向。

　　三计算：电场力的计算公式是F=qE，其中q为点电荷的带电量，E为场强。或由W=Fd，也可以根据电场力做功与在电场力方向上运动的距离来求。电磁学中另一个重要公式W=qU（其中U为两点间电势差）就是由此公式推导得出。

　　——————————

　　电场力的功能：

　　由于电场力的作用广泛，它应用到粒子加速器,航天事业中导航修正.对新物质的加工。对物质排列改变.在未来可能是主要动力之一等等。

　　电场力的研究方向：

　　在未来有电场力的存在航空航天事业会得到长足发展，例如利用电场保护层（可以让飞行器更轻）；以及让飞行器依赖电场飞行（而取代现有的发动机）；电场在核物质的衰变起作用（让我们能更好的利用能源）。

摩擦起电：　　

　　摩擦起电的原因，是因为摩擦可以使物体得到多余的电子或失去原有的电子。得到多余电子的物体带负电，失去原有电子的物体带正电。

　　摩擦起电的定义：当两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。

　　摩擦后的物体所带的电荷有两种：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是一种（正电），用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是另一种（负电）。

什么是电场？

    也许很多人都把它忽略了，觉得它只是物理学的一个很小的领域。但我觉得电场是一个非常了不起的东西。他是世界上一切力量之源。他是一切物理、工业、化学、能源、电子、信息、生物等学科研究的本质对象。为什么呢？让我们详细分析一下：

　　1.摩擦力，弹力主要由电场力贡献的

　　2.分子之间的力由电场力组成

　　3.生化反应的动力源泉是电场

　　4.电流，电压由电场力引起

　　5.光、电磁波由电场引起

　　6.信息技术也是研究电场的特性。

　　保守场

　　保守场，电场做功与路径无关，只与始末位置有关。

                                              磁场

    自然界中的基本场之一，是电磁场的一个组成部分，用磁场强度H和磁感应强度B表征。

    磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。

磁场概述：　　

　　简易定义：对放入其中的磁体有磁力的作用的物质叫做磁场。

    形成原因： 假想有一根直立的金属棒，上下两端加上电位差使得电子朝向正电位端加速，而另一端由于缺少电子而带正电。这样的电流会在四周空间形成磁场。

　　磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，即通电导体在磁场中受到磁场的作用力。磁场对电流、对磁体的作用力或力距皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。

　　与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的向量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B ，也可以用磁感线形象地图示。然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为

  

磁场示意图

不同。运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线簇，不中断，不交叉。换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。

　　电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以波动形式在空间传播。电磁波以有限的速度传播，具有可交换的能量和动量，电磁波与实物的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等等，都证明电磁场是客观存在的物质，它的“特殊”只在于没有静质量。

　　磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。地球的磁级与地理的两极相反。

磁场方向　　

    规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向在磁体外部，磁感线从北极出发到南极的方向，在磁体内部是由南极到北极，在外可表现为磁感线的切线方向或放入磁场的小磁针在静止时北极所指的方向!磁场的南北极与地理的南北极正好相反，且一端的两种极之间存在一个偏角，称为磁偏角。磁偏角不断地发生缓慢变化。掌握磁偏角的变化对于应用指南针指向具有重要

  

三维磁场图

意义。

　　磁感线（Magnetic Induction Iine）：在磁场中画一些曲线，用（虚线或实线表示）使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同（且磁感线互不交叉），这些曲线叫磁感线。磁感线是闭合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁感线的方向。磁铁周围的磁感线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁感线从S极到N极。

磁场类型

　　恒磁场又称为静磁场，而交变磁场，脉动磁场和脉冲磁场属于动磁场。磁场的空间各处的磁场强度相等或大致相等的称为均匀磁场，否则就称为非均匀磁场。离开磁极表面越远，磁场越弱，磁场强度呈梯度变化。

  

计算机模拟演示地球的磁场

1.恒定磁场　磁场强度和方向保持不变的磁场称为恒定磁场或恒磁场，如铁磁片和通以直流电的电磁铁所

　　产生的磁场。

　　2.交变磁场　磁场强度和方向在规律变化的磁场，如工频磁疗机和异极旋转磁疗器产生的磁场。

　　3.脉动磁场　磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的磁场，如同极旋转磁疗器、通过脉动直流电磁铁产生的磁场。　

　　4.脉冲磁场　用间歇振荡器产生间歇脉冲电流，将这种电流通入电磁铁的线圈即可产生各种形状的脉冲磁场。脉冲磁场的特点是间歇式出现磁场，磁场的变化频率、波形和峰值可根据需要进行调节。

　　以下是两种常见的磁场：

电磁场

　　电磁场（electromagnetic field）是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

地磁场

　　地磁场（geomagnetic field）是从地心至磁层顶的空间范围内的磁场。地磁学的主要研究对象。人类对于地磁场存在的早期认识，来源于天然磁石和磁针的指极性。地磁的北磁极在地理的南极附近；地磁的南磁极在地理的北极附近。磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极，地球的南磁极（磁性为N极）吸引着磁针的S极。这个解释最初是英国W.吉伯于1600年提出的

  

地球磁场示意图

。吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的。这已为1839年德国数学家C.F.高斯首次运用球谐函数分析法所证实。

　　地磁的磁感线和地理的经线是不平行的，它们之间的夹角叫做磁偏角。中国古代的著名科学家沈括是第一个注意到磁偏角现象的科学家。

　　地磁场是一个向量场。描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3个独立的地磁要素。常用的地磁要素有7个，即地磁场总强度F，水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为H的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。在现代的地磁场观测中，地磁台一般只记录H，D，Z或X，Y，Z。

　　近地空间的地磁场，像一个均匀磁化球体的磁场，其强度在地面两极附近还不到1高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。地磁场强度的单位过去通常采用伽马（γ），即1纳特斯拉。1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位，1高斯=10^(-4)特斯拉（T），1伽马=10^(-9)特斯拉=1纳特斯拉（nT），简称纳特。地磁场虽然很弱，但却延伸到很远的空间，保护着地球上的生物和人类，使之免受宇宙辐射的侵害。

　　地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，变化非常缓慢。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，并且很微弱。

　　地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成

  

地球核心的流体部分对地球磁场的影响

分，其强度约占地磁场总强度的90%，产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程，即自激发电机效应。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域，平均强度约占地磁场的10%。地磁异常又分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。

　　地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化，其场源分布在电离层中。干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为1～3天，幅度可达10纳特。其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。除外源场外，变化磁场还有内源场。内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。将高斯球谐分析用于变化磁场，可将这种内、外场区分开。根据变化磁场的内、外场相互关系，可以得出地球内部电导率的分布。这已成为地磁学的一个重要领域，叫做地球电磁感应。

　　地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系，又和地壳上地幔的电性结构有关，所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义。

相关术语介绍　　

    磁感应强度：与磁力线方向垂直的单位面积上所通过的磁力线数目，又叫磁力线的密度，也叫磁通密度，用B表示，单位为特（斯拉）T。

　　磁通量：磁通量是通过某一截面积的磁力线总数，用Φ表示，单位为韦伯（Weber），符号是Wb。通过一线圈的磁通的表达式为：Φ=B·S（其中B为磁感应强度，S为该线圈的面积。） 1Wb=1T·m2

　　安培力：（左手定则）F=BIL*Sinθ

　　洛伦兹力：（左手定则）（微观上）F=qvBSinθ

相关资料　　

    电脑模拟系统破解地球磁场南北颠倒之谜

　　美国《国家地理杂志》发表文章解释了地球磁场“南北颠倒”的原因。1845年德国数学家卡尔·高斯开始记录地球磁场数据，与那时相比，今天的磁场强度减弱了近10%左右。而且这种势头还将继续。

　　电脑模拟系统“助阵”科学家说，这种现象并不罕见。在过去的数十亿年中，地球磁场曾多次发生翻转，这可以在地球岩石中找到大量证据。而他们在最近几十年中发展的电脑模拟系统，可以很好地演示这个翻转过程。美国加州大学的地球科学和磁场专家加里·格拉兹迈尔说：“我们可以在岩石上看到翻转的情形，可是岩石不会告诉我们为什么。电脑模拟系统能说明这一切。”这一系统就是格拉兹迈尔和他的同事保尔·罗伯兹共同研发的。从地质记录来看，地球磁场平均大约每20万年翻转一次，不过时间也可能相差很大，并不固定，上一次磁场翻转是在78万年前。

　　专家认为，地球磁场来自地球深处的地心部分。固体的地心四周是处在熔解状的铁和镍液体

  

近日地空间的地球磁层图

。地心在金属液中的运动，产生了电流，形成了地球磁场。而该磁场屏蔽了宇宙射线，主要是太阳风暴对地球的袭击，保护了地球生命的延续。科学家发现，火山岩浆凝固时，其中的铁总是按磁场方向排列。专家把这一现象称为地球动力学，地球磁场是由地球动力支配的，他们根据这一理论发展的电脑模拟系统发现，地心周围的液体物质，总是处在不稳定状态，以非常缓慢的速度转动，一般大约每年移动一度。然而在受到某种干扰时，这个速度会变得越来越快，使原有的磁场偏离极地越来越远，最后发生南北极互换的现象。

　　美国约翰·霍普金斯大学的地球物理学家皮特·奥森正在严密关注地球磁场的变化。他说，随着时间的推移，我们能够追踪到它的轨迹。就像飓风预报一样，我们会知道翻转现象什么时候发生。加里·格拉兹迈尔安慰大家说：“这个现象曾发生过多次了，生命不会因此灭绝的。”新闻背景磁场颠倒将危及生物磁场颠倒将危及到生物。首先，许多依靠鉴别地球南北极而迁徙的动物将会“乱了方寸”。

　　几万年来，蜜蜂、鸽子、鲸鱼、鲑鱼、红龟、津巴布韦鼹鼠等动物一直依赖先天性的本能在磁场的指引下秋移春返，一旦磁场消失，它们的命运很难预测。

　　地球磁极变换不会造成灾难

　　大家都知道地球磁极要随着时间流逝而变换，南极变北极，北极变南极。而且两次变换之间的时间间隔不等，平均为2

  

活动太阳的磁场

5万年。

　　科学家发现，此前的一次变换发生在75万年前，因此他们预料，不久还会发生新的两极变换。这样就产生了一个问题：地球磁极变换会不会使地球磁场短时间消失，从而失去了防止宇宙带电粒子到达地球的能力，引起一些科幻电影所描述的严重自然灾害呢？

　　德国慕尼黑大学的赫拉德·勒施等人的研究发现，不会发生这样的灾难，而其中的拯救英雄就是太阳风。　赫拉德·勒施等人发现，由带电粒子组成的太阳风，将在瞬间建立起一个新磁场。

　　另外，由于太阳风和地球等离子层运动速度相差很大，太阳风将很快在距离地面350公里的高度建立起一个磁保护伞，这个磁保护伞的磁场强度大致与目前的地磁磁场强度一样。它们可以将宇宙中的带电粒子挡在地球大气层外，地球上的生物依然可以高枕无忧。 ^[1]

　　自然界磁辐射对大脑梦幻的影响

　　在自然界中，存在着地磁和大量的宇宙空间物质射线以及太阳磁暴辐射波，这些磁波会对人类的大脑和脏器形成刺激性影响。这些磁波辐射对生物成长有一种促进作用，同时，人体与磁场也存在一定的内在关联性。宇宙本身就是一个强大的磁场空间，没有宇宙强大的磁场作用力，也就没有自然界生物细胞的合成，地球上面的生物也就不会存在。人类的梦中幻觉，大部分是由于空间磁辐射所引起的，强大的磁波辐射也可以给人类造成重大的伤害，也可以引起空间的人体核磁共振效应。自然界的诸多奇异现象都存在强磁场的力作用，可造成信鸽对地理位置辨别的失效，可造成人类方向性的判别错误，也可造成人类大脑的噩梦幻觉联想。

　　大家都听说过鬼屋、鬼域吗？在这些地区，人们会做一连串的噩梦，梦中的幻觉恐怖、惊慌、错觉等等因素都与死亡相纠缠。宇宙空间的强射线粒子波，可形成人体或者物体分子键的断裂、无形的衣物裂口、人体皮肤的浅表性伤痕、无明火自燃等等。

　　如果人在强磁场区域进入睡眠状态，可产生较恶劣的梦幻联想状态。人类在夜间所做的噩梦，也有白天的联想作用因素。假如你在白天进入到了极其恐怖的区域（其实世界上也不存在什么恐怖的场所，是人类的思维意识在作怪，只不过是心理作用罢了），一旦到了夜晚的睡眠期，你的脑部活跃神经系统就会把你带入梦幻的联想中，并且再现恐怖的时空景象，从而形成人类对梦境的过度相信。

宇宙中的大型磁场

太阳磁场

　　太阳普遍磁场指日面宁静区的微弱磁场，强度约1×10-4～3×10-4特斯拉，它在太阳南北两极区极性相反，近年的观测发现，通过光球的大多数磁通量管被集中在太阳表面称作磁元的区域，其半径为100～300千米，场强为0.1～0.2特斯拉，大多数磁元出现在米粒和超米粒边界及活动区内。如果把太阳当作一颗恒星，可测到它的整体磁场约3×10-5特斯拉，这个磁场是东西反向的。

　　基本信息

　　太阳磁场solar magnetic field

　　太阳的绝大部分物质是高温等离子体，太阳的物态、运动和演变都与磁场密切相关。太阳黑子、耀斑、日珥等活动现象，更是直接受磁场支配。因此，太阳磁场的研究具有重要意义。

磁星

　　“磁星”（Magnetar）是中子星的一种，它们均拥有极强的磁场，透过其产生的衰变，使之能源源不绝地释出高能量电磁辐射，以X射线及伽玛射线为主。磁星的理论于1992年由科学家罗伯特·邓肯（Robert Duncan）及克里斯托佛·汤普森（Christopher Thompson）首先提出，在其后几年间，这个假设得到广泛接纳，去解释软伽玛射线复发源（soft gamma repeater）及不规则X射线脉冲星（anomalous X-ray pulsar）等可观测天体。

形成

　　当一颗大型恒星经过超新星爆发后，它会塌缩为一颗中子星，其磁场也会迅速增强。在科学家邓肯及汤普森的计算结果当中，其强度约为一亿特斯拉（108 Tesla），在某些情况更可达1,000亿特斯拉（1011 T，1015 Gauss），这些极强磁场的中子星便被称为“磁星”。而地球表面的天然地磁场强度，在赤道附近约3.5×10-5 T，在两极附近约7×10-5 T。

　　一颗超新星在爆发期间，自身可能会失去约10%的质量，一颗质量为太阳的10倍到30倍的恒星，在避免塌缩成黑洞的情况下，它们需要放出更大的质量，可能为自身的80%。

　　据估计，每大约十颗超新星爆发中，便会有一颗能成为磁星，而非一般的中子星或脉冲星。在它们演变成超新星前，自身需拥有强大磁场及高自转速度，方有机会演化成磁星。有人认为，磁星的磁场可能是在中子星诞生后首十秒左右，透过炽热内核物质的对流所产生的，情形就如一台发动机。如果在对流现象发生期间同时拥有高自转速度（周期约10毫秒左右），其产生的电流足以传遍整颗天体，便足够把其自转动能转为其磁场。相反，如果天体的自转速度较慢，其内核物质的对流所产生的电流不足以传遍整颗天体，只在局部区域流动。

　　短寿命

　　一颗磁星的外层含有等离子及以铁为主的重元素，在张力产生期间，天体会出现“星震”（starquake），这种地震能使天体释放强大能量，包括释出X射线暴及伽玛射线暴，天文学家把这种天体称为“软伽玛射线复发源”。

　　如果把一颗磁星看成为“软伽玛射线复发源”，它们的寿命相当短暂。“星震”会释出大量物质及能量，当中物质被困在自身的强大磁场中，继而在数分钟内蒸发殆尽，另外其他能以放射形式释出的物质，其动能来自天体的角动量，使磁星的自转速度减慢，且比其他中子星减得更快。转速减慢会连带其强大磁场一同减弱，到大约一万年后磁星的“星震”停止，期间仍会释出X射线，天文学家将之称为“不规则X射线脉冲星”。再过大约一万年后，其活动几近停止。“星震”属于一种瞬间的大型破坏，当中一些给人们直接记录，例如2004年12月27日的SGR 1806-20，随着天文望远镜的精确度日高，预计在未来人们能记录更多类似现象。