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电场与磁场之间有什么联系

发表时间:2024-07-28 04:52:37 来源:网友投稿

楼主先从字义上理解一下无旋度场和无源场。通俗的说无旋就是必有源头,在空间上不能从自身出发再回到自身。无源则刚刚相反。好了我们再分别说说电场和磁场。

电场的产生源于电荷,它是矢量场,方向被规定为从正电荷带负电荷。在静电场中电场被电荷(正或者负电荷,或者都有)激发,分别对应从无穷远处到负电荷,从正电荷到无穷远处,从正电荷到负电荷的电场,但无论上述三种方式中的任何一种情况,电场都有源头,故静电场是无旋有源场。这儿的关键在于,带正电荷的物质(比如质子)或者带负电荷的物质(比如电子)是可以单独存在的。

再说磁场。我们都知道磁铁分两极,磁场从正极出发到负极,可你见过单极的磁铁么?无论你怎么分割磁铁,它总有对应的两极分布于同一物体的两端。因为目前为止我们都没发现磁单极的存在。(ps有科学理论猜想有,并且有科学家制造了仪器在太空中寻找,但目前还没找到)。所以我们目前认识的磁场必定从一空间位置出发,最终又回到了原点,也就是无源有旋场。

最后还要说的是,非静电电场是无源的旋度场。打个比方电流流过导体(我们以金属为例),金属导体呈现电中性,但由于电感应效应,它两端可认为非别带了等量的正负电荷,此时端电荷激发的电场,从正端回到负端,这部分电场就是无源有旋电场。以上只是比喻便于理解散度和旋度,真正的旋度电场产生于变化的磁场*(这个磁场有产生于电流即变化的电场),而并非上述那样。所以说电场得依据情况来分别它是否有源。磁场就目前而言它是无源的旋度场,但是如果找到了磁单极子,那么它激发出来的磁场又是有源的了。一个场的旋度和散度,其实并非场的固有属性,它不是由这个场的名称决定,而是由它被激发的原因决定的。

就答这么多了,希望对你有帮助。

-------------------------2016/11/18---------------------------------------------------------------------------

最近忙着考试什么的,没注意有人看了我当初裸写的答案。之所以说裸写是因为当时并没在去翻阅文献,只是凭着自己以前的记忆和理解写下的,所以有些不严谨的,还请原谅。在此我要对我回答的不严谨的地方做些声明和补充。然后在回答一下评论里的提问。

1.关于非静电场是有旋场

其实要想搞清楚电磁场就绕不开麦克斯韦方程:

语言描述一下上述四个方程依次是:

(1)磁电感应强度的散度等于电荷密度,也就是电荷产生发散的场 ;(2)时变的磁场产生旋转电场;(3)磁场的散度为零,不存在磁单极子;(4)电流密度和时变电感应强度产生旋转的磁场。所以说我上面对非静电场中旋转电场的解释有些牵强,但作为一种理解,这样把电荷看成与磁荷一样不可分,从而去理解旋转电场也未尝不可。事实上应该冲麦克斯韦方程去理解才是严谨的,如(4)描述,是运动的电荷(电流密度J0)和变化的电感应强度(例如介质改变引起介电常数变化)产生了旋转的磁场,然后如(2)描述,这个磁场产生了旋转的电场。当然电磁场是同时存在不分先后的,这里然后只是承接上文没有时间先后的意思。

2.关于磁单极子

1931年英国物理学家保罗·狄拉克就利用数学公式预言了磁单极子的存在。到今天在实验中找到了许多间接证明,但目前而言的确没有确凿证据证明磁单极子存在,但很多理论预言和佐证它的存在比如弦理论,有磁单极子会更完善。同时也有人根据相对论假设磁场是电场的相对论效应,又佐证它不会存在。谁证明了妥妥的下一个诺贝尔,当然这里证伪比证明难多了,毕竟找到磁单极子就能证明,找不到却难以证伪。就目前研究而言,它极有可能是存在的。若磁单极子存在,那么也就有了磁荷密度和磁流密度,那么麦克斯韦方程就得改写为:

但其实也就是补充而已,并没有动摇麦克斯韦方程的根基。因为即使磁单极子存在也是在极其极端的条件下。在普通条件下或者近似的可认为,在我们应用这个理论的范畴内旧的麦克斯韦依旧成立。

3.关于旋和源(旋度和散度)

有知友纠结于旋和源的概念问题。从某种意义上而言,旋和源是逻辑对立的。如果上面的空间解释不能理解,可以换为数学角度试一下。其实他们只是两种不同的基本的矢量场的数学描述。发散的矢量不可能自闭(自旋),自旋的矢量也不可能发散,因为在逻辑上他们本就是对立的。所以无旋即是有源,无源自当有旋。至于更详细的去解释旋这一概念,我真的没办法,建议知友去理解一下高数里的斯托克斯公式,然后也许旋度就好理解了。

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