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电磁场
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时间:2019-02-02 | 作者:电磁场

一、电磁场的定义
  电能够生成磁,磁也能带来电,变化的电场和变化的磁场构成了一个不可离别的统一的场,这就是电磁场。
  在电磁学里,电磁场(electromagnetic field)是一种由带电物体发生的一种物理场。在电磁场中的带电物体验感受到电磁场的作用力,其相互作用能够用麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述。

矢量场的赫姆霍兹定理

二、电磁场的发生
  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流传,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。


三、电磁场的认知进程
  人们很早就接触到电和磁的现象,并知道磁棒有南北两极。在18世纪,发现电荷有两种:正电荷和负电荷。不论是电荷还是磁极都是同性相斥,异性相吸,作用力的方向在电荷之间或磁极之间的连接线上,力的大小和它们之间的距离的平方成反比。在这两点上和万有引力很相似。18世纪末发现电荷能够流动,这就是电流。但长期以来,人们只是发现了电和磁的现象,并没有发现电和磁之间的联系。
  19世纪前期,奥斯特发现电流能够使小磁针偏转。而后安培发现作用力的方向和电流的方向,以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直。不久之后,法拉第又发现,当磁棒插入导线圈时,导线圈中就发生电流。这些实验表明,在电和磁之间存在着紧密的联系。在电和磁之间的联系被发现以后,人们认识到电磁力的性质在一些方面同万有引力相似,另一些方面却又有差别。为此,法拉第引进了磁力线的概念,认为电流发生围绕着导线的磁力线,电荷向各个方向发生电力线,并在此基础上发生了电磁场的概念。
  19世纪下半叶,麦克斯韦总结了宏观电磁现象的规律,并引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是:变化着的电场能发生磁场;变化着的磁场也能发生电场。在此基础上他提出了一组偏微分方程来表示电磁现象的基本规律。这套方程称为麦克斯韦方程组,是经典电磁学的基本方程。麦克斯韦的电磁理论预言了电磁波的存在,其流传速度等于光速,这一预言以后为赫兹的实验所证实。于是人们认识到麦克斯韦的电磁理论正确地反映了宏观电磁现象的规律,肯定了光也是一种电磁波。由于电磁场能够以力作用于带电粒子,一个运动中的带电粒子既受到电场的力,也受到磁场的力,洛伦兹把运动电荷所受到的电磁场的作用力归结为一个公式,人们就称这个力为洛伦茨力。描述电磁场基本规律的麦克斯韦方程组和洛伦茨力就构成了经典电动力学的基础。
  在奥斯特电流磁效应实验及其余一系列实验的启发下,安培认识到磁现象的本质是电流,把涉及电流、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用,提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。为了战胜孤立电流元无法直接测量的困苦,安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析,得出了结果。但由于安培对电磁作用持超距作用观念,曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设,期望遵守牛顿第三定律,使结论有误。上述公式是抛弃失误的作用力沿连线的假设,经修正后的结果。应按近距作用观点了解为,电流元发生磁场,磁场对其中的另一电流元施以作用力。

边缘电磁场和耦合场

四、电磁场的本质
  人们认识到,电磁场是物质存在的一种特别形式。电荷在其周围发生电场,这个电场又以力作用于其余电荷。磁体和电流在其周围发生磁场,而这个磁场又以力作用于其余磁体和内部有电流的物体。电磁场也具有能量和动量,是传递电磁力的媒介,它布满于整个空间。

本文关键词:电磁场 电磁场的本质 

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