变化的运动电场能够在周围的空间产生磁场是麦克斯韦电磁场理论的第一个要点,也是电荷的本麦克斯韦对电磁场理论最主要的贡献。不少教科书和教师在讲解这一论点时引用“运动电荷产生磁场”来加以说明。产生磁场他们认为:“一个静止的运动电荷, 它产生的电荷的本是静电场,即空间各点的产生磁场电场强度不随时间而改变。这个电荷一旦运动起来,运动 电场就发生变化。电荷的本另一方面运动电荷要产生磁场,产生磁场 用场的运动观点来分析这个问题, 认为:这个磁场是电荷的本由变化的电场产生的。”其实,产生磁场 运动电荷产生磁场可以从两个方面来理解。运动
第一、电荷的本“运动电荷要产生磁场”理解为电荷运动形成电流(传导电流) ,产生磁场这个电流要产生磁场。但是按照这种理解,这个电场是由传导电流产生的,而不是由“位移电流”产生的,即不是由变化的电场产生的,这样他们可能得出错误论断。
第二、从另一个方面来理解“运动电荷要产生磁场”这句话。电荷运动时, 会引起观测点与运动电荷之间的距离发生变化。由点电荷的场强公式可得,观测点的场强E 变化,则在观测点周围空间会产生磁场, 并且由电动力学有关知识,这个磁场等于电场E的变化率。由于电荷的运动是复杂的,这个电荷产生的电场和磁场是非常复杂的,要用电动力学的方法才能处理, 一般中学生不可能理解到这一层次,而且这时在运动电荷产生的磁场中, 既有由变化的电场产生的, 也有由传导电流产生的, 到底哪一部分主要, 要视电荷的运动情况及观测点的位置而定。在电荷附近(近场区) 磁场主要靠传导电流产生。所以不能简单地认为“这个磁场是由变化的电场产生的”。
综上分析,用一个运动电荷产生磁场为例来说明电磁场理论的第二个要点是欠妥的,其结论“这个磁场是由变化的电场产生的”是不对的。值得指出的是,麦克斯韦电磁场理论的第二个要点包含着深刻而新颖的思想,在相当长的一段时间内难以为物理学家们所接受,直到25 年之后,赫兹用实验证实了电磁波的存在,从而证明麦克斯韦电磁场理论的正确性,这个理论才得到人们的普遍承认。可见,“变化的电场能够在周围空间产生磁场”这一假说并非能用一个例子来加以形象说明。
在高中阶段讲麦克斯韦电磁场理论的第二个要点时, 可以简要地给出麦克斯韦的假说, 而不要企图找什么形象的例子来说明。倒是有必要向学生强调:电流和变化的电场是产生磁场的两种途径。
我们在教学过程中, 曾遇到过学生问“当稳恒电流通过直导线时, 周围空间的电场是稳定的,即电场不随时间变化, 但周围空间却产生了磁场。这不是与老师讲的‘变化的电场产生磁场’相矛盾吗?”确实,当稳恒电流通过长直导线时,在电流附近的观测点的电场E 达到一个动态的平衡,它不随时间而变化, 但是也在直导线附近产生了磁场。很明显, 这个磁场是由传导电流产生的。这说明学生误以为要产生磁场,或者说,学 生学习了变化的电场能够在周围空间产生磁场的同时,却忘记了电流是产生磁场的基本途径。
http://phys.cersp.com/KSPJ/sGz/PJYJ/200802/5198.html
运动的电荷为什么产生磁场?原来磁场是电场的相对论效应
一种认为地球内部有一个巨大的磁铁矿,由于它的存在,使地球成为一个大磁体。这种想象很快被否定了。因为即使地球核心确实充满着铁、镍等物质,但是这些铁磁物质在温度升高到760℃以后,就会丧失磁性。尤其是地心的温度高达摄氏五六千度,熔融的铁、镍物质早就失去了磁性。因而不可能构成地球大磁体。
第二种看法是认为由于地球的环形电流产生地球的磁场。因为地心温度很高,铁镍等物质呈现熔融状态,随着地球的自转,带动着这些铁镍物质也一起旋转起来,使物质内部的电子或带电微粒形成了定向运动。这样形成的环形电流,必定像通电的螺旋管一样,产生地磁场。但是这种理论如何去解释地球磁场在历史上的几次倒转呢?
第三种看法认为是地球内部导电流体与地球内部磁场相互作用的结果,也就是说,地球内部本来就有一个磁场,由于地球自转,带动金属物质旋转,于是产生感应电流。这种感应电流又产生了地球的外磁场。因此这种说法又称做“地球发电机理论”。这种理论的前提是有一个地球内部磁场,那么,这个地球内部磁场又是来源于什么地方呢?它的变化规律又是怎样的呢?这又无法解答了。
此外还有旋转电荷假说、漂移电流假说、热电效应假说、霍耳效应假说和重物旋转磁矩假说等等,这些假说更是不能自圆其说。因此,地磁的起源至今仍然是一个谜。
为什么只有运动的电荷才能产生磁场?求解答
运动的电荷会产生磁场,但运动是相对的,当我与电荷以相同的速度运动时,磁场还会存在吗?
答案是不存在,因为磁场的本质是电场的相对论效应。众所周知,相对论效应一般发生在高速或大质量的情况下,例如速度接近光速引发的钟慢效应,巨大质量引起的时空弯曲等等。然而磁场却是一种宏观可见的低速相对论效应。
根据相对论,电场和磁场统一为电磁场,二者构成了一个二阶张量,换言之,电磁场可以分解为电场部分和磁场部分,但是电场和磁场不再具有绝对性,没有明显的分界线,需要根据观测者所在的参考系来决定,在某一参考系中观测者所观测到的是纯电场力,在另一参考系中观测者可能会观测为电场力与磁场力的合力。
简略证明如下:
假设一个相对静止的参考系S,以速度v相对运动的参考系S'。
在参考系S的竖直方向上经过两个电子(电荷量q),运动速度同参考系S'一样为v,方向都沿x轴的正方向。
在参考系S中,由于尺缩效应,电场线会更密集,在参考系S'中的场强为:
E'=E/γ
其中γ是洛伦兹因子:
在参考系S'中的电子相对静止,电子受力为:
根据狭义相对论的钟慢效应等,可得出力的变换公式,将F'变换回S系中:
可见F的大小出现了与速度有关的项,假设表征磁场强度B的公式为:
那么这一项就转变为了磁场中洛伦兹力公式:
任何磁铁都存在南极和北极,那么只有南极或北极的物质存在吗?专业的说,存在像电荷一样的磁荷么。
根据上述理论,磁场是电场的一种相对论效应,这意味着,真正意义上的磁场并不单独存在,磁场就是另一种形式的电场(这正是磁场比电场小得多的原因),所以也就不可能存在磁单极子。然而1931年,狄拉克证明了一个非连续的电荷能够自然地从量子力学里产生出来,前提是假设磁单极子的存在,这样电荷就只能取某一单位的整数倍,这就是狄拉克量子化条件。
因此磁单极子是否存在,仍然是科学界的纷争。假设它不存在,可以简化理论,肯定当前的理论,但是谁又可以肯定当前的理论没有错误呢?假设它存在,则可以解决新的问题,带来新的可能性。所以你希望磁单极子存在吗?
运动的电荷是怎么产生磁场的
电荷运动产生了变化的电场.变化的电场产生磁场.如果电场的变化是均匀的,产生的磁场就是稳定的,如果电场的变化不是均匀的,产生的磁场就是变化的.变化的磁场产生电场.如果磁场的变化是均匀的,产生的电场就是稳定的,如果磁场的变化不是均匀的,产生的电场就是变化的.稳定的磁场周围不产生电场,稳定的电场周围不产生磁场.以上是人类长期观察得到的观察结果.至于为什么是这样,没人能回答该问题.就象用力推桌子,桌子会动一样,为什么推它时会动?天知道!推力大于磨檫力?为什么推力大于磨檫力它就动?为什么有外力作用就动?为什么没外力就保持原来状态?人类通过长期观察,无一例外每次都是这个结果,就把该现象定为事实了.电场与磁场之间的关系也是长期观察得到的事实.]
1、运动的电荷形成电流;
2、正电荷的运动方向,就是电流方向。
注意:这里不涉及到体内的hall effect,对于霍尔效应,
必须用电子的流动方向确定。正电荷的流动方向
形成的电流是conventional current,电子流动的
方向,是elcetron current。
3、电流的流动,按照右手螺旋法则,产生磁场。
上面的说法,只是描述性的说法,而不是本质性的解释。
迄今还给不出本质性的解释,只能描述事实,而不能解
释事实的起因。