关于磁荷的讨论
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第四节磁电荷观点、永磁体人类发现磁现象要早于发现电现象。
最早发现磁现象就是从磁铁开始的,磁铁有N、S两极,它们同号相斥、异号相吸,于是人们假定,在一根磁棒的两极上有一种叫做“磁荷”的东西,N极上的叫正磁荷,S极上的叫负磁荷,同号磁荷相斥,异号磁荷相吸。
后来发现的电现象也有类似情况,电荷也有正、负两种,它们也是同号相斥、异号相吸。
今天,关于磁起源的电流观点因其能够完满地解释各种实验现象,而得到了公认。
而解释磁性的磁荷观点,却由于一直找不到磁单极,渐为人们淡忘。
其实,用磁荷观点建立起的一套理论,与电学理论具有更明显的对称性,磁荷理论阐述的一系列定理、定律和公式,以及用它们所做的问题计算,不仅同样有效,而且有时更为简洁和便于记忆,其根本原因就是,虽然至今没有发现磁单极,但磁偶极子却的确存在,只不过它太难以分解成单个的磁极。
磁偶极子实际就是一个小圆电流的等效模型,“电流说、磁荷说”两种观点的理论正是通过“小电流环——磁偶极子”这个两重性的模型联系起来。
下面通过与电学的对比,简要介绍磁荷观点及由它所建立的磁学理论。
一、磁库仑定律1.点磁荷电学中有点电荷模型,按磁荷观点建立的磁学中有点磁极模型。
同点电荷一样,点磁荷也是“自身的几何线度远小于它与场点之间距离”的磁体。
一根细长磁针两端的磁荷就可以看作是点磁荷。
在早期的理论中,磁荷与电荷完全对称。
电学中有电偶极子模型,例如电介质极化的分子就是正负电荷组成的电偶极子;而磁学中同样有磁偶极子模型,例如磁介质磁化的分子就可以看成由正负磁荷组成的磁偶极子,并在此基础上人们建立起一了整套的磁化理论。
由于磁荷与电荷的相似性,因而在磁偶极子基础上建立的“介质磁化的理论”(简称“磁荷说”)就应该与在电偶极子基础上建立的“介质极化的理论”相对称。
在“电流说”中用B(磁感库强度)和H(磁场强度)两个矢量来描述有介质时的磁场,B是基本场量,而H是辅助量;在“磁荷说”中,用B(磁感库强度)和H(磁场强度)两个矢量来描述有介质时的磁场,但H成了基本场量,而B却成为辅助量。
有关磁荷的几点思考(续)- 卢昌海-本文为年少时的旧作,只代表当年在有关磁荷的几点思考中我认为电磁场理论中并没有不对称性,磁荷的存在并没有物理上的理由。
在本文中,我继续考虑了这一问题,并得到了进一步的观点,即磁荷的存在不仅没有物理上的理由,而且人们为它所建立的理论是错误的。
同时本文将纠正上文所运用的一个错误的论据。
§1 设想中的含磁荷的Maxwell 方程组历史上磁荷观念以及含磁荷的Maxwell 方程组都直接来自于这样一种朴素而又强烈的追求- 追求电磁之间的对称。
由此得到的场方程具有如下形式:(1)·D = ρ×E = -∂B/∂t - J m(2)·B = ρm(3)×H = ∂D/∂t + J e(4)相应的Lorentz 力公式为:f = ρe E + J e×B + ρm H - J m×D (5)其实,人们并没有追求到完全的对称性。
(2) 和(4) 差一个负号,(5) 式中也有类似的情况。
我后面将要说明,这里的负号是无法抹去的,因此,(1) - (5) 究竟比无磁荷的Maxwell 方程在对称性上优越多少并非无可争议,但人们似乎还是满足于这组方程式。
为了表明这一形式在很大程度上是不可避免的,我们可以回忆一下在普通电磁理论中是如何引入磁场的。
无论在相对论中还是在电磁理论中,磁场都是用f = J × B - 即从运动带电粒子受力的角度- 来引进的。
在相对论中这一点表现得尤为明显。
这里需要说明的是,引进磁场的方式并不是唯一的。
比方说完全可以用f = - J × B 来定义磁场。
从某种角度上讲,现有的引进磁场的方式未必是最合理的。
比方说考虑一个电荷沿一直线运动,从物理上讲这种情况具有轴对称性,而且对左右旋也是对称的。
但按定义,电荷产生的磁场却是右旋的,这是破坏左右旋对称性的(用 f = - J × B 定义的磁场是左旋的,同样破坏左右旋对称性)。
磁单极子和磁荷
磁单极子和磁荷是磁学中重要的概念,它们在磁场的研究中起着重要的作用。
磁单极子和磁荷与电学中的电荷和电场类似,可以用来描述磁场的性质和行为。
首先,磁单极子是指在磁场中只存在一个磁极的磁体。
磁单极子在磁学中是一个理想化的概念,实际上并不存在磁单极子,磁体总是同时具有磁南极和磁北极。
然而,通过磁单极子的概念,我们可以更好地理解磁场的性质和磁场线的分布。
磁单极子的磁场与磁荷之间存在类似于库仑定律的磁场定律,可以用来描述磁场的强度和方向。
而磁荷则是磁场中的基本单位,类似于电学中的电荷。
磁荷可以分为正磁荷和负磁荷,正磁荷对应磁单极子的磁北极,负磁荷对应磁单极子的磁南极。
磁荷的单位是安培·米,它描述了磁场的强度和磁场线的分布。
磁荷的存在使得磁场的描述更加准确和完善,可以更好地研究磁场的性质和磁场的相互作用。
磁单极子和磁荷的研究对磁学的发展具有重要意义。
磁单极子的概念帮助我们更好地理解磁场的性质和磁场线的分布,磁荷的引入使得磁场的描述更加完备和准确。
磁单极子和磁荷的研究不仅有助于磁学理论的发展,还在磁场应用和磁场技术的研究中发挥着重要的作用。
总的来说,磁单极子和磁荷是磁学研究中的重要概念,它们对磁场的研究和磁场的描述起着关键的作用。
磁单极子的概念帮助我们更好地理解磁场的性质,磁荷的引入使得磁场的描述更加准确和完善。
磁单极子和磁荷的研究对磁学的发展有着重要的意义,将进一步推动磁学研究的深入和磁场技术的发展。
物理学家麦克斯韦曾经作出如此假设:变化的磁场在其周围激发电场,变化的电场在其周围激发磁场。
这个假设是如此突兀.因为我很难相信机械的物理变化竟会产生出化学变化的结果: 磁场(变化)→电场电场(变化)→磁场这使得我不得不做出如此解释:电磁场是始终存在的;它只不过因为太过均匀才隐藏到了我们的感觉之外;只有等到电场变化或磁场变化的时候(不妨称之为电扰动或磁扰动),这种均匀才被打破,于是我们感觉到场的存在。
这就像只有等到风的出现我们才会感觉到空气存在一样。
如果基于以上假设,那么始终存在的磁场产生的根源是什么呢?会不会是分子电流?显然不准确!因为分子电流的实质仍然是电扰动。
一个没有扰动对象的过程又怎会产生出扰动结果呢?分子电流只不过是使得原本因为太过均匀而隐藏的磁场现身出来了,而不是由它产生了新的磁场。
这样我假设:磁荷是确实存在的--它作为磁产生的根源存在着;而且一个磁单极会像一个电荷一样产生库仑场。
所谓次单极子是一种理想中的物理模型,即只有N或S极的单极磁子,其磁感线类似于点电荷的电场线呈发散或会聚装这样我们就能建立起整个宇宙的电磁大背景了宇宙中电荷与磁荷的分布是如此的均匀以致于它们产生的电磁场也几乎是处处均匀的-这个场的存在就好比一潭平静的湖水。
当没有突兀的电磁变化时,这个场就始终是平静的,而一旦发生了电磁变化,比如说,出现了一个能导致电荷分布不均的突兀的带电体,这种平静的状态就将改变——至少会在局部上改变。
因为大环境总是平衡的,所以不会有什么来平衡这种变化。
一个突兀带电体存在的结果就是出现库仑电场。
这时如果我们再不断的增加突兀带电体的个数,以引起局部范围内电荷分布的再次均匀,所有突兀带电体产生的库仑电场必将平衡,从而局部再现场的均匀——这种结果就好象什么场都不存在了——而这正是宇宙电磁大环境的现状。
平衡并不等于消失。
我们可以如此证明:使某个局部上发生磁扰动,如果电场消失就不应出现电现象。
但事实是,磁扰动的结果是出现涡旋电场。
题目:磁荷的引入姓名:黄庆摘要:磁单极子如果存在将会给整个电磁学理论带来极大的好处,maxwell 方程组将会变得高度对称,然而为什么会有磁荷的存在,磁荷存在的理由在哪里,如果磁荷真的存在我们电磁学理论又将如何,我想要做的也就是这些问题的讨论。
从理论上推出磁荷存在的道理,并在磁荷的基础上修改现有的一些理论,从而发现高度的对称性。
正文:我们知道maxwell 方程组:积分形式:⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⋅∂∂+=⋅=⋅⋅∂∂-=⋅=⋅⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰cs s s v sc cd t d d d t d dV d S D j l H S B S B l E S D 0c 0)(0ρ 微分形式:tt∂∂+=⨯∇=⋅∇∂∂-=⨯∇=⋅∇D j H B B E D 00ρMaxwell 方程组并从形式上并不对称,那么其根源在磁荷的论断是为什么?在电磁学的教科书上已经给出了有关磁荷理论推导,但是我对这样的理论有如下的疑问:书上的推导是在在闭合线路中没有电流穿过的情况进行的,我的疑问是,为什么一定要在没有电流穿过的情况下推导,如果磁荷真的存在,那么一个数学表达式就应该对所有的情况成立,电流是否穿过闭合曲线导致物理表达式形式的不同就只能说明理论的不完备。
而我想做的就是找到这样一个完备的解释使得对所有经典电磁情况都能做出合理的解释。
库仑曾经提出过磁场中的库仑定律如下 r F 30214rq q m m πμ= 21m m q q 是磁荷然而实验上只能得到毕奥—萨伐尔定律304r Id πμr l ⨯=B对比静电场中的理论真空中静电场由库仑定律高斯定理环路定理描述形式如下⎰∑⎰⎰=⋅=⋅=c l E S E F 043021d q d rq q s 0r επε 相应的磁场的定理(目前的理论)是∑⎰⎰⎰=⋅=⋅⨯=I d d r Id c s 03004μπμl B S B B r l由此可以很显然的发现磁场与电场的不同之处,即毕奥—萨法尔定律在磁场的形式并不等价于库仑定律在电场中的地位。
磁荷观点下的条形磁铁
根据磁荷观点(也称为极点观点),磁铁在基本粒子水平上被看作是由一对磁荷构成的。
磁荷是一种与电荷类似的物理性质,但只能存在于整数倍的电子电荷单位。
这意味着磁荷可以是正值或负值,且不存在磁单极(只有一个磁荷)。
对于条形磁铁,根据磁荷观点,它被认为是由很多微小的磁荷组成的,这些磁荷按一定的排列方式形成一个有序的整体。
在条形磁铁中,不同的区域具有不同的磁荷排列方式,从而产生了磁场。
根据磁荷观点,磁铁的正极和负极之间存在一个虚拟的磁荷轴,垂直于磁铁的长度方向。
从正极到负极沿着这个轴线,磁场是从正指向负的。
这意味着在条形磁铁的两个端面上,会出现磁场线从正极流向负极的情况。
总而言之,在磁荷观点下,条形磁铁被认为是由微小的磁荷组成的,具有极点(正极和负极),并且在其两个端面上会出现相应的磁场线分布。
磁荷守恒的深入解读磁荷守恒的深入解读磁荷守恒是指在任何一个封闭的系统中,磁场的总磁荷保持不变。
这一原理深入解读了磁场的性质和行为,对于磁学的研究和应用具有重要意义。
首先,磁荷守恒的原理可以通过磁感线的连续性来解释。
磁感线是描述磁场的一种方式,它们在空间中形成闭合的曲线。
根据磁感线的连续性,磁场中的磁荷不能被创建或销毁,只能通过磁场之间的流动来改变位置。
这意味着,在任何一个封闭的系统中,磁场中的磁荷总数保持不变。
其次,磁荷守恒的原理也可以通过安培环路定律来解释。
安培环路定律是磁学中的基本定律之一,它描述了磁场中磁场强度的变化与电流和电荷之间的关系。
根据安培环路定律,磁场中的磁场强度的变化是由电流和电荷的分布所决定的。
如果系统中没有电流或电荷的变化,那么磁场中的磁场强度也不会发生变化,从而保持磁荷的守恒。
磁荷守恒的原理在实际应用中具有广泛的意义。
在电磁学中,磁荷守恒的原理是解释电磁感应现象的基础,它揭示了磁场和电场之间的相互作用。
在磁共振成像技术中,磁荷守恒的原理被用来解释磁共振信号的生成和检测过程。
磁荷守恒的原理还被应用于磁性材料的研究和开发,帮助科学家们理解和控制磁场中的磁场强度分布。
然而,磁荷守恒的原理也存在一些限制。
目前,科学家们尚未发现磁单极子,即只有南极或只有北极的磁荷。
根据磁荷守恒的原理,磁单极子的存在将会违反磁荷守恒。
因此,目前我们所了解的磁场都是由正负两种磁荷构成的。
总结起来,磁荷守恒的原理深入解读了磁场的性质和行为。
它告诉我们在任何一个封闭的系统中,磁场的总磁荷保持不变,通过磁场的流动来改变位置。
这一原理在电磁学和磁共振成像等领域的研究和应用中起着重要的作用。
然而,目前我们还没有发现磁单极子的存在,这也是磁荷守恒原理的一个限制。
随着科学的发展,我们相信对于磁荷守恒的理解和应用会越来越深入。
电荷与磁荷的相关性探究电磁力是控制我们周围世界的重要力量之一。
它可以通过电荷和磁荷之间的相互作用来产生。
电荷和磁荷是物质中极其重要的性质,它们之间存在着密切的联系和相互作用。
本文将探讨电荷和磁荷的相关性,并了解它们之间的相互作用。
首先,我们来了解一下电荷的概念。
电荷是一种基本的物质性质,具有正电荷和负电荷两种形式。
带有相同电荷的物体会相互排斥,而带有不同电荷的物体则会相互吸引。
这就是库仑定律的基本原理,描述了电荷之间的相互作用。
然而,不仅存在电荷相互作用,还存在磁荷的相互作用。
磁荷可以看作是负电荷的对应物。
磁荷存在于一些特殊的粒子中,例如在磁单极子中。
与电荷类似,磁荷也具有相互吸引和排斥的特性。
然而,目前尚未实验观测到磁单极子,所以磁荷的概念仅限于理论中。
尽管磁荷的实际存在还没有得到证实,但电荷和磁荷之间存在着密切的联系。
根据麦克斯韦方程组,改变的磁场可以产生电场,而改变的电场可以产生磁场。
这意味着电荷和磁荷之间的相互作用是通过电场和磁场的相互关系来实现的。
电场是由电荷产生的空间中的力场。
当一个电荷存在时,它周围就会形成一个电场。
任何受力体都会受到该电场的作用力。
而磁场则是由磁荷产生的空间中的力场。
尽管我们目前无法观测到独立存在的磁荷,但磁场仍然存在于磁物质中,可以对其他物体施加力。
在日常生活中,我们可以通过一些实验来证实电荷和磁荷之间的相互作用。
例如,当我们将电流通过导线时,会产生一个磁场。
这个磁场可以通过将磁铁靠近导线进行观察来实验验证。
我们会发现,磁铁受到了导线周围磁场的作用,并产生了相应的运动。
此外,在实验中还可以观察到电磁感应现象。
当磁场的强度发生变化时,会在周围产生感应电流。
这个现象被应用于发电机的工作原理中。
通过旋转磁场,可以产生感应电流,从而将机械能转化为电能。
总结一下,电荷和磁荷之间存在着密切的联系和相互作用。
尽管磁荷的实际存在仍然是一个未解之谜,但电荷和磁荷之间的相互作用通过电场和磁场的相互影响来实现。
磁荷与磁流全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:磁荷与磁流作为磁学中的基本概念,对于理解磁场的产生和变化具有重要的作用。
磁荷是指与电荷类似的磁场源,磁流则是描述磁场在空间中的传播和变化。
本文将从磁荷与磁流的基本概念、特性和应用等方面进行详细介绍。
一、磁荷的基本概念磁场是由磁荷产生的,磁荷是磁场的源。
磁荷是一个磁性极子,具有磁性,但与电荷不同的是,目前尚未观测到自然界中存在独立的磁荷,也就是说,磁荷总是以对偶现象的形式出现。
在电动力学中,电荷是负载,通过电场相互作用,而在磁学中,磁荷则是通过磁场相互作用。
由于缺乏观测到的独立磁荷,所以磁荷的性质和量纲等并没有一个明确的数学描述,但在理论和模型中,磁荷的概念仍然有其必要性和意义。
磁流是磁场在空间中的传播和变化形式。
在磁学中,磁场的传播是通过磁介质的磁化和磁导率等物理性质实现的。
类似于电场在自由空间和介质中的传播一样,磁场也可以在磁介质中传播,并且在磁介质中的传播具有类似电介质介质中的效应,包括磁导率、磁阻、磁化强度等。
磁流可以通过磁场线、磁场强度等物理量来描述,磁场线描述了磁场的方向和强度分布,磁场强度则告诉我们在空间中磁场的强度大小。
三、磁荷和磁流的特性磁荷和磁流有着一些共同的特性,比如它们都是矢量量,有方向和大小等属性。
磁荷和磁流都遵循麦克斯韦方程组,从而描述了它们在空间中的分布和变化规律。
磁荷和磁流的产生和相互作用导致了磁场的产生和演化,包括磁场的变化和传播等现象。
在磁场的传播中,磁荷和磁流的作用不可或缺,它们决定了磁场的形态和特性,并且影响了磁场的强度和分布。
磁荷和磁流在实际应用中有着广泛的应用,比如在磁共振成像、磁性存储器、磁性传感器等方面都有着重要的作用。
磁共振成像利用磁场和磁流相互作用的原理来获取人体组织的影像,从而实现对人体器官和病变的诊断。
磁性存储器利用磁性材料的磁化特性来存储数据,通过磁场的分布和变化来实现数据的读写操作。
磁性传感器则利用磁场的变化和磁感应效应来探测物体的位置和运动状态,从而实现磁场传感的应用。
磁荷与磁流-概述说明以及解释1.引言1.1 概述磁荷与磁流是电磁学中重要的概念,它们对于理解和研究磁场的行为和性质至关重要。
磁荷是指在磁场中产生磁势能的源,类似于电场中的电荷,可以分为正磁荷和负磁荷。
磁流则是指磁场中传递的能量流动,类似于电流,由磁荷的运动产生。
磁荷和磁流是磁场形成的基础,也是磁场与其他物理量相互作用的重要媒介。
磁荷的概念最早由法拉第提出,他发现了磁场中存在磁荷,从而揭示了磁场与电场之间的关系。
与电荷不同的是,磁荷通常不会独立存在,而是与电荷相辅相成,共同构成了电磁场。
磁流的概念则是由麦克斯韦在对电磁现象的研究中提出的。
他发现,在磁场中存在一个环路积分值为非零的量,即磁通量。
这个积分值可以看作磁场中的能量流动,也可以被理解为磁流。
磁流的存在使得磁场具有了动态性和能量传递的能力。
磁荷和磁流密切相关,它们之间存在着紧密的联系。
通过磁荷的运动,磁场中会形成磁流,从而产生了磁场的变化。
反过来,磁场的变化也会影响磁荷的运动。
这种互相作用的关系使得磁荷和磁流成为了研究磁场行为和性质的重要手段。
总之,磁荷和磁流是磁场形成的基础,它们的存在和相互作用使得我们能够理解和研究磁场的行为和性质。
在未来的研究中,我们还可以进一步探索磁荷和磁流的性质,以及它们与其他物理量的关系,为电磁学的发展做出更加深入和全面的贡献。
1.2 文章结构:本文将围绕磁荷和磁流展开探讨,旨在深入了解它们的概念和特性,并研究它们之间的关系。
文章主要分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分,将对文章进行一个简要的概述,介绍磁荷和磁流的基本概念及其在物理学中的重要性。
接着,说明文章的结构,列出各个章节的内容和主要讨论的重点。
最后,明确本文的目的,即为读者提供对磁荷和磁流的全面了解,强调它们在科学研究和实际应用中的意义。
正文部分将分为三个章节。
首先,将详细介绍磁荷的概念和特性。
通过阐述磁荷的定义、单位以及一些基本性质,让读者对磁荷有一个清晰的认识。
有关磁荷的几点思考- 卢昌海-Maxwell 方程组·D = ρ ×E = -∂B/∂t·B = 0 ×H = ∂D/∂t + J (1)的既对称又不对称的形式使人们很容易想到磁荷并写下存在磁荷时的场方程:·D = ρe×E = -∂B/∂t - J m·B = ρm×H = ∂D/∂t + J e(2)方程式(2) 似乎体现了电与磁之间的完全对称性,但事实不然。
最明显的不对称性就在于(2) 式的两个旋度方程差一个符号,这一符号足以表明电磁之间仍存在某种形式的不对称性。
如果说电荷产生电场与磁荷产生磁场的规律完全一致(这正是人们所希望的完全对称性),比如Coulomb 定律为:E = q e/ 4πε0r2H = q m/ 4πμ0r2(3)那么最后归结到(2) 时怎么会差一个符号呢?后面我们将看到,若存在作为电荷的完全对称体的磁荷,它的静场满足(3),那么电磁场方程确实是完全对称的,不过不同于(2)。
得出(2) 的原因在于未能真正理解(1) 的含义及(1) 中 B 的来源。
但在讨论这点之前我将要说明:根据迄今为止,以相对论为基础的电磁体系,根本不存在引进磁荷的对称性要求。
事实上,磁场纯属电场的运动效应,对此的各种讨论见[注一]。
引进磁场乃是作为描述运动系中电荷产生的电场的附加项,并非独立客体,作为它的源的磁荷当然也无存在的必要了。
从数学上也可以看出这点,相对论性的电磁势方程为:□2φ = -ρe/ε0□2A = -μ0J e(4)其中并无任何不对称性,φ 由ρe产生,A 本质上也是电起源的。
作一些单位的调整并引进四维势还可以将(4) 式写成□2Aμ= -Jμ, 从中更可以看出电磁之间本没有什么不对称性。
历史和我们开了一次大玩笑,事实上人们对磁荷的猜测来源于两点:1.磁石曾被作为磁现象独立地研究。
2.将全部注意力投入到(1) 式中(即使在相对论之后),从形式上受启发而提出磁荷观点。
磁场的能量守恒与磁荷守恒磁场是物理世界中一种重要的力场,它在许多方面发挥着重要的作用。
磁场的能量守恒和磁荷守恒是磁场理论中的两个基本原理,它们对于理解和应用磁场具有重要意义。
一、磁场的能量守恒磁场的能量守恒原理是指在一个封闭系统中,磁场的能量保持不变。
磁场的能量主要来源于电流和磁矩,而它的能量变化可以通过对电流和磁矩的物理量进行积分来描述。
磁场的能量密度可以表示为:$$\frac{dW}{dV} = \frac{1}{2}B^2$$其中,$W$表示磁场的能量,$B$表示磁场的磁感应强度。
从上式可以看出,磁场的能量密度与磁感应强度的平方成正比,即磁场越强,能量密度越大。
利用磁场的能量守恒原理,我们可以研究磁场的产生和变化。
例如,在电磁铁中,当通电时,由于电流的存在,会产生磁场,并且磁场的能量将从电流中提供。
另外,当电流瞬时消失时,磁场的能量将迅速转化为其他形式的能量,如热能。
二、磁荷的守恒磁荷守恒原理是指在一个封闭系统中,磁荷的总量保持不变。
磁荷可以是带有磁性的物质或带电粒子,其磁荷大小的变化可以通过对磁场的物理量进行积分来描述。
磁荷的守恒原理在电磁理论中扮演着重要的角色。
根据电磁力学的基本方程组,由麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律可以得到磁场和电场的守恒量。
电磁理论中的磁荷守恒方程可以表示为:$$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$$其中,$\nabla \cdot \mathbf{B}$表示磁场的散度。
这个方程表明,磁场没有源,即磁荷不存在净产生或消失的过程,磁荷的总量在封闭系统中保持恒定。
磁荷守恒原理的应用非常广泛。
例如,在电磁感应中,当一个磁场通过一个闭合线圈时,线圈中的磁荷将发生变化。
根据磁荷守恒原理,闭合线圈中的磁荷的总量将保持不变。
三、磁场的能量守恒与磁荷守恒关系磁场的能量守恒和磁荷守恒是密切相关的。
它们之间的关系可以通过磁场的物理量进行分析。
根据电磁理论的基本方程组,磁场的变化可以通过电流和电场的变化来描述。
关于si单位制中磁荷的单位磁荷是物质中具有磁性的微观粒子所带的电荷。
在国际单位制(SI)中,磁荷的单位是安培-米(A·m)。
磁荷的概念源于对磁场的研究。
磁场是由磁荷产生的,磁荷的运动或者排列形成了磁场。
在磁场中,磁荷会受到磁力的作用,磁力的大小与磁荷的大小和磁场的强度有关。
因此,磁荷是磁力的基本量度。
在SI单位制中,磁荷的单位是安培-米(A·m)。
这个单位可以通过安培(A)和米(m)两个基本单位来表示。
安培是电流的单位,表示单位时间内通过导线截面的电荷量。
米是长度的单位,表示物体的长度。
安培-米表示电流在一个长度为米的导线上所携带的电荷量。
磁荷的单位安培-米在物理学中有广泛的应用。
例如,在电磁学中,磁场的强度可以用磁通量密度来描述,其单位是特斯拉(T)。
磁通量密度是单位面积上通过的磁通量,而磁通量则与磁荷的数量有关。
在计算磁通量时,可以使用磁荷的单位安培-米来简化计算。
磁荷的单位安培-米也可以用于描述磁性材料的特性。
磁性材料中的微观粒子具有磁性,它们的磁荷会相互作用,导致材料整体上表现出磁性。
磁性材料的磁性强度可以通过磁荷单位安培-米来衡量。
磁荷的单位安培-米的引入,使得磁场和磁性材料的研究更加精确和方便。
通过使用磁荷单位安培-米,可以量化和比较不同物质中的磁性,也可以计算磁场中的磁力和磁通量。
这对于电磁学和材料科学的研究和应用都具有重要意义。
SI单位制中磁荷的单位是安培-米(A·m)。
磁荷是物质中具有磁性的微观粒子所带的电荷,它在磁场中会受到磁力的作用。
磁荷的单位安培-米可以用于描述磁场和磁性材料的特性,方便进行磁场和磁性材料的研究和应用。
磁荷观点是一种解释磁现象的观点,它认为磁体中存在着一种叫做磁荷的粒子,它们可以像电荷一样相互作用并产生磁场。
磁介质是指具有磁性的材料,它可以被磁化并产生磁场。
在磁介质中,磁性原子或分子自身具有一定的磁矩,当外加磁场作用下,这些磁矩会重新排列并形成一个宏观上可观察的磁场。
根据磁荷观点,磁介质中的磁场可以通过磁荷之间的相互作用来解释。
当磁介质中的磁矩重新排列时,磁荷会发生运动并产生磁场。
这种磁场的产生是由于磁荷在空间中的运动而形成的。
磁介质在磁化时,可以分为顺磁性和铁磁性两种情况。
顺磁性磁介质中的磁矩会在外加磁场的作用下与之相同方向排列,增强外磁场,而铁磁性磁介质中的磁矩则会在外磁场的作用下与之相反方向排列,减弱外磁场。
总之,磁荷观点认为磁介质中存在着一种叫做磁荷的粒子,它们可以像电荷一样相互作用并产生磁场。
磁介质在磁化时,磁荷之间的相互作用会导致磁场的形成。
关于si单位制中磁荷的单位磁荷是物质中所带有的磁性属性的量度,它是国际单位制(SI)中的一个基本单位。
磁荷的单位为安培-米(A·m),表示物体所携带的磁性能量。
磁荷是磁场的源头,它类似于电荷,但是具有不同的属性。
磁荷的存在使得物体具有磁性,可以相互吸引或排斥。
磁荷的单位是安培-米,其中安培是电流的单位,米是长度的单位。
磁荷的概念最早由英国物理学家吉尔伯特在16世纪提出。
他在研究磁石时发现,磁石具有两种磁性,即南极和北极。
他将这种磁性称为磁荷,并提出了磁荷存在的概念。
磁荷的大小可以通过磁感应强度来测量。
磁感应强度是单位面积上通过的磁通量的大小,它与磁荷的大小成正比。
磁感应强度的单位是特斯拉(T),它等于每平方米通过的磁通量的安培数。
磁荷的存在使得物体具有磁场,磁场是一种物质中存在的力场。
磁场可以通过磁荷的分布来描述,它是磁力的来源。
磁力是磁场中的物体所受到的作用力,它的大小与磁荷的大小和距离有关。
磁荷的单位安培-米可以通过电流和磁感应强度的关系来解释。
根据安培定律,电流所产生的磁场与电流成正比,与磁感应强度成正比。
因此,磁荷的单位安培-米可以理解为单位电流产生的单位磁感应强度。
磁荷在许多领域都有重要的应用。
在电磁学中,磁荷是电磁波的传播介质,它通过磁场的变化来传递能量。
在磁共振成像中,磁荷可以通过调节磁场的强度和方向来控制成像过程。
在磁性材料中,磁荷是材料具有磁性的基础。
总结一下,磁荷是物质中所带有的磁性属性的量度,它的单位是安培-米。
磁荷的存在使得物体具有磁性,并且可以相互吸引或排斥。
磁荷的大小可以通过磁感应强度来测量,它与磁荷的大小成正比。
磁荷在电磁学和磁共振成像等领域有着重要的应用。
通过对磁荷的研究,我们可以更加深入地了解磁性现象的本质,并且应用于实际生活和科学研究中。
题目:磁荷的引入
姓名:黄庆
摘要:磁单极子如果存在将会给整个电磁学理论带来极大的好处,maxwell 方程组将会变得高度对称,然而为什么会有磁荷的存在,磁荷存在的理由在哪里,如果磁荷真的存在我们电磁学理论又将如何,我想要做的也就是这些问题的讨论。
从理论上推出磁荷存在的道理,并在磁荷的基础上修改现有的一些理论,从而发现高度的对称性。
正文:
我们知道maxwell 方程组:
积分形式:
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⋅∂∂+=⋅=⋅⋅∂∂-=⋅=⋅⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰c
s s s v s
c c
d t d d d t d dV d S D j l H S B S B l E S D 0c 0)(0ρ 微分形式:
t
t
∂∂+=⨯∇=⋅∇∂∂-=⨯∇=⋅∇D j H B B E D 00
ρ
Maxwell 方程组并从形式上并不对称,那么其根源在磁荷的论断是为什么?
在电磁学的教科书上已经给出了有关磁荷理论推导,但是我对这样的理论有如下的疑问:
书上的推导是在在闭合线路中没有电流穿过的情况进行的,我的疑问是,为什么一定要在没有电流穿过的情况下推导,如果磁荷真的存在,那么一个数学表达式就应该对所有的情况成立,电流是否穿过闭合曲线导致物理表达式形式的不同就只能说明理论的不完备。
而我想做的就是找到这样一个完备的解释使得对所有经典电磁情况都能做出合理的解释。
库仑曾经提出过磁场中的库仑定律如下 r F 30214r
q q m m πμ= 21m m q q 是磁荷
然而实验上只能得到毕奥—萨伐尔定律
304r Id πμr l ⨯=B
对比静电场中的理论
真空中静电场由库仑定律高斯定理环路定理描述形式如下
⎰∑⎰⎰
=⋅=⋅=c l E S E F 0
43021d q d r
q q s 0r επε 相应的磁场的定理(目前的理论)是
∑⎰⎰⎰=⋅=⋅⨯=I d d r Id c s 03
00
4μπμl B S B B r l
由此可以很显然的发现磁场与电场的不同之处,即毕奥—萨法尔定律在磁场的形式并不等价于库仑定律在电场中的地位。
而且很显然发现磁场在任意闭合曲面的通量是零,但是电场却为电荷的代数和除以0ε而磁场对闭合曲线的环量是电流代数和乘以0μ从这里发现磁场与电场在通量和环量的结论上是相反的。
几乎每本教科书上都会对磁荷进行说明,那就是,当磁单极子被发现时,磁场就和电场完全对称,那么我对这句话是保有疑问的,对于静电场,它是有源无旋场,而磁场是无源有旋场,那么当磁单极子出现的时候,磁场也就变成有源场,那么磁场的会像电场一样变成无旋场吗?
注:这里所有的讨论都是在静磁场和静电场的大前提下讨论的,因为在电磁感应理论中在变化的磁场产生有旋的感生电场。
在整个电磁理论中,都是基于两个实验结论去建立的,即库仑定律和毕奥—萨伐尔定律,在这个前提下物理学家做了很多的理论,物理学所要达到的目标也就是用合适的理论去描述我们的世界,而这些理论我们是没有办法判断其正确性的,但是我们可以证伪,即判断其是
否是错的,当与自然现象不符时,那么就可以说这个理论是错的,或者说是局限的,物理学史上的多数理论发展都是这样的
那么对于现在这样一个问题,我假设磁荷是存在的,而且可以认为磁场是由它激发的,那么我们需要解决的问题是在磁荷理论下这个体系怎么去描述,磁场已经不是无源场了,仅仅将磁场的表达式写成库仑定律的形式吗?答案很显然是否定的。
考虑磁场的Gauss 定理
⎰⎰=⋅s d 0
S H
对于这个表达式我可以有这样的想法
即假设真空中的静磁场满足如下Gauss 定理
⎰⎰∑=⋅s m q d 0
μS H 那么现实中我们观测到的所有磁场的Guass 公式
可以解释为在这个闭曲面中存在等量的正负磁荷或者曲面内就不存在磁荷。
这是很好解释的 但是对于
∑⎰=⋅0I d l l H
解释就不那么容易了,对比静电场的理论
0=⋅⎰l
d l E 首先有个问题就是这俩个表达式中的H 和E 的物理意义是不是一样的,如果H 和B 的物理意义不同那么就没有理由去讨论H 和E 的对称性,即maxwell 方程组的不对称性是必须的,而且在现在的理论基础上市不可消除的。
现在先解决这个问题。
对于一固定的磁场我不防做这样的假设,即我们以人类的眼睛去看是现在的电磁场理论,那么以一个外星人的眼睛去看磁场是这样的、
r S 304r q m
πμ=
我们需要判断,这个外星人看的对不对。
这个场是满足0=⨯∇S 的,所以外星人所定义的向量场是一个无旋场,这个场应该满足静电场的Gauss 定理和环路定理。
这个场是怎么样的不重要,关键我们需要找到新定义的这个场与人类现有理论中场的关系,因为外星人和我们看到的是同一个场,要么我们两者的理论是等价的,要么是我们当中有一个是错误的。
首先我们要追溯到最本源的东西,就是现行理论中磁感应强度B 是怎么来的,易知它是由B v F ⨯=q 定义的。
在S 这个表达式中m q 是
新的物理量,它自有它自己的度量方式,我们人类也可以度量它,只要它存在,虽然与外星人不同,但是两者之间无非是常数倍的差异,同时我们可以假定外星人的r 和π和我们的是相同的,所以外星人和人类的理论只会在解析的形式上有差异,而不会存在因度量问题导致的理论差异。
在闭合回路没有穿过电流时候有如下的式子
00=⋅=⋅⎰⎰⎰
∑l
s m d q d l H S H μ
这时发现人类的定义的磁场的Gauss 定理以及环路定理和静电场的相同,所以H 满足S 这样的形式一定是这个方程的解,我可以认为H 就是具有S 场的形式,那么我们可以得出在没有电流穿过闭合回路的条件下,外星人的理论和人类的理论是等价的。
那么我们再考虑有电流穿过的情况,此时0j H =⨯∇,很显然H的旋度不为0,这样磁场的环路定理与静电场环路定理的对应就受到电流是否穿过回路的限制。
但是这样的情况有着更深的物理含义,等式的右边0j 是电流强度,实际上是电场,我们也可以理解为定向运动的电荷,到此也就发现了问题的关键:
可以认为静电场的旋度为零的关键原因是没有磁单极子流过它的环路,就好像我们可以认为在磁场的闭曲面内没有磁荷,所以造成它通量始终为0.。
即我认为,静电场中r E 30214r q q πε=我们可以认为它与我找到的r S 30
4r q m πμ=是对称的,而当有磁流存在时,这个静电场的库仑定律也就不成立了,应该再加一项,这一项的旋度就是磁流密度。
我们恰好知道了这样一个东西的两个面,磁场表示了有旋无源的一面,而电场表现了无源有旋的一面。
即我们可以从此把这样的场给描述出来即
真空中的静电场:
33
044r d I r q
m ππεr l ⨯+=r E 真空中的静磁场: 33044r
Id r q m
ππμr l ⨯+=r H 由此可以看出在这样一个理论中,静磁场和静电场是高度对称的。
同时我们不得不感谢暂时没有没有发现磁荷,因为磁荷存在情况下的电场荷磁场的表达式变得比较复杂,同时由这我们可以看出,maxwell 设计的库仑定律的示零实验,在此就很难做的出来。
这样一个理论可以有一个很好的应用,我们可以利用此原理寻找磁单极子,在静电场中 因为有33044r
d I r q
m ππεr l ⨯+=r E 即 m j E =⨯∇,对于不随时间变化的磁场,当存在磁流
时静电场就会出现有旋性。
只要存在外部的电荷,旋转的磁场变会立即使其受到里发生运动,因此,可以根据此原理设计检测磁单极子的方法:
此原理在实验上会有如下两个困难:
① 要有连续的磁单极子存在
② 要保证磁场是静磁场,不随时间变化。
根据上述理论
可写出磁荷存在下的maxwell 方程组就是
共轭变换CM
−→− 空间反衍P
−→−
时间反衍T
−→− • Maxwell 电磁理论具有(电磁)共轭变换不变性,空间
反演不变性和时间反演不变性.
• Maxwell 电磁理论在CM PT 联合反演下不变. ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧∂∂+=⨯∇=⋅∇∂∂--=⨯∇=⋅∇t t e m
m e
D j H B B j
E D ρρ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧→→-→-→t
t m m e e r
r ρρρρ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-→-→-→-→B B E E j j j j m m e e t t ∂∂→∂∂∇→∇,⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧→-→→→t
t m m e e r r ρρρρ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧→-→-→-→B B E E j j j j m m e e t t ∂∂→∂∂-∇→∇,⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-→→→→t
t m m e e r
r ρρρρ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-→→-→-→B B E E j j j j m m e e t
t ∂∂-→∂∂∇→∇,。