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电磁场相对性及统一性的探讨

时间:2013-08-17 11:46 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:陈福强 点击次数:

  基于电场与磁场的内在联系,根据麦克斯韦方程组实现了电磁场的统一。电场和磁场基于麦克斯韦方程组而统一为电磁场,也就是说,电场和磁场不是独立存在的,电磁场中,电场与磁场的关系非常的紧密,当在特定的条件下,电场和磁场能够实现转化。然而,电磁场内电场与磁场的统一也是相对的,实际上两者的关系是对立统一,基于相对论理论,分析电场中点电荷,从而对电磁场内电场和磁场的对立与统一进行探讨。

  一、问题的提出--点电荷场

  在空间内,假设存在一个点电荷,其带电量是,在惯性系内,点电荷处于静止状态。基于电磁场理论,在惯性系内存在着静电场,该静电场的场强是:

  同时,选择另外的惯性系,和惯性系相比,惯性系是运动的,其速度是,此时,当在惯性系内对惯性系中的点电荷的场进行观察时,此时电场和磁场是同时存在的。

  二、电场与磁场的关系分析

  上述分析中,如果仅仅在惯性系中,那么发现仅存在静电场,但是如果在惯性系中观察,那么就会发现既存在电场也同时存在磁场。其原因在于惯性系的选取不同,从而使得电场与磁场进行了转化。

  基于爱因斯坦的相对论:在相对做匀速直线运动状态下的所有的惯性系中,期刊论文发表包括力学与电磁学的所有的物理全部成立,换句话说,在洛伦兹变换中,包括力学,电磁学等在内的全部的物理定律方程式形式均保不会改变。因此,在洛伦兹变换下,洛伦兹公式与麦克斯韦方程组的形式也不改变。为了计算的方便,进行简化,相对于惯性系,惯性系沿着X轴的正方向以大小为的速度运动,很容易证明,在惯性系转化中,电场与磁场存在着如下的变换关系:

  正变换:逆变换:

  其中,惯性系,中场强的分量分别用,,,,,;是惯性系相对于的速度;为光速。当相对速度远远小于光速时,变换式除了下列各式,其他都相等。

  及

  在惯性系中,点电荷q在坐标原点处于静止状态,则场强的三个坐标分量为

  磁场,在惯性系中同时存在磁场与电磁,为了计算的简化,时,惯性系和惯性系重合,可以得到

  惯性系与惯性系示意图

  按照电磁场变换关系得到:

  由于相对速度远远小于光速,所以,近似等于1,,得到下列各式:,,,,,

  三、结束语

  根据上文分析结果,电场中电场强度反映了电场大小和性质,磁感应强度反映了磁场的大小和性质,在惯性系变换时,两者都发生了变化。也就是说,电场与磁场并不能独立存在,是电磁场中不同的表现形式,由于空间变化,某一个场变性质表现强,另外一个场的性质相对变弱,因此,与之对应的量也在相对变化。基于此,事实上,电场与磁场是电磁场的不同表现形式,具有相对统一性。

  参考文献:

  [1]P劳兰,等著,陈成钧,译.电磁场与电磁波[M].人民教育出版社

  [2]李椿,等.大学物理[M].高等教育出版社

  [3]王周恕.电磁场的相对性和统一性[J].中国民航学院学报.2010(8):92-97

 


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