| 我们如何能得到电磁场作为一种物质的存在方式,具有能量、动量呢? 以下讨论参考复旦大学周磊老师电动力学讲义(非常推荐的一位老师,讲课注重物理的讲解,非常精彩!) 我们从两方面来看: 1.实验发现,我们将源关掉,在一段时间内,空间的电磁场不会立即消失,依旧有对带电体做功及改变其动量的能力。 2.考虑源点荷、电流建立电磁场的过程。以电场为例,最终电场可看作原本散落在无限远处的一系列点电荷组成。为了建立电场,我们通过做功把电荷从无穷远处准静态地一个一个搬过来,最后电场建立完成,外力在过程中做的功不会无缘无故的消失,于是我们可以认为能量转化为了电磁场的能量。 既然大家已经认可了,电磁场是有能量和动量的一种物质存在,那我们用数学的语言来把其表述出来。(如果不认可,那就不认可吧。。。也可以看作场是计算电力、磁力的一个中间步骤) 1.真空中电磁场的能量守恒注意:磁场对电荷不做功 我们先考虑单位时间内场对电荷的做功 我们来看改写箭头指向的式子,很直观。 等号右边,符号表示能流流进闭合曲面,流入的能流转化为了什么呢?可以看到,一部分转化为了物质的机械能量,另一部分则是电磁场的能量! 我们可以进一步对能量守恒这个式子进行讨论 可以清楚地看到,无源区,能量守恒的形式与流体力学连续性方程、电荷守恒定律如出一辙。这样也再次说明了电磁场是一种物质。 (ps:昨天我妈看我文章,说我用纸的反面写,影响美观,但是这样环保呀!当大家看到这种背面墨水印过来时,感觉很不爽时,想一想我们的大自然、为我们抵御风沙的树木,哈哈哈哈,扯远了,接着讲) 实践是认识的基础、来源、目的、发展动力和检验标准。(不要走同学,你没有走错,这里是马克思主义哲学.. 哦不对,电动力学专场) 让我们来看一个例子,从实践中体会一下能量守恒 缓慢充电的电容器 (ps:中间有个细节,我没太搞明白,如果看到这篇文章的你有见解,可以私聊我。可以看到电容器在缓慢充电中产生了磁场,那么为什么电容器中总能量只包含了电场贡献,如果加上了磁场能量,那么就推导不出能量守恒定律了。感觉有点bug) 忽略细节,我们从这个计算中可以看到一个新的物理图景。以前我们认为电容器中能量是电荷从导线里带过来的,但这里可以看到能量是从电容器外面的空间通过电容器侧面流入。 推而广之,任何一个静电状态的建立。在建立过程中,电场会发生变换,因而由于位移电流产生磁场,这样在建立过程中有能流存在,一点一点的把能量运进来。(可以看到电场磁场是好哥们,磁场帮着电场运能量,却不求回报) 2.介质中电磁场的能量守恒既然在空间中存在介质,那就会有极化电荷、极化电流、磁化电流。电磁场却不认得电荷、电流前面的定语,只要是电荷、电流,他就饥不择食地作用上去。(词好像用的...难以描述) 这两种能量是截然不同的 我们把第二项——极化能,归于电磁场在介质的能量中,也就是我们把电磁场和电磁介质看作一个整体,一个系统,一个阵营。 推导与真空中的大同小异,我们直接给出结果,但要注意介质是线性无色散介质。 运用这个式子的时候要特别注意,我们把电磁场与电磁介质放在一起,作为一个整体。 也就是说,流入的能流,变成了传导电荷的机械能(或进一步与外界交换出去的热能)和电磁场+电磁介质中储存的能量。 |
电磁场的能量与动量——能量
我们如何能得到电磁场作为一种物质的存在方式,具有能量、动量呢?以下讨论参考复旦大学周磊老师电动力学讲义(非常推荐的一位老师,讲课注重物理的讲解,非常精彩!)我们从两方面来看:1.实验发现,我们将源关掉, ......
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