基本信息
文件名称:论感生电动势和动生电动势的相对性和统一性.doc
文件大小:3.68 MB
总页数:5 页
更新时间:2025-06-09
总字数:约1.51千字
文档摘要

论感生电动势和动生电动势的相对性和统一性

电磁学中讲述电磁感应现象时,根据非静电力起因不同,将感应电动势分为感生电动势和动生电动势两种。感生电动势对应的是变化的磁场产生的涡旋电场的一种效应,动生电动势对应的非静电力是洛伦兹力。两者的物理本质完全不同。

在相对论条件下,感生电动势和动生电动势是统一的,其本质是相同的。这是因为电磁场是一个统一的整体。而电场和磁场的划分是相对的,是与参考系的选择有关的。

相对性——参考系的变换带来的矛盾

1、参考系变换实现两种电动势的统一

动生电动势与感生电动势的区分并非是绝对的,而与选取的参考系有关。对于具体的电磁感应现象,在一个参考系中观察是动生电动势,在另一个参考系中观察就可能是感生电动势。

如图所示,柱形磁铁与导体圆环相对运动,导体圆环中出现感应电动势。如果以磁棒为参考系,那么空间各点的磁场不变,导体环切割磁感线产生感应电动势,这时的电动势就是动生电动势。如果以圆环为参考系,那么空间各点的磁场都在变化,变化的磁场产生涡旋电场,涡旋电场使导体圆环中产生感应电动势,这时的电动势是感生电动势。

这说明,通过参考系的变换在一定程度上“可以消除动生电动势和感生电动势的界限”。然而,通过参考系的变换“可以消除动生电动势和感生电动势的界限”这一事实将产生以下突出矛盾。

两种本质不同的电磁现象怎么能通过参考系变换的手段实现统一呢?只有本质相同的现象才可能通过一定手段实现统一,只有具有统一性的现象才具有相对性。条形磁铁插入静止闭合线圈中产生的感应电流,对导体中的电子产生作用的到底是什么力?条形磁铁插入静止闭合线圈的过程中空间到底有没有感应电场?这些理论上的矛盾正暴露了经典电磁学的缺陷和局限性.

2、导体上有无电荷积累

在另一些情况下却是不可能通过变换参考系把两者统一起来的。如图所示,设长为为的直导体棒在静止的均匀磁场中沿垂直磁场方向以速度匀速运动。

在与均匀磁场相对静止的参考系中,导体在静止磁场中沿垂直磁场方向运动,导体中的电子必定受到洛伦兹力的作用,在洛伦兹力的作用下,C端必定有正电荷的积累,D端必定有负电荷的积累,即导体中必定产生动生电动势,两端电势差为:。

在与导体棒相对静止的参考系中,导体不动,磁场是均匀的,磁场不随时间变化,因此,既不产生动生电动势,也不产生感生电动势,即不产生电磁感应现象,导体两端也不会有正负电荷的积累,两端的电势差为:。

这一实例同样说明了经典电磁理论存在缺陷和局限性。

统一性分析

数学表达形式上的统一性

法拉第电磁感应定律表明,只要回路中的磁通量发生变化,回路中就产生感应电动势,不必追究这种变化起于什么原因。感生电动势和动生电动势的数学形式是一致的,均为

物理意义的统一性

2.1坡印廷矢量

坡印廷矢量S是电磁场中的能流密度矢量。

运动速度和坡印廷矢量S之间的关系式为(为比例系数,为真空磁导率);

坡印廷矢量S与电场强度E、磁场强度H之间的关系为。

2.2动生电动势的物理意义

一,在S系的动生电动势,成为S’系的感生电动势,因此在相对论意义下,感生电动势与动生电动势并无本质差别。

结论

在相对论中电磁场本身就是个统一的整体,电场和磁场并非彼此无关,而是与参考系的选择有关,因此它们的划分是相对的。由此可见,在经典电磁现象中,曾被认为是基本定律的规律,在相对论意义下,将进一步被统一到更基本的定律之中,曾被认为是有本质区别的概念也将得到统一。随着科学理论的深化,知识体系也在不断完善,自然界因此将变得更简单、和谐,呈现科学美,人们对电磁学体系的认识会有一条更为清晰的逻辑线索。