一个大s加一竖是什么货币符号,货币符号是s加一竖是哪里的

首页 > 财经 > 作者:YD1662022-12-01 23:15:34

如上图,假设电流从下往上,那么它在周围就会产生这样一个环形的磁场。磁场的方向可以用所谓的右手定则直观的判断:手握着导线,拇指指向电流的方向,那么你右手四指弯曲的方向就是磁场B的方向。

然后毕奥、萨伐尔和安培等人立马着手定量的研究电流的磁效应,看看一定大小的电流在周围产生的磁场的大小是怎样的。于是,我们就有了描述电流磁效应的毕奥-萨伐尔定律安培环路定理。其中,毕奥-萨伐尔定律就类似于库仑定律安培环路定理就类似于高斯电场定律,因为在麦克斯韦方程组里,我们使用的是后一套语言,所以我们这里就只来看看安培环路定理

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安培环路定理的左边跟法拉第定律的左边很相似,这是很显然的。因为法拉第定律说磁通量的变化会在它周围产生一个旋转闭合的电场,而电流的磁效应也是在电流的周围产生一个旋转闭合的磁场。在上面我们已经说了我们是用电场环流(也就是电场在闭合路径的线积分)来描述这个旋转闭合的电场,那我们这里一样使用磁场环流(磁场在闭合路径的线积分)来描述这种旋转闭合的磁场。

安培环路定理的右边就比较简单了,μ0是个常数(真空磁导率),不用管它。I通常是用来表示电流的,enc这个右标我们在高斯电场定律那里已经说过了,它是包含的意思。所以,右边这个带enc的电流I就表示被包含在闭合路径里的总电流,哪个闭合路径呢?那自然就是你左边积分符号中间那个圈圈表示的闭合路径了。

也就是说,安培环路定理其实是在告诉我们:通电导线周围会产生旋转磁场,你可以在这个电流周围随便画一个圈,那么这个磁场的环流(沿着这个圈的线积分)就等于这个圈里包含的电流总量乘以真空磁导率

那么,这样就完了么?静电、静磁分别由两个高斯定律描述,磁生电法拉第定律描述,电生磁就由安培环路定理描述?

不对,我们看看安培环路定理,虽然它确实描述了电生磁,但是它这里的电仅仅是电流(定理右边只有电流一项)。难道一定要有电流才会产生磁?电磁感应被发现的原因就是看到奥斯特发现了电流的磁效应,发现电能生磁,所以人们秉着对称性的原则,觉得既然电能够生磁,那么磁也一定能够生电。那么,继续秉着这种对称性,既然法拉第定律说“变化的磁通量能够产生电”,那么,我们实在有理由怀疑:变化的电通量是不是也能产生磁呢

14方程四:安培-麦克斯韦定律

那么,为什么描述电生磁的安培环路定理里却只有电流产生磁,而没有变化的电通量产生磁这一项呢?难道当时的科学家们没意识到这种对称性么?当然不是,当时的科学家们也想从实验里去找到电通量变化产生磁场的证据,但是他们并没有找到。没有找到依然意味着有两种可能:不存在或者目前的实验精度还发现不了它

如果你是当时的科学家,面对这种情况你会作何选择?如果你因为实验没有发现它就认为它不存在,这样未免太过保守。但是,如果你仅仅因为电磁之间的这样一种对称性(而且还不是非常对称,因为大自然里到处充满了独立的电荷,却没有单独的磁单极子)就断定“电通量的变化也一定会产生磁”这样未免太过草率。这种时候就是真正考验一个科学家能力和水平的时候了。

麦克斯韦选择了后者,也就是说麦克斯韦认为“变化的电通量也能产生磁”,但是他并不是随意做了一个二选一的选择,而是在他的概念模型里发现必须加入这样一项。而且,只有加上了这样一项,修正之后的安培环路定理才能跟高斯电场定律、高斯磁场定律、法拉第定律融洽相处,否则他们之间会产生矛盾(这个矛盾我们在后面的微分篇里再说)。麦克斯韦原来的模型太过复杂,我这里就不说了,这里我用一个很简单的例子告诉大家为什么必须要加入“变化的电通量也能产生磁”这一项。

在安培环路定理里,我们可以随意选一个曲面,然后所有穿过这个曲面的电流会在这个曲面的边界上形成一个环绕磁场,问题的关键就在这个曲面的选取上。按理说,只要你的这个曲面边界是一样的,那么曲面的其他部分就随便你选,因为安培环路定理坐标的磁场环流只是沿着曲面的边界的线积分而已,所以它只跟曲面边界有关。下面这个例子就会告诉你即便曲面边界一样,使用安培环路定理还是会做出相互矛盾的结果。

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上图是一个包含电容器的简单电路。电容器顾名思义就是装电的容器,它可以容纳一定量的电荷。一开始电容器是空的,当我们把开关闭合的时候,电荷在电池的驱动下开始移动,移动到了电容器这里就走不动了(此路不通),然后电荷们就聚集在电容器里。因为电容器可以容纳一定量的电荷,所以,当电容器还没有被占满的时候,电荷是可以在电路里移动的,电荷的移动就表现为电流。

所以,我们会发现当我们在给电容器充电的时候,电路上是有电流的,但是电容器之间却没有电流。所以,如果我们选择上图的曲面,那么明显是有电流穿过这个曲面,但是,如果我们选择下面这个曲面呢?

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这个曲面的边界跟上图一样,但是它的底却托得很长,盖住了半块电容器。这是什么意思呢?因为我们知道电容器在充电的时候,电容器里面是没有电流的,所以,当我们把曲面选择成下面这个样子的时候,根本就没有电流穿过这个曲面。

也就是说,如果我选上面的曲面,有电流穿过曲面,按照安培环路定理,它是肯定会产生一个环绕磁场的。但是,如果我选择下面的曲面,就没有电流通过这个曲面,按照安培环路定理就不会产生环绕磁场。而安培环路定理只限定曲面的边界,并不管你曲面的其它地方,于是我们就看到这两个相同边界的曲面会得到完全不同的结论,这就只能说明:安培环路定理错了,或者至少它并不完善

我们再来想一想,电容器在充电的时候电路中是有电流的,所以它周围应该是会产生磁场的。但是,当我们选择下面那个大口袋形的曲面的时候,并没有电流穿过这个曲面。那么,到底这个磁场是怎么来的呢

我们再来仔细分析一下电容器充电的过程:电池驱使着电荷不断地向电容器聚集,电容器中间虽然没有电流,但是它两边聚集的电荷却越来越多。电荷越来越多的话,在电容器两个夹板之间的电场强度是不是也会越来越大?电场强度越来越大的话,有没有嗅到什么熟悉的味道?

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