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电和磁不是彼此独立的,而是相互联系的一个整体。尽管在很长一段时间里,电学和磁学是相互独立发展的,但是经过一些重要的发现,人们将电和磁联系了起来。
1731年,一位英国商人发现,雷电过后,他的一箱刀叉竟然有了磁性;1752年,富兰克林发现莱顿瓶放电可以使缝衣针磁化;1820年,奥斯特在一次讲课中,把导线沿南北方向放置,通电后发现指南针发生偏转,发现了电流的磁效应;1831年,法拉第发现了电磁感应现象。
由此,电场和磁场被统一了起来,统称为“电磁场”。并且,人们还证明了电磁场是可以脱离电荷和电流独立存在的,它和实物一样具有能量和动量。场与实物只是物质存在的两种不同形式。
矢量和叉乘
在电磁学的学习中,由于电和磁的相互作用,出现了一堆的左右手定则:
判断通电导线磁场方向的右手螺旋定则,判断通电导线在磁场中受力的左手定则,判断洛伦兹力方向的左手定则,判断导体切割磁感线产生电流方向的右手定则。
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小编记得这些定则被老师形象地总结为“左力右电”。尽管上学时没少背,但过去了这么多年,现在已然是记不住了。
年纪大一点,接触了叉乘,发现这些左右手定则原来都可以被统一到叉乘里面。
点乘和叉乘都是矢量的性质。
在学习速度的时候我们就学过矢量是既有大小又有方向的量,用一个箭头表示。
利用矢量的三角形法则进行矢量的加减运算。
矢量相加就是把各个矢量的箭头首尾相连,从第一个矢量的尾指向最后一个矢量的头的矢量就是和矢量;矢量相减是把两个矢量尾放在一起,从减矢量的头指向被减矢量的矢量是两矢量的差。
两矢量点乘得到一个标量,标量只有大小没有方向,就是一个数。标量的运算为:
其中 |a|,|b| 为矢量的大小。
两矢量叉乘得到的还是一个矢量,
大小为
方向垂直于这两个矢量的方向,可以用右手来判断。四指从a矢量的方向弯向b矢量的方向,大拇指的放久就是c矢量的方向。因此在叉乘中交换前后两个矢量的位置,就会颠倒结果的方向。