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电为什么能生磁,磁为什么能生电,为什么二者之间有联系,本质原因是什么?
29回答·11万阅读
yang19小时前
这个和电荷有关,但目前我们并不清楚电荷是什么、也找不到磁单极子。
简单的事实是正负电子可以湮灭为光子,问题是电荷去了哪里?从物质不灭及连续性上讲,它只是改变了存在的形式,所以我们用'场’描述这类'看不见’的、不同于物体的物质。但'场’具体点儿又是什么呢?我们可以理解为'弥漫空间中的波’,若是定波且定域,就可以称之为'极性粒子’且看上去它是有'质量’的。
这种极性粒子不同于物体,称乎它为时域型量子合适些。物体有体积概念像三维球体,我们可以把它们想像成无体积概念的'点’;时域型量子有面积概念如三维曲面,可以把它们想像成有体积味道的'层’。
如果用物理语言区分物质的表现形式,那我可以用:
E*x=n*hc、E=Mc^2及E*ct=n*hc、E=hf这两种表示方法形容。
我不是牛顿、爱因斯坦那样的开拓者,但可以像麦克思韦一样给千百年来的物理学写个总结。
艾伯史密斯2018年06月21日
答:其他答友已经给出了相当专业的解释!我再补充一个通俗的解释,用一个例子,来说明磁场和电场本质上是一样的,都是电磁力的场效应!
这个解释,我是在一位外国科普达人的视频中看到!一句话总结就是:磁场和电场的区别,是在不同参考系中观察到的狭义相对论效应!
有人肯定很纳闷,电磁场和相对论怎么就扯到一起了呢?我们来看这么个例子:
一段导线内部,有正电荷,也有负电荷,正常情况下,正电荷和负电荷的密度相等,对外不显电性,我们看来以下三种情况!
情况一
在导线外部放一正电荷,相对于导线处于静止状态:
结论1:因为导线不显电性,所以对外面的正电荷没有库仑力(或者说抵消为零)!
情况二
同样的模型,我们把导线通上电,比如电子(负电荷)往右移动:
结论1:导线内部虽然有电流,但是电子密度并没有改变,所以导线还是显中性,不会对外面电荷产生库仑力;
结论2:我们知道,通电导线将在导线周围产生环形磁场,但是外部电荷没有移动,所以不会产生洛伦兹力;
两个结论吻合!
情况三(重点来了)
同样的模型通上电流,这次外部电荷,相对于导线向右运动,为了方便起见,我们外部电荷与内部电子移动速度相同(一般导体通电,电子移动速度只有几毫米每秒):
参考系一:对于旁观者
结论1:导线内部的正负电荷密度没发生变化,所以导线还是显中性,不会对外部电荷产生库仑力;
结论2:根据电磁学理论,通电导线在导线周围产生环形磁场,磁场将对外部运动电荷产生洛伦兹力,螺旋定则可以判断,外部电荷受到向外的洛伦兹力;
这时候出现矛盾啦!为什么不同的理论角度,会得到不同的结论呢?这里的洛伦兹到底怎么来的?
要破解这个矛盾,就得弄清楚磁场和电场的关系。之所以产生矛盾,是因为结论一没有考虑狭义相对论的尺缩效应,我们换一个参考系分析。
参考系二:外部电荷的参考系
在外部电荷的参考系看来,导线是向左移动的,导线内部的正电荷也随着导线向左运动,根据爱因斯坦的狭义相对论,正电荷随着导线必定产生尺缩效应,于是变成了下面的情况:
结论:导线内的正电荷密度大于负电荷密度,于是导线显正电性,根据库伦定律,外部电荷将受到库伦力作用,向外排斥并远离导线!
该结论和“参考系一”中“结论二”完美吻合!实际上,根据相对论效应去计算库仑力的话,会得到和洛伦兹力一样的结果!
从这个角度看,洛伦兹力的本质原来就是库仑力,磁场的本质原来就是电场(这不废话嘛)!磁场和电场的表面区别,原来是狭义相对论效应导致的!
在这里,我们看到了磁场和电场,经过相对论协变后得到了完美统一,自然规律简直太美妙啦!
但是电流中,电荷的运动速度非常小,只有每秒几微米几厘米,相对论效应怎么会那么明显?
解释:那是因为库仑力非常强,微小的相对论尺缩效应,都将使得库仑力对宏观产生明显影响!
如果明白了以上原理,也就能回答题目的疑问啦!什么磁生电、电生磁都不要去纠结,因为它们都是电磁场,本质都是库仑力的作用!
好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!
科学联盟2018年06月17日·科学传播网站“奇迹号”成员
如果一个遇到问题总会动脑子的人,看到电磁感应现象(磁生电)和奥斯特现象(电生磁),首先会想到电流的本质是定向移动的电荷,那么磁生电是不是可以解释为磁场对运动电荷有驱动作用?其次会想到为什么是运动电荷才能产生磁场而不是静止的电荷?
我提出的这两个问题,其答案也很清楚,不外乎于是洛伦兹力和相对论协变,具体的题主自己去看电磁学和电动力学。至于电和磁的联系,一句话:统一于电磁场。而其本质原因,留给题主自己思考。
下面,我只想说,物理学的电磁理论到底是什么。物理学归根到底是作为一种模型的公理化体系,而不是哲学。换句话说,物理学归根到底要从现象中获得经验,再从经验中获得理论。而理论本身存在假设,这些假设符合“哥德尔不完备性”。很多人对待物理学,存在太多的傲慢和偏见,但是却忽视了物理学归根到底是公理化体系!公理化体系要做到仅仅是逻辑自洽,傲慢的人只认为物理学是可以解释一切,偏见的人只想否定物理学,但是他们都忽略了公理化体系连假设是否正确或者不正确都无法证明。我们做实验能检验某条定律,却根本不能说明这条定律是普适的,除非我们在宇宙某个地方都做了这样的实验——虽然很苛刻但是却有必要!这就是公理化体系的一大特点。电磁场理论其实根本无法解释为什么存在电和磁,也就无法解释为什么电和磁会联系到一块。我们只能根据“电生磁”和“磁生电”去构造合理的理论去精确计算相关的物理量,却很那解释为什么会怎样。对于电磁理论来说,电和磁本身就是假设,本身可以存在也可以不存在。因此,题主的问题是完全无法用物理学去回答的哲学问题,而非是物理学问题。用一句非常犀利的话说:物理仅仅是可能被证明的假设与逻辑推理。
语境思维2018年06月18日
电动力学尤其麦克斯韦方程,对电磁互感的唯象性解释,即▽●与▽×两个梯度,是弥足珍贵的。但没有追究电场与磁场的本源。以下我给大致框架,有七个要点。
一,电子电荷,来自电子以光速自旋。电子自旋对应内秉的电子质量、电子磁矩、自旋角动量、自旋势能Ep=mc²=0.505MeV。
二,质子电荷,来自质子以光速自旋。质子自旋对应其内秉的质子质量、质子磁矩、自旋角动量、自旋势能Ep=mc²=938MeV。
三,静电场,来自核外电子震荡。核外电子切割核内电子轨道,产生电场力与电力线。
四,静磁场,来自核内电子震荡。核内电子切割核外电子轨道,产生磁场力与磁力线。
五,电磁场,来自电子与核子的轨道交集,即电力线与磁力线的交集运动。1个电子绕核或震荡1周对应1种频率(ω=f)的电磁波(λ)。原子光谱的精细结构来自核外电子的不同轨道。
六,引力场,来自核子自旋势能在原子外空间的传播效应,也是固有真空场势能的来源。
七,旋转场,包括自旋场与绕旋场。绕旋也叫震荡或旋转进动。自旋惯量不平衡,必然产生椭球轴倾斜,导致旋转进动或震荡。
总之:①能密差异→粒子自旋,②自旋→绕旋,③绕旋→电磁场。④自旋→引力场。即:差异↹自旋(↹引力场)↹绕旋↹电磁场。
心似流金2018年06月18日·一级建造师 科技领域创作者
电生磁,前提是动电,静电是生不了磁的;磁生电,前提是动磁,静磁同样是生不了电的。电磁共生共存就是电磁波,而电磁波是变化的电流产生的,可以理解为一份一份的电荷在推开或撞击空间基本粒子后空间被压缩又在电荷通过或被弹回后膨胀复原,反复进行形成电磁波。每一次波动都代表有一份物质存在在撞击另一种物质存在,例如投入池塘的小石子,敲在鼓上的鼓槌,撞在空间基本粒子上的能量粒子形成光等。只要存在撞击活动和传播介质,波动才能产生并持续,否则缺一不可。
不只是电磁波,而是所有的波动都是这样产生:介质被推开又因自身的弹性恢复原状,又被推开,又恢复原样,往复循环形成波动。声波由气液固体作为介质传递;光波电磁波引力波由更为稀散的空间粒子作为介质传递。传递的前提是介质内部或介质间粒子摩尔浓度差异不大,可以引起全部或大部分的共振,差异太大则无法共振继续传播,如太空不能传递声音,金属不能传递光波。
介质的刚度弹性决定传播波动的能力和速度,刚性越强,速度越快,如钢铁传递声音速度快过液体和气体;而传递光波电磁波的空间粒子间的刚性是最强的,所以光速最高。
自然规则下无扰动的空间基本粒子的存在和相互作用力是恒定的,所以光速恒定,但并不是不能提高,因为光速可以在物质介质中降低,既然能降低,肯定就能提高。现在唯一的途径就是提高空间基本粒子间的作用力强度,提高空间刚性,这是目前人类物理学理论所没有涉及和无能为力的。
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