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磁生电 本质

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?磁如何生电

jnlyseo998998 jnlyseo998998 发表于2022-11-24 10:45:50 浏览62 评论0

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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

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!

磁如何生电

变化的磁场穿过闭合线圈就会产生电流,汽轮机就是利用这个原理进行发电的