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电磁场的物质性
赵成龙,李向富
〔陇东学院电气工程学院,甘肃庆阳745000〕
摘要:物质是独立存在于人的意识之外的客观实在。电磁场作为一种实在的物质,不少学生对其物质性存在疑心,而现行教材中也是从特例静电场入手,着重论述了电荷与场的相互作用,这难免有“超距作用”之嫌。在电磁学和电动力学根底上从电磁场的能量、动量、质量及和实物的相互作用等方面对其物质性进行了分析论证。
关键词:电场;磁场;物质性
Thematternatureofelectromagneticfields
ZHAOCheng-long,LIXiang-fu
(ElectricalEngineeringCollege,LongdongUniversity,Qingyang745000,
Abstract:Matterisindependentinmansbeyondconsciousnessofobjectivereality.Electromagneticfieldasareallymatter,manystudentstothematerialexistencedoubt,andpresenttextbookalsofromthespecialcaseofelectrostaticfield,focusesonthechargeandfieldinteraction,whichishardtoavoidactionatadistancedisrelish.Intheelectromagnetismandthedynamicsoftheelectromagneticfieldsfrombasedonenergyandmomentum,qualityandformsofinteractionofthematerialisanalyzed.
Keywords:electricfield;magneticfield;matternature
0引言
场的本质是物质,这是物理学的一个根本观点。为什么说电磁场是物质,它的物质性主要表现在哪些方面,人类通过长期对粒子构成的实物得出这样的结论:物质是不依赖于人的意识而独立存在的。物质有质量、能量、动量,物质间可以互相作用、相互转化,并遵守相应的守恒定律。经典力学完成了对实物上述性质的定量描述,而作为物质形式的电磁场是否有以上所说的物质性,本文从电磁场理论出发结合实例对上述问题进行简单讨论。
电磁场虽然看不见摸不着,但它们能表现力的性质。实验证明,真空中的电荷系统A与其不接触的电荷系统B发生相对运动,那么A是如何作用在B上的,历史上有2种观点,第一种观点认为电磁场的传递有“超距作用”,即电磁场传递不需要任何媒质而直接作用于B,这种传递是不需要时间的。另一种观点认为A对B的作用像实物间相互作用力一样必须借助媒质传递,并且需要时间。1857年德国科学家基尔霍夫做实验证明:电信号在导体中的传播速度等于的光速,随后1865年麦克斯韦从电磁波波动方程也推导出电磁信号在空间的传播速度是〔μ为真空磁导率,为真空的介电常数〕,其数值也恰好等于光速。这说明电磁场的传播是需要时间的,显然AB间客观存在的这种媒质就是电磁场。
1电磁场是客观实在、有独立存在的性质
爱因斯坦说:电磁场本身就是一种物质,是具有能量的物质化了的力,仅在可以探测到电力和磁力的地方才有这种物质的存在。
例如:由麦克斯韦方程:
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;
在没有电荷电流分布的自由空间利用矢量场论很易推出波动方程:
;
此方程可以说明当电场迅速变化时,即使、方程仍有非零解,即变化的电磁场可以脱离电荷或电流或独立存在,电磁波就是一个很好的证明。
处于这样的电磁场中的电荷、电流〔或运动电荷〕将受到电磁场的作用而运动或偏转,这种作用从何而来?我们知道力就是物质对物质的作用,在没有电荷或电流的自由空间中是谁和电荷或电流作用的呢?只有电磁场,所以可以确认电磁场是一种实在的物质,这种物质岁看不见,摸不着,力可以直接反映电磁场的客观存在。
2电磁场作为物质的形态有其自己的运动规律
物质运动有其规律,如宏观低速符合牛顿定律在在前人研究的根底上,从理论上假设了位移电流的存在,微观领域符合量子力学,在高速时有相对论。有了运动规律,就可以确定运动状态,麦式方程在前人研究的根底上从理论上假设了位移电流的存在,总结出了电磁场运动的普遍规律:
;
;
它实际上就是,只要在某一时刻知道了电磁场的运动方程,这一组方程可以决定电磁场如何运动
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