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匀速运动点电荷产生电磁场
匀速运动点电荷产生的电磁场; 库仑定律只告诉我们一个静止的点电荷的成场规律,那么当点电荷匀速运动时的成场规律怎样呢? 怎样求解一个匀速运动点电荷对另一个点电荷的作用力呢?回答是可以运用狭义相对论的理论来进行求解.; 若在一个惯性参考系k中,q2是静止的,而q1相对k系匀速运动,在k系中若要求q2对q1的作用力则直接用库仑定律即可;若要求q1对q2的作用力,可以取另一个关于q1静止的惯性参考系k’系,先在k’系中求出有关的物理量,然后用狭义相对论中的惯性系k与k’系之间的变换公式,将k’系中的物理量转化到k系中,这样就可以求出在k系中q1对q2的作用力了,并可以进一步求得匀速运动的点电荷所成的电磁场,并可检验静电磁场中的一些定理在这种情况下是否成立。;主要内容:;在做具体工作之前引进一个基本假设:;1.通常气体宏观上是显电中性的,假如带电物体的总电量与它的运动状(即参考系的选择)有关的话,那么我们知道气体中例如氧气中的质子与电子的运动状态不相同的,也就是说氧气分子对外是有电性的,若说这个电量很小不易被观测到,那么一个系统中的大量分子的总和一定是容易测到的,所以说明带电物体的总电量与其运动状态无关。;2.我们知道电荷有一个很重要的特点:电荷是量子化的。如果说电荷总量与其运动状态有关的话,那么我们知道在狭义相对论中标量一般是在原惯性系K中测量,乘以或除以一个因子或者其它形式。总之一般都是以V为自变量的连续函数,这与电荷是量子化的相对矛盾。所以总电量应该是一个与两惯性系相对速度V无关的常量,即总电 量的不变原理。; ;一 匀速运动点电荷的电场;设当k系与k’系的原点重合时t=t’=0;根据狭义相对论力的变换公式;由上述公式可得:;所以得到k系中的作用力;所以k系中作用力的最终表达式:;所以k系中作用力的矢量表达式:;由作用力我们可以直接得到电场直角坐标系下的表达式:;把电场用球坐标表示:;1.θ=0; ∵ a﹥1 ∴在点电荷速度方向电场增强为原来的a倍。;二.验证静电场高斯定理; 可见,以匀速运动点电荷为球心的球面为高斯面是满足高斯定理的,其他任意一个封闭的曲面都是满???高斯定理的,证明同静电学中一样,详见胡友秋等编著的电磁学p27页。;二.检验静电场环路定理:;所以其旋度为:;三.匀速运动点电荷的磁场; 同前面方法得到k’系中的作用力; 下面进行q2的速度在两个惯性坐标系中的转换,从而求出在k系中的作用力;由狭义相对论速度变换公式:;;所以得到k系中的作用力;取t=0时刻来说明问题;比较两种情况得到:;通过比较得到:;下面验证磁场的高斯定理;四.验证磁场高斯定理:;五.毕奥-沙伐尔定理的证明;该电场是由静止的离子和运动的电子激发电场的合成;由前面得到:;由对称性,电场其垂直于导线:;A处的电场:;; 这就是著名的毕奥-沙伐尔定理,这里用狭义相对论就可以很容易地导出.;参考文献:; 肯定有不足之处恳请大家指正
谢谢大家!
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