23刘永昌_浅谈电与磁的联系

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1、浅谈电与磁的关系辩证法的体现电磁现象是和我们的生活、生产关系最密切的一种口然现象。但人们对它的认识却经历了一个复杂的过程。17、18世纪时，人们对静电和静磁的作用有了一些规律性的认识，法国科学家在18世纪发现了静电荷Z间和静磁极Z间相互作用的规律即库仑定律。1800年Z后，人们总结出了电流运动的成律即欧姆定律。后乂发现了电流同其他运动形式如热、化学变化等现象之间的联系，进而考虑电流和磁现象之间有没有联系的问题。徳国科学家谢林认为£1然界的各种现象如光、电、磁之间都是相互联系的。丹麦物理学家奥斯特在谢林的观点影响氏经过长期

2、的研究，终丁在1820年4月通过实验发现：将磁针放在根自北向南通以电流的导线卜「面，磁针北极便向东偏转：如放在导线上面则向西偏转。由此他发现了电流的磁效应。后又经过60多次实验，证实电流周围有磁场存在，磁场对磁针有吸引或排斥的作用。尔后，法国物理学家安培在奥斯特的发现的基础上进行进一步研究，得岀了安培定律和安培定则，并提出了物体磁性的分子电流假说。这样，电能转化为磁已被证实。反过来，磁能否转化为电呢?英国的拉法第经过十年的努力，发现了变化的磁场可以产生感应电流：电流冋路中电键的忽开忽关，磁石在线圈中移进移出，都可以在线圈

3、中产生感应电流。也就是说动磁即磁力线变化可以产生电。至此，实现了人类对电和磁这对矛盾的相互转化的较为完整的认识。后来，麦克斯伟进步用数学分析的方法，总结了从库仑到拉法第的工作，得到了麦克斯伟方程组：电场的变化产生磁场，磁场的变化产生电场，电场和磁场的对立同一就是屯磁场，电磁场内部电和磁的相互转化产生电磁波，光就是种电磁波。至此麦克斯伟建立了统一的经典电磁理论。电与磁是紧密联系的，就像李生兄弟一样，有许多相似之处乂有许多不同之处,但他们是相互依存的。研究电与磁总离不开电场与磁场。从不同参考系观测，同一电磁场可表现为只是电场

4、，或只是磁场，或电场和磁场并联。电磁感应和电磁波就是电场与磁场相互联系的规律。下面來讲一些关于电与磁的联系。场是看不见、摸不着但却乂实际存在的东西。电场与磁场有太多的相似Z处。以前人们以为电荷与电荷之间的作用是一种超距作用。即一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要媒介和时间。但这很明显违背了光速最大原理。实际上后来证明电荷Z间的作用力是通过场来传递的。从木质上來看，电场与磁场都是由于电荷之间相互作用产生的，屯荷周围都有电场，但只有运动的电荷才会产生磁场。从电荷之间的和互作用力也可以看出这点。运动电荷

5、对运动电荷产生的磁力就是通过磁场来实现的。其他三种（静止电荷对静止电荷、静止电荷对运动电荷、运动电荷对静止电荷）Z间的作用力是通过电场來实现的，即产生了电场。所以电场与磁场经常同时存在。从人们认识电与磁的过程来看，由于场是看不见、摸不着的，所以人们往往根据现象來研究实质，即不管是电场还是磁场都是先通过研究电荷之间的作用力再来研究场的。电场就是从最开始的丿车伦定律（研究静电力）才开始研究静电场的。磁场也是通过研究磁力得出的。研究电场其大小、方向很重要。场强的定义就是F/q,而磁感应强度就是研究磁力提出来的（B=F/IL、d

6、f=ldlxB等）。这是电与磁的一种很重要的相似点。从有关电与磁的特征量来看，他们有很好的对应关系。电场强度E与磁感应强度B,都i

7、j•反应场的强度的量；电位移D与磁场强度H；电通量与磁通量；电介质与磁介质等等。电与磁是紧密联系的，所以其特征量有一种对应关系，即物理中的一种对称现彖。从一些电与磁的规律及分析方法来看，这也存在很完美的对称关系。E的高斯定律通安培环路定律。E的高斯定律：在真空的静电场内，通过任意封闭曲面的电通量等于该封闭面所包围的电荷的电量的代数和的1/勺倍。E的高斯定律是用电通量来表示的电场和场源电荷关系

8、的定律，它给出了通过任一封闭面的电通量与封闭面内部所包围的屯荷的关系。而安培环路定理：在恒定电流的磁场屮,磁感应强度B沿任何闭合路径L的线积分等于路径L所包围的电流强度的代数和的“°倍。这是研究恒定电流与磁感应强度B的关系。从其内容上看，都是研究闭合路径或曲面的。第二，D的高斯定律与H的环路定律。D的高斯定律：通过任意封闭面的屯位移通量等于该封闭面包围的自由电荷的代数和。这也是由E的高斯定律推出来的，相比较而言，D的高斯定律考虑了电介质朿缚电荷的作用。H的环路定理：沿任一闭合路径磁场强度的环路积分等于该闭合路径所包围的口

9、由电流的代数和。这是由安培环路定理推出来的，考虑了磁介质的束缚电流。从这些来看，这些定律很相似，艾实这是联系电与磁的重要纽带。再看看分析有关电与磁问题的方法，对称性分析适用很广泛，成为电磁学不可缺少的一•种重要分析方法。例如利用高斯定律求静电场的分布、利用安培环路定理求磁场的分布等。这些都反映了研究电学问题与研究磁学