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標題: 機械眼光看電磁 [打印本頁]
作者: 642093071 時間: 2025-4-26 21:02
標題: 機械眼光看電磁
在1881年國際電學大會上正式決定增加個基本量:電流強度(I),并把它的單位命名為安培(A)。國際單位制中安培的定義也先后發生過幾次改變。1908年在倫敦舉行的國際電學大會上,定義1秒時間間隔內從硝酸銀溶液中能電解出1.118毫克銀的恒定電流為1安培。1948年,國際計量委員會給出安培的定義為:在真空中,截面積可忽略的兩根相距1米的平行且無限長的圓直導線內,通以等量恒定電流,導線間相互作用力在1米長度上為2×10--7牛時,則每根導線中的電流為1安培。2018年11月16日,第26屆國際計量大會通過“修訂國際單位制”決議,將1安培定義為“1s內(1/1.602176634)×1019個電荷(電荷的定義及計量見下文)移動所產生的電流強度”。此定義于2019年5月20日世界計量日起正式生效。
! A; d4 d u) P' b+ b7 B" ]! S
作者: 學者11 時間: 2025-4-26 21:15
你的內容與標題有什么關系?
作者: 642093071 時間: 2025-4-27 08:54
學機械的對力學GB3102.3比較熟悉。力學中基本量的名稱是質量,符號是m,單位名稱是千克。引力場中的質量和電場中的電荷受力上有相同之處。如果電學中把電荷作為基本量,對照理解更方便些。
作者: wjmx2006 時間: 2025-4-27 15:51
好好學習,
作者: wryp 時間: 2025-4-27 16:26
真的?; q+ i( F/ i* B+ G. _8 l4 Q1 [
我上學時安培的定義就是每秒鐘移動1庫倫的電荷。8 \7 y8 R- V; [# h2 _ R
1庫倫就是你說的1/1.602176634)×10^19個電子
4 R( R, G0 g/ K, {9 I1 o9 n& P; p至少上世紀6、7十年代就這樣定義了。
作者: 642093071 時間: 2025-4-27 16:50
電場強度可以類比于重力加速度‌。在電場中,電場力對電荷的作用類似于重力場中重力對物體的作用,電荷量類比于物體的質量。因此,電場強度(E)可以類比于重力加速度(g)‌
. `; R9 B: T M1.具體來說,電場強度的定義式為 E=F/q ,其中F是電場力,q是電荷量;而在重力場中,重力加速度的定義式為 0 P" L0 |+ |2 r& I+ ], Y
g=G/M,其中G是重力,M是質量??梢钥闯觯妶鰪姸群椭亓铀俣仍诙x上具有相似性,都是描述力與某種“量”的比值‌。
6 a7 M- @; r1 s) u
4 j, i4 D8 v9 b) l! Z; t P: m8 }) Z( B) a( w- P, _0 ]
作者: 642093071 時間: 2025-4-27 20:47
定義了電荷、電場強度后,第3個定義的是電動勢、符號是E,定義為E=W/Q,其中W是移動電荷所做的功,Q為移動的電荷量。電動勢單位名稱為焦每庫侖,符號J/C,等效單位伏(特),符號V.標準中電場強度和電動勢量的符號都是用的E,要靠注釋區分。外電路的電勢可類比于重力場中的單位質量的勢能gh,在電學中是單位電荷的能。# M* S' O; q" e' Z+ N' s
作者: 642093071 時間: 2025-4-29 14:22
第4個定義的是電流,符號是I.定義為I=dq/dt,q通過的電荷,t為時間。單位名稱是庫(侖)每秒,符號為C/S;等效名稱為安(培),符號是A。類比下電流和重力場中的物流,如罐裝速度千克每秒。
作者: 642093071 時間: 2025-4-29 14:50
以上認識了電荷C,知道了電荷會形成一種特殊物質電場,從電荷受力的角度描述描述電場強度E,E=F/C;從能量的角度描述電場有電動勢E=W/q,學了電位差、電流后通過電荷q建立等式有W/E=I*S,即功率P=W/S=I*E,電流單位用安A,電壓單位用伏V,得到的功率P單位為瓦w.接下來還要引入一些量的定義,進一步說明電荷怎樣流動。
作者: 642093071 時間: 2025-5-8 08:36
本帖最后由 642093071 于 2025-5-8 08:37 編輯 ( J$ R2 k' @' R7 f4 E ~" i# ?
2 h3 B- l( J; ?0 E& o3 E
在電位(電勢)的定義中用了梯度概念。了解一下向量分析中的梯度、散度和旋度三個概念。一、梯度(Gradient), X- n1 N+ V, ]0 K% @
定義:梯度表示一個標量場在某一點處的變化率和方向。它是一個向量,其方向指向標量場值增加最快的方向,其大小等于該方向上的最大變化率。7 l0 }+ C( A1 J1 v2 R/ @
計算公式:對于標量場f(x,y,z),其梯度計算公式為:; }' P9 ^2 h( j0 X; m
∇f = (∂f/∂x)i + (∂f/∂y)j + (∂f/∂z)k% N" w5 c. ?, V8 q* p4 b
其中,i、j、k分別是x、y、z軸上的單位向量,∂f/∂x、∂f/∂y、∂f/∂z分別是f在x、y、z方向上的偏導數。% k: G g" ? t% s" p
解釋:梯度向量的方向代表標量場在該點上升最快的方向,其模長表示該方向上的最大變化率。例如,溫度場的梯度指向溫度上升最快的方向,且模長為溫度變化速率。, h$ q$ ~; |4 N! y- A
二、散度(Divergence)7 e n. E0 _, M- ~& |
定義:散度度量了向量場在某一點周圍的發散強度和方向(的正負)。它表示為一個標量,其正值表示場線從該點發散,負值表示場線匯聚到該點。
# r/ |" e5 p9 f計算公式:對于向量場F=Pi+Qj+Rk,其散度計算公式為:. U0 J6 {! O; f* ?5 _2 T3 O
∇·F = ∂
/∂x + ∂Q/∂y + ∂R/∂z7 C- t( y, W6 r' I
其中,P、Q、R分別是向量場F在x、y、z方向上的分量,∂
/∂x、∂Q/∂y、∂R/∂z分別是這些分量在各自方向上的偏導數。
, s5 P- H7 \. s0 _ B) s; K解釋:散度通過計算各分量在其對應方向上的偏導數之和,判斷該點是“源”還是“匯”。若散度為正,表示向量場從此點向外發散(如電場中的正電荷);若為負,則說明場在此處匯聚(如負電荷周圍的電場)。
5 F( _$ C+ L) X) S% H- }3 `! q3 T: Q
三、旋度(Curl)
. t( U# X7 t' y; k! X4 y定義:旋度刻畫了向量場的旋轉程度。它表示為一個向量,其方向垂直于旋轉平面,模長表示旋轉強度。( l" q" y% P4 k4 o+ s
計算公式:對于向量場F=Pi+Qj+Rk,其旋度計算公式為:
. a: e1 E; G5 B∇×F = (∂R/∂y - ∂Q/∂z)i + (∂
/∂z - ∂R/∂x)j + (∂Q/∂x - ∂P/∂y)k+ T1 h% f- @! ?! N
其中,各項偏導數之差構造了旋轉向量的分量,滿足右手定則方向。
9 |( l! T* k1 B$ g從上面公式看偏導之后分母的冪增加了。如電勢的定義:-gradV=E,E為電場強度,單位用伏特每米V/m時,電勢的單位為福特V.
作者: 642093071 時間: 2025-5-8 08:46
有的∂
保存后變成了∂笑臉了,輸入∂后點笑臉變成∂
。
作者: 642093071 時間: 2025-5-9 14:47
本帖最后由 642093071 于 2025-5-9 14:48 編輯
; q# h2 J: L0 ?. X) o* U7 h
0 J; R: y0 D0 m( a做機械的對看不見摸不著的物質要了解一下。
% z* C. l3 ]* C i; ]電場作為一種特殊物質,其物質性的證明可以從以下多角度展開:) O7 _. w9 @$ H3 ?+ f
一、基于物質的廣義定義
+ ~" {% f$ B- X" u6 X1. 客觀存在性與可探測性 ~8 ?$ j8 Y; x U" d
物質的核心定義是“不依賴于意識且能為意識所反映的客觀實在”。電場雖不可見,但通過放入電荷的受力現象(如庫侖力)或電磁感應效應可被直接探測,符合客觀實在性標準。例如,電荷在電場中移動時電場力做功,證明其能量傳遞的物理過程真實存在。+ d/ Y7 q/ K0 P6 }( j7 }
2. 與實物物質的對比
3 z: a9 q& w: [電場不同于由分子原子構成的實物物質,但現代物理學認為物質存在兩種形式:實物粒子和場。這種分類擴展了傳統“物質必須由原子組成”的局限認知。- H6 s1 H; F# f6 T9 W# G3 o
二、通過物理屬性驗證# _9 }7 p3 m1 s& z! f/ _- h
1. 力的作用與能量屬性, l$ ?) V$ q r- S) [ e2 {
o 電場對電荷施加力的作用(如點電荷的庫侖力),表明其具有力的傳遞能力。3 ?- i' `7 b7 o7 ~; Y3 h- h
o 電場能對移動電荷做功,說明其儲存并傳遞能量(如電容器中的電場能)。經典電磁理論通過構造電磁場的能量-動量張量,證明了其守恒律與實物物質的等價性。
F9 }7 ?" f e9 z5 @; ]2. 獨立于源的存在性1 g8 }$ E& n$ B. R' E6 {+ J
實驗表明,當電荷被移除后,電場不會瞬間消失,而是以光速逐漸衰減。這種延遲效應證明電場具有獨立于源的存在性,符合物質的“自我持續”特性。( y+ d3 u k3 e( R( N5 Z* ]
3. 三、理論支持與實驗證據- {4 G2 }; o! k2 A) ^: N& ?
1. 經典電磁理論的完備性
/ r9 j# \* f% x. q) k麥克斯韋方程組描述的電磁場具有能量密度(u=ϵ0E^2/2)和動量,其守恒律與實物系統一致,進一步支持場的物質性。
9 T1 M/ V' `& j3 u4 y- H( Z0 K2. 實際應用中的表現
/ I8 {( |9 C9 B5 Y' O7 r, m$ J電場在靜電防護、電力傳輸等領域的作用(如高壓輸電線的電場效應),均依賴其作為物質載體的能量傳遞能力。
+ @) v- P$ q( C0 Z# Z* P: M, g總結:電場的物質性并非通過單一實驗直接證明,而是通過其力學效應、能量屬性、理論自洽性及與實物物質的類比共同確立。這種認知也反映了現代物理學對物質概念的深化——從“原子構成”轉向“客觀實在”的本質定義。0 A/ g# L6 e: C7 R6 I5 X/ J. V Q
G- u( I" s8 _! g6 V/ `: N) j
作者: 642093071 時間: 2025-5-10 12:47
5電荷面密度、量的符號是σ,定義為σ=Q/A,是指在單位面積上的電荷量,單位為庫侖每平方米(C/m²)。它描述了電荷在物體表面的分布情況。' L1 R# x) j4 @+ Z& A8 n/ ~7 J3 E9 q
6.電荷體密度、量的符號是ρ,定義為σ=Q/V, V表示體積是指在單位體積內所包含的電荷量,單位為庫侖每平方米(C/m3)。; d2 t/ `) p# E- a; u9 }
2 o# D; M( \/ i$ Y8 K! W
7.電通【量】密度、量的符號是D,定義為divD=ρ, div是向量分析中的散度,ρ表示電荷體密度。單位名稱為庫侖每平方米,符號為C/m²。電通密度用于計算電場強度分布、電勢分布及電荷分布,并與電流密度存在緊密關聯。
W5 V8 O' i. i1 U( x/ x
作者: 642093071 時間: 2025-5-11 20:47
9.電容、量的符號是C,定義為C=Q/U。Q為電荷量,U電勢差。單位名稱為法拉,符號為F。9 T- R5 S/ [6 Y$ l8 F8 v _* N
公式C=Q/U表明電容是單位電勢差下的電荷儲存上限,而非實時電荷量。例如10μF電容器在5V電壓下可儲存50μC電荷,但電壓降為0時電荷量歸零,電容仍為10μF。類比到重力場場是m/gh.0 y% E' H! K0 i; N) A
作者: 642093071 時間: 2025-5-12 22:20
小結一下:a真空中兩個靜點電荷之間的作用力大小可用庫侖定律計算F=kQq/r^2;b到點電荷Q距離為r處的電場強度大小E= kQ/r^2,可用庫侖定律兩邊同除以得到;c以點電荷Q為球心做半徑為r的球面,這個球面的電通量為Q[庫侖],球面的面積為4πr^2,因為球面上各點電場強度大小相等,可得球面上一點的電通密度D=Q/4πr^2' i' e2 z5 F6 R6 N* z! p; p, A6 M! ]% ?0 L
10.介電常數、量的符號ε,定義為ε=D/E,單位為法拉每米,單位符號F/m.以真空中點電荷的特例ε0= D/E=(Q/4πr^2)/(kQ/r^2)=1/4πk.
- W$ j: }. \: ?1 H
作者: 642093071 時間: 2025-5-13 10:01
11.相對介電常數、量的符號是εr,定義為εr=ε/ε0式中ε為介電常數,也稱絕對介電常數,ε0為真空介電常數。單位一,無量綱。2 h2 ^2 N1 b l T& G4 g
引入相對介電常數εr,方便了介電常數的測量和應用。庫侖定律中電荷之間力的作用是通過電場完成的,進一步的學習中更多關注電場。除靜電場外,更要注意交變電場。電荷方面細分了導體中的自由電荷和介質中束縛電荷。
5 `3 M9 s9 l. q) H. \1 W, L& e) q
作者: 642093071 時間: 2025-5-13 10:08
12.電極化率、量的符號χ,定義為χ=εr-1,單位一,無量綱。真空中沒有極化電荷,所有公式中減去1.
作者: 642093071 時間: 2025-5-13 17:31
13. 電極化強度、量的符號P,定義為P= D-ε0E,單位為庫倫每平方米,單位符號C/m^2.. 公式表明了存在電介質的情況下,電荷分布和電場強度的關系。
作者: 642093071 時間: 2025-5-14 10:34
14.電偶極矩、量的符號p,定義為pxE=T。式中E為均勻場的電場強度,T為轉矩。P的單位名稱是庫[侖]米,符號是C•m.
" A- z8 Z" F" E& ]& C: D3 r電偶是指由兩個電量相等,距離很近的正負電荷所組成的一個總體。電偶極矩是正負電荷中心間的距離與電荷量的乘積。7 G; m; |9 x/ c, o5 J
作者: 642093071 時間: 2025-5-14 10:35
15. 電流密度、量的符號J,定義為∫J•endA=I。式中A為面積,en為面積的矢量單元,I為電流。J的單位名稱是安每平方米,符號是A/m^2. -7 X0 I+ a+ x9 G/ m0 B
因為導線中不同點上與電流方向垂直的單位面積上流過的電流不同,電流密度用矢量描述。
作者: 642093071 時間: 2025-5-14 10:46
16線電流、量的符號α,定義為電流除以導電片寬度。做機械的說片材有長寬厚,這里定義里說的寬度含義有所不同,通常是細導線的長度。α的單位名稱是安每米,符號是A/m. -
作者: 642093071 時間: 2025-5-26 22:16
17.磁場強度、量的符號H,定義為rot×H = J + ?D/?t。磁場強度H的單位名稱是安每米,符號是A/m 。( l4 z0 q3 e! K5 z
磁場強度H的旋度等于傳導電流密度傳導電流密度J與位移電流密度位移電流密度?D/?t?t 之和,( B$ B0 G* M3 k- k9 @* U
作者: 642093071 時間: 2025-5-26 22:35
梯度、散度與旋度好似數學與物理的交響曲,標量和矢量要特別關注。$ p3 k$ l4 r; o- o! a; }3 K
1.梯度是一個標量場的變化率,結果是一個向量場。它表示標量場在每個方向上的變化量。如5-6電位為標量,其梯度為矢量。 j3 l2 v$ c! e" U
2.散度則作用于向量場,結果是一個標量場。它描述向量場在每個點處的發散或匯聚程度。如5-7電通密度為矢量,其散度為標量。
- ]9 M2 X: p4 N+ x. Z O3.旋度同樣作用于向量場,但結果是一個向量場。它描述向量場在某點處的旋轉程度。如5-17磁場強度和電流密度都為矢量。. b. w8 ? d* O: |, K+ h' }0 a
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