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高斯定理,电场与磁场的关系论述

时间:2020-01-02 09:12:03 作者:迷迷 来源:奇闻吧 手机阅读

相信我们在初高中的时候都学习过关于电场以及磁场的相关知识,其中高斯定理就是其中的一个,高斯定理也可以称为高斯公式,是一个散度的定理,高斯定律表明在闭合曲面内的电荷分布与产生的电场之间的关系,在一般的教学以及实践方面,都会接触到电场以及磁场的相关事情,比如说右手定律等,都是对人们理解电场与磁场的关系一种非常有效的手段,理解认识电场以及磁场对于我们知道世界的关系是比较重要的,尤其是在日常的生活应用中,都需要用到这方面的相关知识,下面我们将为大家介绍高斯定理以及相关的电场、磁场关系。

高斯定理

认识高斯定理

在静电学中,表明在闭合曲面内的电荷之和与产生的电场在该闭合曲面上的电通量积分之间的关系。高斯定律表明在闭合曲面内的电荷分布与产生的电场之间的关系。高斯定律在静电场情况下类比于应用在磁场学的安培定律,而二者都被集中在麦克斯韦方程组中。因为数学上的相似性,高斯定律也可以应用于其它由反平方定律决定的物理量,例如引力或者辐照度。
        它表示,电场强度对任意封闭曲面的通量只取决于该封闭曲面内电荷的代数和,与曲面内电荷的位置分布情况无关,与封闭曲面外的电荷亦无关。在真空的情况下,Σq是包围在封闭曲面内的自由电荷的代数和。当存在介质时,Σq应理解为包围在封闭曲面内的自由电荷和极化电荷的总和。

高斯定理


        它说明电位移对任意封闭曲面的通量只取决于曲面内自由电荷的代数,与自由电荷的分布情况无关,与极化电荷亦无关。电位移对任一面积的能量为电通量,因而电位移亦称电通密度。对于各向同性的线性的电介质,如果整个封闭曲面S在一均匀的相对介电常数为  的线性介质中,则电位移与电场强度成正比,称为介质的相对介电常数,这是一个无量纲的量。

高斯定理在物理中的应用

运用高斯定理虽可以将场物理学三大定律公式统一起来,但这只是数学形式的统一,不是物理意义的统一,因此,高斯定理在场物理学的应用是有局限性和误导性的。高斯定理是从库伦平方反比例定律中推导出来的,它对任何形式的平方反比例规律都适用,因此是一个关于场平方反比例规律分布的“统一”数学范式,从而也可以看出来,不论什么场,他们的强度空间分布数学规律都一样,只是场所对应的“电荷”概念不同,因此说,场具有同一性,至于如何从物理意义上将不同的电荷所表现的场统一起来,需要更多的了解。

高斯定理


        高斯定理中的密度思想起源于光的照度,所谓照度就是点光源照射在单位面积上的光通量Φ(照度)是与距离R平方成反比,如图-6所示,在局部球面上,从光源射出的光照射到球面上的面积(S)随远离光源距离(R)的平方成正比,即 ;假如把光束看作是由一定数量的光子组成的光子流,则不同R值时照射面积在扩大,但每一块面积上所包含的光子总数(Φ)是相同的,即 =常量,ρ是曲面密度。
        高斯定理把场强定义为力线通量与其垂直面积之比,实际上,高斯定理中的场强就是单位球表面或圆平面上的“荷”密度。

佛来明右手定则

由英藉工程师佛来明所创造的定则,可以求出导体在磁场下移动时所产生的电流方向,右手三根手指互相垂直,拇指的方向是导体移动方向,食指指的是磁场方向,中指的则为电流方向,相信这个定则对于很多人来说都是比较清楚的,因为在学生时代的物理教学中,就会经常使用这个定则来对电场的方向进行判定,也是最为常用的一种方式,一般我们都简称之为右手定则,对于学生充分理解电场的产生原理有很好的作用。

高斯定理

何为电场

电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同,它不是由分子原子所组成,但它是客观存在的,电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值叫做该点的电场强度,表示该处电场的强弱。在电场中某一点确定了,则该点场强的大小与方向就是一个定值,与放入的检验电荷无关,即使不放入检验电荷,该处的场强大小方向仍不变。检验电荷q充当“测量工具”的作用。
        磁场变化时线圈产生的感生电动势与导体的种类、形状、性质和构成均无关,是由磁场本身的变化引起的。因此麦克斯韦提出了“变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场,正是这种电场使得闭合回路中产生了感生电动势和感生电流”的理论,并将这种电场称为涡旋电场。

高斯定理

何为磁场

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