应该注意:是电子运动(电流)产生磁场,匀速运动?变速运动? 真空或介质中运动的电子,在不受任何电场力时,
电子也会做减速运动(或者方向偏转),
辐射出电磁波,
这里并没有电场的变化,
只有电子速度(电流强度I)的变化,
如果电容极板上的电荷运动速度近似为零的话,
那么电容极板上也就不会有电子的动能转化为磁能了?
如果只考虑导线中的电子动能转化为磁能(LII/2),
电容极板上的电场变化就没有必要考虑了?
那么也就根本没有必要引入“位移电流”了,
因为磁场B与回路电流I的关系已经很清楚了,
有一个“毕奥-萨伐尔定律”:
任意点P处的磁感应强度B的微分形式为:
dB=Idl/r^2,
(当微导体dl垂直于dl中点与P的连线时),
见:《大学物理》天津大学出版社1999年(下册)23页,
其中(Idl)可以看成是一个“电流元”,
那么交变的电流I就会直接引发交变的磁场B,
交变的磁场B又会引发交变的电场,这不就已经可以预言电磁波了吗?
还有必要引入“位移电流”吗?
最多把(I总)分成“直流分量”I和“交流分量”i两部分:
I总=I+i,
于是:
dB=(I+i)dl/r^2,
d(dB)/dt = (di/dt)dl/r^2
=e*dl /L*r^2
=S*a*dl /r^2
即:磁场的变化率d(dB)/dt 与自感电动势e或电子加速度a成正比,
(其中的L为电感量,S为导体的截面积)
既然只有交变的电场和磁场才能辐射电磁波,
那么磁场和电场的变化速度:d(dB)/dt和di/dt= S*a=(S/ρ)dE/dt,
就与电磁辐射强度(辐射功率)密切相关了,当然也还与振幅A相关,
因为在周期t内电场力F做的功为:
N=F(4A)=4maA,
其中a就是电子的加速度,
由此还可以有:
因为:A=(1/2)at^2,
所以:a=2A/t^2=2Af^2,
代入后得:N=8m(Af)^2,
由于这是在一个周期t内电场力做的功N,
所以它实际也反映了辐射功率W的大小,
所以对于周期振荡应该有“周期功率”的概念:
W=8m(Af)^2,
所以“传导电流”的变化部分i才是产生交变磁场以至电磁波的原因?
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现在的教科书中一般都把“位移电流”的引入归结为两点:
1、不满足“安培环路定律”:
对于导线:∮B·dL = ∑I=I,
对于导线加电容极板:∮E·dL = ∑I=0,
环路积分的结果取决于环路的选取,不是常数,
2、不满足电流连续方程:
∮j·dS≠0,
即流进与流出的电荷量不相等:I入-I出 ≠0,
因为有电容器的阻隔,
首先在电容器的极板之间,导体本来就是间断的,
当然积分面S经过极板之间时,出现∮j·dS≠0 就是理所当然的?
为什么非要去满足“电流连续方程”呢?
既然电路本身是不连续的,那么在间断点处(电容极板之间)
出现不满足“安培环路定律”也是正常的呀?
因为“安培环路定律”就是建筑在“电流连续方程”之上的,
所以“位移电流”的引入,恐怕不能这样引入?
只能直接从导线或电容极板上的电场E变化,引起电通量Φ的变化来引入,
1中的:对于导线加电容极板:∮E·dL = ∑I=0,
正说明了:电容器极板上的电荷增加量等于导线任意截面上通过的电荷量,
增加量和通过量的变化率也是相等的,两者电通量的变化率也是相等的,
这相当于“水渠”的任意段的散度是零,可是“水库”的散度就不为零了,
因为“水库”只有进,没有出,这也是由于“水回路”不连续造成的,
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再从能量转换的角度看,电子的部分动能转化为磁能:
U=(1/2)LI^2(空间势能),
前面说的“毕奥-萨伐尔定律”:
dB=I(dl×r)/r^2
(dl×r)是“矢量积”,
显然都与电流---电子的速度相关,
那么只要研究电子的匀速运动、加速运动就可以了,
比如真空中运动的自由电子的速度为:
v=vo+at
或者任意的:
v=vo+v(t)
其中vo就可以看成是“直流分量”,v(t)就是“交流分量”,
比如三极管的“工作点”对应的就是vo,
被放大的交流信号就是v(t),最后在输出回路得到的是两者的叠加,
这个“回路电流”I=IO+i 引发的磁场B又何尝不是这样叠加形成的呢?
那么对外界某点处的磁感应强度就是:
dB = S[vo+v(t)](dl×r)/r^2
这样:
传导电流就是:I=S*vo,
所谓的“位移电流”就是:Id=S*f(t),
对于真空中运动的自由电子的“位移电流”就是:
Id=S*f(t)=S*at=t*dI/dt,
磁感应强度为:
dB=S[vo+at](dl×r)/r^2 ,
对于导线中的正弦交变电流的“位移电流”就是:
Id=S*f(t)=S*sin(wt),
磁感应强度为:
dB=S[vo+sin(wt)](dl×r)/r^2 ,
这不就清楚的表达出了:
恒定直流与恒定磁场以及
交变电流(电子速度)与交变磁场之间的关系了吗?
所以我觉得“迈克斯韦方程”的推导思路和表达形式上都存在一些明显的问题?
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另外关于:
交变的“静电场”(电容极板)在空间某点处引发的磁场应该为零,
因为此时电容极板上的电子速度v为零,没有电子动能的转化?
当然,交变的“静电场”在空间某点处引发的电场还是由库仑定律决定?
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