B和H谁才是磁场强度

文摘   2024-08-27 22:53   四川  

知乎上经常有人说电磁学为什么这么难学,电动力学为什么这么难学,电机学为什么这么难学。

三门课程各有不同,又各有联系。电机学要有基本的电磁基础,电磁学是有点偏向工程应用的电磁学,电动力学,一般是在电磁学基础上的更进一步,电的动力学。

确实都难学!!!

2024-1785=239,库伦定律提出,已239年。

2024-1864=160,麦克斯韦方程提出,已160年。

2024-1888=136,赫兹发现麦克斯韦方程预见的电磁波,已136年。

2024-2011=13,加速智能机普及的小米1智能手机发布,已13年。


可以把上面的“已”全部换成“才”。


2024-1687=337,牛顿提出三大定律,已337年。比库伦定律早1785-1687=98年。


2024-1671=353,提出三大定律前,牛顿写了《流数术和无穷级数》,已用微积分解决问题。

或者

2024-1684=340,莱布尼兹发布了世界公认最早的微积分文献,《一种求极大极小和切线的新方法,它也适用于分式和无理量,以及这种新方法的奇妙类型的计算》,已340年。


2024-1884=140,利弗.赫维赛德和约西亚.吉布斯用矢量分析形式表达麦克斯韦方程,已140年。


也可以把上面的“已”全部换成“才”。


历史及自然科学发展之快。


电磁学的电场强度、磁场强度都是用“力”衡量电荷或者电流产生的场的大小。


电磁学的发展进程是逐步完善的。

造物主是神奇的,它造出了这大千世界,隐藏了世界运行的基本原则。
牛顿,库伦,法拉第,麦克斯韦等聪明人窥见了这些规则。
电磁世界,有两种场量,一种由源向四面八方发射或者收集,衡量这种能力用散度表示;一种沿源闭合打转,衡量这种能力,用旋度表示。

如果以马后炮的观点看,就像David k.Cheng 郑钧在《电磁场与电磁波》里那样,

①真空中静电电场强度的散度和旋度分别有:

②真空中静磁磁场强度的散度和旋度分别有:

前面之所以提到微积分,是因为要定量描述,要依靠极限思想,要用微积分。
一点处散度的定义是用一封闭面去包围该点,矢量物理量会在面上产生通量,随着面无限收缩,通量值与包络体积之比的极限,就是该点的散度;
一点处旋度的定义是用一闭合曲线绕该点,矢量物理量沿闭合路径产生环量,随着闭合曲线调整方向和不断收缩,环量与面积之比的极限,而且是在某个特定方向上会有最大值,就是该点的旋度。

散度似乎更容易理解一点,散度是标量;旋度难理解一点,给人感觉取得最大值的方向不好确定,旋度是矢量。这也是高中、大学在极限上反复折腾的原因。要从数学上理解,得理解极限。
好在你明白了这个规则,至于复杂的数学计算,交给计算机就完了。

在真空中有以上规律,在物质中呢?
电介质中,有原子电子。将它置于初始电场中,原子电子受力要被拉开不再电中性,就会产生附加的电场。至于能产生多大,跟物质本身的特性有关,用一个物理量表示,就是单位体积内产生极化矢量的大小。
材料置于磁场,电子环绕和自旋也有电流效应,自然也会产生磁场,至于产生大小,也是跟物质特性有关,用一个物理量表示,就是单位体积内产生磁化矢量的大小。

极化出来的电荷也是电荷,磁化出来的电流也是电流。所以式子就要改成:
用一堆复杂的推导,可以得出:
把这两个关系带入带黑字的公式,整理,有:
一点附近极化电荷密度和磁化电流密度的大小,跟该点的E和B有关系。
历史有时候难免阴差阳错,极化电荷密度跟E关联了,磁化电流密度没有跟B直接关联,让它跟H有了关联:
这样一来,带入整理,就有了:

所以,B才是磁场强度。至于有人叫它磁通密度、磁感应强度,由大家去吧,各自习惯就好。

人们认识磁场,先是磁铁,后来是电磁铁。既然电流可以生磁,最朴素的想法就是磁应该也能生电。天才法拉第发现了电磁感应。电磁终究纠缠在一起了。就有了完整的麦克斯韦方程:
至此,电磁的规矩已全部立下,方程里隐藏的彩蛋:电磁波的存在、光就是电磁波、光速不变以及由光速不变透漏的侠义相对论、磁场是电场的相对论效应等等,待后面的聪明人去发掘。






范泛谈电机
尝试浅入浅出地谈谈被众多人视为玄学的电机学,以及与电机有关的知识:电机制造,电机控制,电机维修等。
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