再论洛仑兹关系的协变性及其速度的含义

洛仑兹关系式 F=qE+qv×B通常也称为洛仑兹力公式,它与麦克斯韦方程组一起,给出了电动力学的基本规律.在宏观电磁现象中,洛仑兹力公式和麦克斯韦方程组是普遍成立的,并适用于一切惯性参考系,具有相对论协变性. 公式F=qE + qv×B中的速度v,与E=0时,公式F=qv×B中的速度v,含义完全相同,是指电荷相对于观察者的速度,也就是电荷相对于与观察者固接的参考系的速度.但最近有的作者又一次强调[1],它也是电荷相对于磁场的速度,应当把“总是误认为公式中的v是带电粒子相对于导体或磁场的速度,实际上应当是指相对于观察者的速度[2]”改为“总是误…     

1981年国内研究生入学试题选载(Ⅱ)

电动力学试题(任作五题,每题20分) 一、试从麦克斯韦方程组和洛仑兹力的公式讨论“电磁场动量”概念的建立过程,并给出电磁场动量的表达式,不需详细数学推导. 二、一导体球,半径为a,带电荷Q,在球外有一点电荷 ,从球心到这电荷的矢径为r.当把这个系统放在沿r方向的匀强电场E中时     

由应力张量计算磁作用力

通过用麦克斯韦应力张量计算旋转带电球面电流间的磁作用力的例子,表明在可以求出总场的情况下,用麦克斯韦应力张量来计算电磁作用力不失为一个较好的方法.     

非中心平面对称场扰动的频散公式

本文由麦克斯韦方程,得到静磁情况下非中心平面对称场的一般表达式,并从粒子横向运动方程出发,推导了非中心平面对称场扰动的频散公式.     

静电场中介质面上的应力

在大多数电磁场教材中，研究静电场中介质体受力均从静电能出发，由虚功原理求解．本文应用电磁场张力张量，推导出适用于静电场中二不同介质分界面上的应力计算公式，因而可以直接计算介质上所受的力，并举例应用．     

广义洛伦兹磁力具有普适性,它能全面解释电磁感应的物理过程

本文将综合论证指出：广义洛伦兹磁力具有普适性,它能全面解释电磁感应的物理过程;无论是静态场,或是时变场,都是洛伦兹磁场力的作用结果.①电波反射是广义洛伦兹磁力的应用,②广义洛伦兹磁力使线圈产生“反电动势”,③接收天线上的信号形成是广义洛伦兹磁力的作用结果,④磁力线静止而导体转动情况的经典洛伦兹磁力的应用,⑤导体静止而磁铁携带磁力线转动情况是广义洛仑兹磁力的应用,⑥磁发电机是广义洛伦滋磁力的应用,⑦变压器的变压原理是广义洛伦滋磁力的应用⑧铁芯中形成涡电流是广义洛伦滋磁力的应用.故,“磁生电”的真实原因是：金属电子在广义洛伦兹磁力的作用下的流动而形成Ic,却不是法拉第-麦克斯韦-爱因斯坦他们在自由空间里虚构的位移电流Ia.或,基于唯物主义自然观,联系电磁感应的物质是洛伦兹的金属电子,却不是法拉第-麦克斯韦-爱因斯坦他们的真空以太.     

在洛伦兹变换下磁单极的电磁规律

从磁库仑定律出发，用洛伦兹变换导出磁单极的电磁场及其散度，旋度公式和磁单极在电磁场中的受力公式；给出它们的相对论协变形式；最后对讨论推广的麦克斯韦方程组。     

正弦电磁波的相位不变性

国内外不少电动力学教科书都在不同程度上论及:通过测量电磁波的相位可以说明电磁波的相位不变性,企图给出相位不变性的实验基础.对此已有人提出了异议[1].我们还可以提出下述理由来支持他们的观点;从本质上来讲电磁波是量子波,量子力学认为纯粹的平面单色液是不存在的,而且量子波的相位是不可测量的.本文将指出,只要作为时空函数的物理量能够用正弦波展开,伴随着任意的线性齐次时空变换都会产生相应的相位不变性.因为电磁场的麦克斯韦方程组是洛仑兹不变的,所以正弦电磁波的相位是洛仑兹不变的,但是非正弦电磁波的洛仑兹不变量却是归一化序…     

洛仑兹破缺标量场的霍金隧穿辐射

把洛仑兹破缺的标量场方程推广到弯曲时空中,并通过Aether-like项对标量场方程进行修正,该项所产生的效应也会影响到黑洞时空视界附近处的物理效应.接着,进一步在半经典近似下得到了修正的Hamilton-Jacobi方程,然后用这一修正的Hamilton-Jacobi方程研究了史瓦西黑洞的隧穿辐射特征,并讨论了洛仑兹破缺对黑洞霍金辐射和黑洞熵的影响.结果表明,u~α=δ_t~αu~t,δ_r~αu~r形式的Aether-like项的效应可能使黑洞温度增加,而黑洞熵降低.该工作可以帮助我们更深刻地理解弯曲时空中的洛仑兹破缺效应的物理性质.     

磁场中激光牵引热解石墨的理论与实验研究

利用钕铁硼永磁体搭建了悬浮平台,抗磁性物质热解石墨片做悬浮物,在光热效应下,研究了激光牵引磁悬浮热解石墨的运动机制.从悬浮物受力公式出发,将其分为磁场与热场2部分影响,结合Matlab给出理论公式与实验方案,通过实验验证了理论的自洽性.使用COMSOL进行数值模拟,给出定位情况下的受力情况、磁场分布以及热场分布等.使用COMSOL建立了相关APP,可以得到磁铁序列的磁场分布、势场分布、热解石墨片的热场分布及其在磁场中任意位置的受力.     

微结构表面热辐射光谱特性的分析方法

微结构表面热辐射光谱特性研究分析的一个主要问题在于表面微结构复杂的空间自由度以及计算方法.针对以上问题本文建立了任意微结构表面的物理模型,基于电磁波理论给出了微结构表面热辐射满足的麦克斯韦方程组.将时域有限差分方法(FDTD)用于麦克斯韦方程组的离散求解,引入场分离处理方法,直接计算提取反射场量,进而采用坡印廷定理计算得到能流以及光谱特性.最后,分别计算了随机微结构表面和微腔表面的热辐射光谱特性,并与相关文献的实验以及计算结果进行了比较.     

不同功率下无工质微波推力器的推力预估

基于经典电动力学理论,从麦克斯韦方程组和麦克斯韦张量出发,推导出无工质微波推力器的推力计算方程. 应用有限元分析软件,计算了特定谐振模式下的特定圆台谐振腔在不同功率条件下的电磁场分布;根据推导出的理论计算公式,计算了不同功率条件下推力器的总推力. 计算结果表明:推力与功率成正比,而且磁场力决定着总推力的大小;圆台谐振腔消耗20–200 W电磁波功率时所产生的推力在20–250 mN范围内. 关键词： 电磁波 麦克斯韦张量     

基于VOF方法的带相变的自由界面的计算

对于气液自由界面上存在相变(蒸发、沸腾或凝结)的情况,由于此时不仅物性分布是不连续的,速度场也发生了不连续,这无论对于捕捉或追踪自由界面的算法本身还是流场的求解都带来了一定的困难.本文提出一种基于VOF方法的计算带相变的自由界面的算法,对这种情况下的关键问题一速度场的不连续性给出了解决方法.并用编制的二维程序计算了水平壁面上的膜态沸腾,并将计算结果与理论公式进行了比较.     

介质中的电磁动量与应力张量

围绕电动力学相关内容,针对介质中电磁动量及应力张量问题,依据麦克斯韦方程组、洛仑兹力及动量守恒定律等,并着力结合近年的理论研究进展,比较与分析介质中电磁动量、应力张量不同形式的区别与联系,探究其物理内涵与作用,力图为相关的教学与研究工作提供参考.     

在GaAs-Al矩形光栅界面上表面增强二次谐波产生

我们以GaAs-Al矩形光栅界面为例具体推导了二次谐波产生的公式.依据Bloembergen和Pershan关于非线性介质的理论,用微扰论方法求解了麦克斯韦方程.理论公式和数值计算均表明,表面增强二次谐波起源于共振激励表面电磁波.     

时域有限差分法利用聚焦光脉冲模拟介质球微粒所受单频光阱力

用三维时域有限差分法对光镊装置中介质球微粒所受光阱力情况进行模拟。根据Richards-Wolf矢量场衍射积分公式对消球差会聚透镜像空间中电磁场分布的表示,在总场空间中实现了对聚焦光脉冲的模拟。聚焦光脉冲与介质球微粒的相互作用,通过离散傅里叶变换提取出单频成分,利用计算光阱力的麦克斯韦应力张量公式,计算单频激光对介质球的光阱力。聚焦光脉冲的引入可以使一次计算得到多个频率下的计算结果。对相同的聚焦装置下介质球受不同频率入射光的光阱力情况进行了计算。计算结果表明使用线偏振光作光源时,大数值孔径聚焦透镜和短入射波长有利于介质球的横向操纵;沿光轴方向对介质球进行纵向操纵,需要大数值孔径的物镜和与之相适应的入射波长。     

声表面波在声栅上的反常Bragg衍射

本文讨论了在考虑基片各向异性因素时,声表面波在声栅上的Bragg衍射现象。理论分析时,将有关波式和不同模式之间的差别唯象地以它们对应的相速不同来表征之,而不具体讨论这些波式或模式的偏振特性。在分析时,与讨论声-光反常Bragg衍射情形一样采用二波近似,但不借助于引入对应于极化矢量那样的量,而直接由栅区声速分布给出各波式之间的耦合系数。由此而得出的“反常Bragg衍射”公式,与声-光情形下采用极化矢量概念给出的公式一一对应。由这些公式计算的结果,与实验结果良好地符合。 关键词：     

在似稳条件下磁场的计算

在电磁学教学中计算似稳态的磁场时,一般教科书都明确指出,仍可用毕奥-沙伐尔定律,即(1)使用这一公式时,只需考虑真实电流,如低频交流电路中的传导电流、低速(v《c)运动电荷的运流电流,而不需考虑位移电流所激发的磁场。这就带来了几个问题:1.在计算低速运动电荷的磁场中为什么绝口不谈电荷运动引起的位移电流产生的磁场;2.考虑存在位移电流的情况下,安培环路定理必须修改而代之全电流定理 在真空情况下,可写为在磁场结构具有良好对称性的情况下用全电流定理求出磁场B,这是否会与根据(1)式计算出的结果相矛盾?3.在低频交流电路的局部地区,…     

高斯波束对离心球的辐射俘获力

基于广义洛仑兹-米氏理论(GLMT),研究了高斯波束对离心球的纵向辐射俘获力.用积分区域近似法计算波束系数,散射场的展开系数由矢量球面波函数的加法定理并求解边界条件得到.给出了高斯波束对在轴离心球辐射俘获力的计算公式并进行了数值模拟.将离心球退化为同心双层球,对离心球辐射俘获力的公式进行了验证.讨论了离心距对纵向俘获力的影响,也讨论r束腰半径、介质折射率和波长对纵向辐射俘获力的影响.     

三角形金属纳米粒子的光力特性研究

基于麦克斯韦应力张量理论,对多边形金纳米粒子在聚焦场下的光力特性进行了研究。以三角形金纳米粒子为例,从粒子在聚集场中的受力情况出发,分别研究了具有圆对称能量分布的聚焦场和具有三角形能量分布的聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性。研究结果表明,当使用圆对称聚焦场时,可对边长为50～350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获;当使用三角形聚焦场时,在粒子以和聚焦场形状匹配的角度进入聚焦场的情况下,可对边长为100～350 nm的三角形金纳米粒子实现稳定捕获。将圆对称聚焦场和三角形聚焦场对三角形金纳米粒子的捕获特性进行比较,发现三角形聚焦场在x方向的捕获力要强于圆对称聚焦场;而在y方向,三角形聚焦场对粒子的捕获范围要大于圆对称聚焦场。该工作研究了三角形的金属纳米粒子在不同形状聚焦场下的光力捕获特性,为基于非球形金属粒子的光学操纵在拉曼光谱超分辨成像、粒子微加工等领域的应用奠定了理论基础。