能流密度概念不适用于静场情形吗?

根据麦克斯韦方程组,可将电磁现象的能量守恒定律具体表述为[1]式中　是电磁场的场能密度, 　是电磁场的能流密度矢量(坡印亭矢量),记为S,则式(1)表明,空间任意体积V内产生的电功率,等于单位时间内体积V中电磁能的减少与通过体积V的界面S流入的能量之和。根据麦克斯韦方程组还可得到动量守恒定律的具体表示,电磁场的动量密度为这表明电磁场的动量密度矢量与能流密度矢量方向相同。 由于任意矢量A满足因此,在能流密度　中可附加任意矢量A的旋度　,而不影响式(1)成立。这似乎说明能流密度并非单值,可以有一附加项　的不确定度。但是这只是…     

麦克斯韦的治学方法与电磁学方面的科学成就──纪念麦克斯韦逝世一百周年

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)是十九世纪中叶一位杰出的英国物理学家,1831年6月13日生于爱丁堡,1879年11月5日,病逝于剑桥,到现在正好是一百周年.他虽然只活了48岁,却在科学上作出了巨大贡献.他写了一百余篇科学论文,内容范围很广泛,其中最突出的是在电磁场理论方面.他在总结前人工作的基础上,创造性地提出了系统化的电磁场理论,他提出的方程组称为麦克斯韦方程组,预言了电磁波的存在并提出了光的电磁学说,探明了电磁场的奥妙,对于人类进一步认识并利用自然规律作出了划时代的贡献. 麦克斯韦的科学成就不是从天而降的,…     

对另一能流矢量表述的异议

在最近一篇文章中,莱(lai)认为用另一能流矢量[l]描述电磁能流比用坡印廷矢量更有道理。式中因为因此,对S和SN,通过封闭面流出的净的能流是相同的,即因此,在物理上究竟是(1)还是(2)更合理的问题,是不能只由正确地给出了净的能流确定的。本文指出SN的两个问题,用坡印廷矢量则没有这两个问题。 用(1)式的第一个困难是SN与规范变换有关,因此意义不明确。我们总可以作出一种规范变换 使之得到相同的电磁场。然而,通过这一变换, (2)式保持不变,但(l)式改变了。即使作出某一特殊的最好的规范选择,SN也不确定。例如,我们研究一个简单的直流电路…     

计算电磁场应力时应注意的一个问题

我们知道,电磁场应力张量可以表示为[1][2]或表示为[3]式中I为单位张量.以上两式差一负号,在未弄清其物理意义上的差别以前,用它们来计算电磁场的应力问题时,就容易出现符号上的混淆,尤其是学生在作题肘经常会出现符号上的错误,因此我们必须注意这个问题. 现在以计算静电场中的应力为例来简要说明一下.在只存在电场的情况下,(卫)式和(2)式变为在电场中法线方向的单位矢量为。的单位面积所受的力为或下面用式(5)来计算两个例题(请注意其中的错误). 例1计算电量为Q,半径为R的肥皂泡表面所受电场的应力. 解设肥皂泡表面均匀带电,则肥皂泡表面…     

磁控管微波振荡

磁控管是一种结构简单而效率较高的自振荡器件,可将输入的交流电电能转换为输出的微波电磁能,广泛应用于雷达、导航和微波加热.这一重要应用技术的工作原理较复杂,涉及电工技术、高频电磁场理论和复杂的电子运动,本文简述了磁控管的组成结构、分析方法、谐振频率和能量转换的过程,介绍了磁控管内电子的运动形态和典型速度,以及磁控管中的正交静态电磁场对磁控管建立微波振荡的作用,并在固有振荡的激励方面将磁控管与弓弦乐器做了类比.     

一类新的复合场方程及解

采用5维空间4+1分解的方法建立了标量场、电磁场和引力场的复合场方程,并给出了一个复合场方程的静态球对称解 当标量场及其与电磁场的耦合不存在时(β=0),此解退化为ReissnerNordtstrom度规.还给出了标量场和电磁场产生的复合场源流密度矢量的表示式 关键词：     

汽车制造业中的物理学家及其工作

过去,在汽车制造业中物理学家们致力于解决存在的问题及将物理测量技术用于汽车材料和燃烧中.而今天,物理学家们则在显示出有希望改善材料或生产过程的那些领域的前沿从事研究.研究范围从金属表面态密度的基本计算到光学信息处理机的发展和演示.一些读者可能怀疑在汽车工业方面     

推荐当前世界上的一本畅销书──代《宇宙秘码──作为自然界语言的量子物理》一书的译者序

派格斯著《宇宙秘码-作为自然界语言的量子物理》一书,不是一部科学幻想作品,它是一本基本上无数学公式的严肃的物理学.作者写书的动机受到本世纪伟大实验物理学家之一、1944年诺贝尔物理奖获得者拉比教授的启发.拉比教授在一次纪念他的卓越学术贡献和科学活动的学术会议上,曾埋怨物理学家们没有能把物理学上激动人心的成就,传播给社会大众.他说,物理学家们与科学幻想小说的作者相比,为传播科学精神所做的工作太少了.于是作者开始筹划写这本书.他的目的很清楚,就是希望广大读者,包括不熟悉物理学而从事其他事业的人,如从事社会科学、文学艺…     

多个简谐振动合成问题进一步研究

本文通过讨论大学物理课程教学中简谐振动合成问题的传统方法的基础上,重点讨论了利用旋转矢量法来合成多个简谐振动问题。通过研究,N个简谐振动合成的合振动振幅取最小值时,其闭合多边形的形状个数是N-1,N取偶数时,存在两矢量相位相反合成矢量后为零,不存在闭合多边形的情况;若N取奇数时,多个矢量合成后不存在为零的情况。对多个矢量合成问题的讨论,能够进一步了解振动合成的理论和规律,理清对简谐振动合成问题的教学思路。     

寻找磁单极子和分数电荷(下)

2.磁单极子 电荷和电偶极子在自然界里比比皆是.但是,实验上从来没有证实过孤立磁荷的存在[1].磁仍极子是十分普通的,但把一个磁偶板子分成两个,并不得到两个相反的磁荷,而是得到两个更小的磁偶极子.电和磁之间的对称性是人们所向往的一件好事情,所以,物理学家们愿意相信,磁单极子(磁荷)是存在的.不过,如果没有确实的实验证明,就无法作出这样的结论. 存在磁单极子的一个有说服力的理论论证,是1931年狄拉克(P.A.M.Dirac)提出来的[2].他考虑在一个磁荷的场中的单个电子,发现量子力学(角动量的量子化)要求基本电荷(e)和基本磁荷(g)之间成立如…     

19世纪电磁学史上的一座丰碑——麦克斯韦与电磁场理论的创立

麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一,他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑,他不但将全部电磁现象所服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组,而且还预言了电磁波的存在.他所完成的不朽著作《电磁场通论》,对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑.同时,麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一样令人惊叹.     

宇宙线是否带电

<正>1.宇宙线的发现与新问题19世纪初,物理学家们发现了空气电离的现象,并开展了一系列实验测量,探究空气电离之谜^[1]。物理学家通过测量电离率与海拔的关系,从而确定了这些神秘射线来自于外太空^[2],继而有了“宇宙射线”的概念。宇宙射线的发现吸引了众多物理学家的兴趣,人们对于这一神秘射线的发现充满了好奇和怀疑。虽然奥地利物理学家维克多·赫斯的实验结果清晰表明电离率会随着海拔升高而增加,但是依然有很多物理学家对这一发现提出了质疑,其中就包括美国著名实验物理学家罗伯特·安德鲁·密立根。密立根于1909年设计了著名的“油滴实验”,     

静止电磁场的角动量

并不是每个学生都会爽快地相信《费曼物理学》第二卷17.4[1]中的佯谬可以用初始就存在的静止电磁场角动量来解释.这里p是动量密度,它正比于坡印廷矢量[2],这一角动量在电流切断后变为0。为保证电磁角动量与机械角动量构成的总角动量守恒,塑料圆盘将开始旋转. 角动量概念是与绕轴运动相联系的.圆偏振波具有角动量似乎易于理解,因为电场与磁场均绕波传播的方向旋转,静止场具有角动量则难于理解. 下面我们来考虑一个可以绕轴自由旋转的力学系,它可借其上所带的电荷同时激发电场和磁场.它与费曼盘不是雷同的模型,但具有某些相同特性而且优点在于…     

不同规范下横场与纵场的特性分析

文章按照矢量场分解为横场和纵场的方法,采用亥姆霍兹定理,研究电磁场的性质与结构.对不同规范下电磁场的横场和纵场特性进行分析与比较,讨论电磁场与源之间的对应关系.结果表明,电磁场问题由电荷场和电磁波动场两个相互独立的问题组成,远区辐射场由横场部分决定,纵场部分并不辐射出去;电磁势函数存在过多自由度可以归因于纵场分量的不唯一性,标量势所满足的方程并不独立于各自对应的矢量势所满足的方程.     

坡印亭和他的科学工作

坡印亭定理和坡印亭矢量是反映电磁波传播特性的重要概念。尤其是坡印亭矢量,几乎出现在近现代的每一本讨论电磁学的著作中。不过,和这两个名词出现的频繁程度相反,有关坡印亭本人的介绍却不多见。在传统的物理学史书籍中,几乎没有关于这位物理学家的专门介绍。本文主要依据剑桥大学在1920年出版的坡印亭论文集,对这位物理学家的生平和他的科学工作进行介绍,希望能对大学物理教学及中文物理学史内容提供有价值的补充资料。     

在交变外磁场作用下处于迈斯纳态的超导体内的电磁场和能量变化（英文）

本文以一个无限大的超导平板为例,分析它在正弦外磁场作用下处于Meissner态时的电磁场以及能量变化的特征,计算结果表明在准静态外磁场作用下超导体内的磁场、电场以及感应电流都随着透入表面的深度迅速衰减而没有滞后现象.根据超导电流和穿透深度的定义以及London方程,分析了超导体内超导电流与感应电场乘积的物理意义.我们计算并分析了流入超导体的电磁能与内部的磁场能、电场能、超导电子动能之间的转化关系,结果表明这四种能量之间的转化是完全可逆的,超导体内不存在任何损耗.     

光子晶体介质性质及手性特征的一种判别方法

通过研究各向同性以及各向异性介质中电磁场的波矢量与波印廷矢量之间的角度关系,给出了利用电磁场的单位波矢量与单位群速度的点积值来判断光子晶体介质性质及其手性特征的一种方法.并指出,可以利用光子晶体手性特征临界点的特性来解决多光束的合束问题.最后,利用解析计算讨论了上述结论.上述研究结果为进一步丰富“电动力学”等相关课程的教学内容打下了基础.     

均匀磁场中电荷的量子运动和规范不变原理

一、问题的提出 自从1960年Bohm-Aharonov效应的实验证实[1]及1975年吴大峻和杨振宁关于规范相因子的出色工作后,[2]人们已普遍地接受了这样的观点,即量子力学中的矢势比它在经典力学中的作用要重要得多.[3]由于矢势的选择方法只有一种,即它的旋度必须给出磁场强度,因此,经典力学中的规范不变性只是经典电磁相互作用自动满足的一种对称性,并没有给经典力学带来任何新东西.但是,在现代物理学中.规范场理论的研究表明是不变性支配了相互作用,电磁场只是自然界存在U(1)局域规范不变相互作用的必然体现[4].在非相对论量子力学中,电磁相互作用…     

物理学大师与音乐的不解之缘

 我在阅读物理学家的传记时,发现一个十分有趣的现象:很多物理学大师都是音乐爱好者,他们所从事的科学活动与音乐有着千丝万缕的联系。我们知道,物理学研究,主要运用的是逻辑思维和数学语言,其创造性劳动的特点重在“现实主义”;而从事音乐活动则主要是运用形象思维和艺术语言,所体现的风格重在“浪漫主义”。这两种思维方式看上来是完全相反的,可是它们竟如此神奇地统一在那些物理学家的身上。这是什么原因呢?本文想对此作一番探讨。     

著名实验物理学家帕·阿·契伦科夫

 一位著名物理学家认为:现代物理学发轫于欧洲文艺复兴时期先哲们的研究.从那时起,摘取科学桂冠而荣获诺贝尔物理学奖的大师们都来自西方.他们何以得到如此殊荣?他们是怎样进行工作的?他们是看见和听到什么而能告诉人们原子或电子确实存在:如此等等,曾使许多读者致函本刊编辑部,要求不定期地加以介绍.为此,从这一期起,本刊正式开辟《国外科学家介绍》栏目,希望从事物理学史研究的行家里手,能同我们一起耕耘这块处女地.我们和读者一样,期待着你们.