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電為什么能生磁,磁為什么能生電,為什么二者之間有聯系,本質原因是什么?

答:其他答友已經給出了相當專業的解釋!我再補充一個通俗的解釋,用一個例子,來說明磁場和電場本質上是一樣的,都是電磁力的場效應!


這個解釋,我是在一位外國科普達人的視頻中看到!一句話總結就是:磁場和電場的區別,是在不同參考系中觀察到的狹義相對論效應!



有人肯定很納悶,電磁場和相對論怎么就扯到一起了呢?我們來看這么個例子:

一段導線內部,有正電荷,也有負電荷,正常情況下,正電荷和負電荷的密度相等,對外不顯電性,我們看來以下三種情況!


情況一

在導線外部放一正電荷,相對于導線處于靜止狀態:



結論1:因為導向不顯電性,所以對外面的正電荷沒有庫侖力(或者說抵消為零)!


情況二

同樣的模型,我們把導線通上電,比如電子(負電荷)往右移動:



結論1:導向內部雖然有電流,但是電子密度并沒有改變,所以導線還是顯中性,不會對外面電荷產生庫侖力;

結論2:我們知道,通電導線將在導線周圍產生環形磁場,但是外部電荷沒有移動,所以不會產生洛倫茲力;

兩個結論吻合!


情況三(重點來了)

同樣的模型通上電流,這次外部電荷,相對于導線向右運動,為了方便起見,我們外部電荷與內部電子移動速度相同(一般導體通電,電子移動速度只有幾毫米每秒):

參考系一:對于旁觀者



結論1:導線內部的正負電荷密度沒發生變化,所以導線還是顯中性,不會對外部電荷產生庫侖力;

結論2:根據電磁學理論,通電導線在導線周圍產生環形磁場,磁場將對外部運動電荷產生洛倫茲力,螺旋定則可以判斷,外部電荷受到向外的洛倫茲力;

這時候出現矛盾啦!為什么不同的理論角度,會得到不同的結論呢?這里的洛倫茲到底怎么來的?

要破解這個矛盾,就得弄清楚磁場和電場的關系。之所以產生矛盾,是因為結論一沒有考慮狹義相對論的尺縮效應,我們換一個參考系分析。


參考系二:外部電荷的參考系

在外部電荷的參考系看來,導線是向左移動的,導線內部的正電荷也隨著導線向左運動,根據愛因斯坦的狹義相對論,正電荷隨著導線必定產生尺縮效應,于是變成了下面的情況:



結論:導線內的正電荷密度大于負電荷密度,于是導線顯正電性,根據庫倫定律,外部電荷將受到庫倫力作用,向外排斥并遠離導線!

該結論和“參考系一”中“結論二”完美吻合!實際上,根據相對論效應去計算庫侖力的話,會得到和洛倫茲力一樣的結果!

從這個角度看,洛倫茲力的本質原來就是庫侖力,磁場的本質原來就是電場(這不廢話嘛)!磁場和電場的表面區別,原來是狹義相對論效應導致的!



在這里,我們看到了磁場和電場,經過相對論協變后得到了完美統一,自然規律簡直太美妙啦!


但是電流中,電荷的運動速度非常小,只有每秒幾微米幾厘米,相對論效應怎么會那么明顯?

解釋:那是因為庫侖力非常強,微小的相對論尺縮效應,都將使得庫侖力對宏觀產生明顯影響!

如果明白了以上原理,也就能回答題目的疑問啦!什么磁生電、電生磁都不要去糾結,因為它們都是電磁場,本質都是庫侖力的作用!


好啦!我的答案就到這里,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!

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