庫(kù)侖定律與位移電流

陳 鉞, 柳建國(guó), 劉發(fā)科

(湖南理工學(xué)院 物理與電子學(xué)院, 湖南 岳陽(yáng) 414006)

庫(kù)侖定律與位移電流

陳 鉞, 柳建國(guó), 劉發(fā)科

(湖南理工學(xué)院 物理與電子學(xué)院, 湖南 岳陽(yáng) 414006)

應(yīng)用狹義相對(duì)論研討電磁場(chǎng)基本定律, 由庫(kù)侖定律與洛倫茲變換, 推導(dǎo)出位移電流及全電流定律.

磁場(chǎng)強(qiáng)度; 電位移矢量; 位移電流; 洛倫茲變換

1820年, 奧斯特(H.C.Oersted)發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng), 揭示了長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為彼此獨(dú)立的電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系, 開啟電場(chǎng)與磁場(chǎng)統(tǒng)一的歷史進(jìn)程. 而狹義相對(duì)論完成了這一歷史使命.

文獻(xiàn)[1]應(yīng)用狹義相對(duì)論由庫(kù)侖定律導(dǎo)出畢奧—薩法爾定律. 文獻(xiàn)[2]進(jìn)一步推導(dǎo)出法拉第電磁感應(yīng)定律. 本文將再進(jìn)一步應(yīng)用狹義相對(duì)論推導(dǎo)出全電流定律及位移電流概念, 建立完整的電磁場(chǎng)麥克斯韋方程組, 完成電磁場(chǎng)的統(tǒng)一: 在狹義相對(duì)論理論體系中整個(gè)電磁場(chǎng)理論僅需一個(gè)共同的基本實(shí)驗(yàn)定律:“庫(kù)侖定律”就可以完整的建立, 而庫(kù)倫定律則已有堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ)[3].

回顧我們做的研究全過(guò)程: 從庫(kù)侖定律出發(fā), 應(yīng)用狹義相對(duì)論已推導(dǎo)出了完整的麥克斯韋方程組[4]:

狹義相對(duì)論已完成了電磁場(chǎng)的統(tǒng)一, 然而細(xì)細(xì)分析, 還存在一個(gè)小缺口: 電荷是相對(duì)論不變量嗎？大自然已實(shí)實(shí)在在的證明了電荷確實(shí)是相對(duì)論不變量:

氫原子系統(tǒng)對(duì)任意閉合曲面的電通量為零, 這正可應(yīng)用高斯定理證明電荷量是相對(duì)論不變量; 氫核帶正電荷e, 高速運(yùn)動(dòng)的核外電子的帶電荷依然為-e. 其與靜止時(shí)電子所帶電荷一樣, 與電子高速運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān). 電荷為相對(duì)論不變量.

于是, 我們完整地、系統(tǒng)地完成了電場(chǎng)與磁場(chǎng)的統(tǒng)一.

愛因斯坦于1921年訪問(wèn)英國(guó)倫敦時(shí), 于6月13日在英皇家科學(xué)院發(fā)表了演說(shuō), 其是這樣開始的: “我能夠榮幸地在這個(gè)曾經(jīng)產(chǎn)生過(guò)了理論物理學(xué)許多重要基本概念的國(guó)家首都發(fā)表講話, 特別感到高興. 我想到的是牛頓所給我們的物體運(yùn)動(dòng)和引力理論, 以及法拉第和麥克斯韋借以把物理學(xué)放到新基礎(chǔ)上的電磁場(chǎng)概念, 相對(duì)論實(shí)在可以說(shuō)是對(duì)麥克斯韋和洛倫茲的偉大構(gòu)思畫的最后一筆……”

這“最后一筆”是何等精彩啊. 狹義相對(duì)論完成了電場(chǎng)與磁場(chǎng)的統(tǒng)一, 也完成了一項(xiàng)偉大的歷史使命.

[1] 陳 鉞. 庫(kù)侖定律與畢奧-薩伐爾定律[J]. 湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 18(3): 34～36

[2] 陳 鉞. 庫(kù)侖定律與法拉第電磁感應(yīng)定律[J]. 湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2008, 21(1)

[3] 陳 鉞. 關(guān)于高斯定理證明的教學(xué)探討[J]. 湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2004, 17(1)

[4] 郭碩鴻. 電動(dòng)力學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1997

Coulomb’s Law and Displacement Current

CHEN Yue, LIU Jian-guo, LIU Fa-ke
(College of Physics & Electronics, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

A special relativity is applied to discuss the fundamental laws of electromagnetic field. The displacement current and the total current law were deduced based on Coulomb’s law and Lorentz transformation.

magnetic field strength; electric displacement; displacement current; Lorentz transformation

O441.4

A

1672-5298(2012)02-0042-02

2012-04-02

陳 鉞(1947- ), 男, 江蘇吳錫人, 湖南理工學(xué)院物理與電子學(xué)院副教授. 主要研究方向: 電磁場(chǎng)理論, 物理教育與教學(xué)