运动电荷产生的磁场

如题所述

要搞清地球磁场起源中电生磁的本质,首先就要了解运动电荷产生磁场的本质。地球轨道运动的动力与角动量守恒定律所形成的物质间的相对运动,产生了大量的运动电荷,运动电荷激发磁场问题,前人早已解决。

电流是大量电荷的定向流动产生的,导线中的电流是导线内大量自由电子作定向运动的结果,因此,电流所产生的磁场本质上是大量运动电荷所产生的磁场的总和,由毕奥 -萨伐尔定律,可讨论每个运动电荷的磁场。

附图 -2 运动电荷产生的磁场分析

设电流元 Idl ( 附图 -2) 的横截面为 S,导体的单位体积内有 n 个带电粒子,每个带电粒子的电荷量为 q,都以速度 v 沿方向作匀速直线运动而形成导体中的电流,则在单位时间内通过电流元横截面的电量为 nqvS。即导线中的电流强度 I = nqvS,代入式 ( 附 - 2)

得电流元 Idl 对空间一点 P 产生的磁感应强度

地球磁场起源理论

式中: r 为电流元到 P 点的矢径; N = nSdl,为体积元 dV = Sdl 中的带电粒子总数。

即式 ( 附 -4) 为电流元 Idl 中所有电荷对 P 点磁场强度的贡献,所以,单个电荷对P 点磁场强度 B 的贡献大小为:

地球磁场起源理论

单个电荷对 P 点所产生的磁场方向垂直于电荷运动的速度方向和矢径 r 决定的平面,并与电荷的电性有关。当电荷为正时,方向可由右手螺旋法则确定 ( 附图 -2b) ,当电荷为负时,方向为由右手螺旋法则确定的反方向 ( 附图 -2c) 。

很明显,地球磁场倒转表明运动电荷的电性发生了变化。

式 ( 附 -5) 为运动电荷磁场的基本计算式,如果带电粒子不作匀速直线运动,而作匀加速运动,则公式不成立,这时电荷将向周围空间辐射电磁波。如果运动电荷速度接近光速,公式也不成立。

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