【讨论】电磁学的两个问题
作者: liuhaitang (站内联系TA) 发布: 2009-03-08
关于电磁学有几两个问题一直不太明白，在网络上也找不到答案，现在贴出来希望虫友们帮助解惑:
1、安培力和洛仑兹力的关系
这个问题网络上有大约5种解释，大致有以下三种观点
（1）安培力是宏观，洛仑兹力是微观，大量的洛仑兹力直接构成安培力
问题：安培力做功，洛仑兹力不做功
（2）洛仑兹力使导线中自由电荷运动，自由电荷撞击导线表面产生安培力
问题：自由电荷撞击导线表面，分子撞击产生热量，实验中并未观察到
（3）洛仑兹力使导线中自由电荷运动，电荷在导线表面聚积，形成霍尔电场，安培力是自由电荷或者固定电荷所受霍尔力的合力
问题：这种解释能解释安培力做功洛仑兹力不做功的问题，但是安培力可以改变导线动量的大小，洛仑兹力不能，霍尔力属于导线内力，也不能改变导线动量大小。
大家都肯定安培力是由洛仑兹力引起的，但具体过程很难说。
2、麦克斯韦理论的核心之一变化的磁场产生电场，但是导体棒切割磁感线时感应电动式与感应电流如何形成？
1、安培力和洛仑兹力的关系
这个问题网络上有大约5种解释，大致有以下三种观点
（1）安培力是宏观，洛仑兹力是微观，大量的洛仑兹力直接构成安培力
问题：安培力做功，洛仑兹力不做功
（2）洛仑兹力使导线中自由电荷运动，自由电荷撞击导线表面产生安培力
问题：自由电荷撞击导线表面，分子撞击产生热量，实验中并未观察到
（3）洛仑兹力使导线中自由电荷运动，电荷在导线表面聚积，形成霍尔电场，安培力是自由电荷或者固定电荷所受霍尔力的合力
问题：这种解释能解释安培力做功洛仑兹力不做功的问题，但是安培力可以改变导线动量的大小，洛仑兹力不能，霍尔力属于导线内力，也不能改变导线动量大小。
大家都肯定安培力是由洛仑兹力引起的，但具体过程很难说。
2、麦克斯韦理论的核心之一变化的磁场产生电场，但是导体棒切割磁感线时感应电动式与感应电流如何形成？
Lorentz力是带电粒子在电磁场中的受力
F=qE+qvxB
Lorentz力密度
f=rouE+jxB
x表示叉乘
Anpere力就是
带电流的导线在磁场中的受力
F_A=B x I
x表示叉乘
网上很多东西本来就是copy加paste，除此之外无需脑子，如果你也跟着断章取义，或者至少在引用的时候，只能更加莫衷一是
问2
"麦克斯韦理论的核心之一变化的磁场产生电场"
变磁生电是Faraday电磁感应定律的说法
后半问，你再自己思考一下吧
学而不思则罔啊
F=qE+qvxB
Lorentz力密度
f=rouE+jxB
x表示叉乘
Anpere力就是
带电流的导线在磁场中的受力
F_A=B x I
x表示叉乘
网上很多东西本来就是copy加paste，除此之外无需脑子，如果你也跟着断章取义，或者至少在引用的时候，只能更加莫衷一是
问2
"麦克斯韦理论的核心之一变化的磁场产生电场"
变磁生电是Faraday电磁感应定律的说法
后半问，你再自己思考一下吧
学而不思则罔啊
GrasaVampiro 兄回复我看了，但是并没有回答Lorentz力和Anpere力的关系，仍然感谢GrasaVampiro 兄。
其实第二个问题和第一个问题本质上是有联系的，只要知道Lorentz力和Anpere力的关系，就能解答。
关于Lorentz力和Anpere力的关系并非是我跟着网络文章断章取义，而是着实令人疑惑，现在我是一名高中物理教师，Lorentz力和Anpere力的关系这个问题，至少我在高中教材和大学教材（赵凯华先生和陈熙谋先生的《电磁学》）上都没有令人满意的结果，希望能和GrasaVampiro 兄继续作深层次的讨论。
其实第二个问题和第一个问题本质上是有联系的，只要知道Lorentz力和Anpere力的关系，就能解答。
关于Lorentz力和Anpere力的关系并非是我跟着网络文章断章取义，而是着实令人疑惑，现在我是一名高中物理教师，Lorentz力和Anpere力的关系这个问题，至少我在高中教材和大学教材（赵凯华先生和陈熙谋先生的《电磁学》）上都没有令人满意的结果，希望能和GrasaVampiro 兄继续作深层次的讨论。
补充一下，nqv=I
n为带电粒子密度，q为粒子电荷量，v为电荷移动速度
1 首先呢，电场驱动电荷运动，一大堆电荷形成电流。
其次，单个带点粒子受lorentz力，导线中大量带电粒子整体就表现为安培力，磁场是不会做功的。宏观上导线的动量的变化来自于微观带电粒子的动量。
如果楼主还有兴趣的话，看看电动力学，你会发现电磁场也是有动量的。
2 导线中的粒子随着导线一起在磁场中做切割运动，产生速度，而这些粒子有电荷，那么受到lorentz力（用右手定则），然后正负电荷向相反方向跑去，聚集在导线两端，形成感应电动势。
n为带电粒子密度，q为粒子电荷量，v为电荷移动速度
1 首先呢，电场驱动电荷运动，一大堆电荷形成电流。
其次，单个带点粒子受lorentz力，导线中大量带电粒子整体就表现为安培力，磁场是不会做功的。宏观上导线的动量的变化来自于微观带电粒子的动量。
如果楼主还有兴趣的话，看看电动力学，你会发现电磁场也是有动量的。
2 导线中的粒子随着导线一起在磁场中做切割运动，产生速度，而这些粒子有电荷，那么受到lorentz力（用右手定则），然后正负电荷向相反方向跑去，聚集在导线两端，形成感应电动势。
感谢sciencegreen 的回答，不管是lorentz力还是Anpere力，力是物体之间的相互作用，我一直觉得物体之间的相互作用应该是物体之间物质和能量的交换，具体的外在表现形式就是力，lorentz力和Anpere力都是外在电磁场与电荷产生电磁场之间的能量交换，或者说是交换光子，但是从微观的lorentz力到宏观Anpere力的过渡我还是不太清楚，我正在阅读郭硕鸿先生的电动力学，但是看完sciencegreen 的回答后我感觉应该从量子电动力学的角度来解决这个问题。这个问题让我想起了薛定谔的猫，也是由微观到宏观的过渡。
不好意思，刚才有个问题忘了，是不是nqv=j,电流密度？
是电流密度，不好意思写错了。
我觉得就 “力” 的问题来说，谈不上量子电动力学，用经典的就可以解释。
若这些带电粒子放在真空中，比如在加速器里，单个粒子的描述和整个束团是一样的，受力形式完全相同。
如果楼主想要对固体介质中（导线）的情形研究的话，建议看看统计物理，热学和固体物理。
我觉得就 “力” 的问题来说，谈不上量子电动力学，用经典的就可以解释。
若这些带电粒子放在真空中，比如在加速器里，单个粒子的描述和整个束团是一样的，受力形式完全相同。
如果楼主想要对固体介质中（导线）的情形研究的话，建议看看统计物理，热学和固体物理。
看样子楼主好像没学过电动力学，建议看看就能解决你的问题了
（1）洛伦兹力是作用在电子上的，其对电子并不作功，作用是改变电子的运动方向使之与导体碰撞，进而将电子的动量传递到导线上，所以其实质上起到一种转换能量的作用，而这种转换的宏观表现就是安培力，并不存在作功上的矛盾。
（2）实际的导体中这种碰撞肯定会产生热量，所以加上磁场后导线的电阻会变大（磁阻），请你说一个“没观察到这种热量”的实验
（3）见（1），安培力改变导线的动量正是由于洛伦兹力带来的动量转移而造成的
总之，安培力来源于洛伦兹力，就是洛伦兹力所引起的电子对导线的碰撞的统计结果。并且，作为一种粗糙但直观的证明，利用j=nqv也可以从洛伦兹力公式导出安培力公式。
（2）实际的导体中这种碰撞肯定会产生热量，所以加上磁场后导线的电阻会变大（磁阻），请你说一个“没观察到这种热量”的实验
（3）见（1），安培力改变导线的动量正是由于洛伦兹力带来的动量转移而造成的
总之，安培力来源于洛伦兹力，就是洛伦兹力所引起的电子对导线的碰撞的统计结果。并且，作为一种粗糙但直观的证明，利用j=nqv也可以从洛伦兹力公式导出安培力公式。
1楼回答的是正确的，我在此作些补充：
1、 洛伦兹力公式是普遍适用的，从宏观到微观，从低速到高速，是经过实践检验的。
2、安培力是洛伦兹力的一个特例。安培力公式是可以从洛伦兹力公式推出的，见梁灿彬《电磁学》第一版第329页推导。
3、导线切割磁力线本身也是通过洛伦兹力实现能量的转换，和麦氏方程没什么联系，很多电磁学、电磁场教材对此都有详细的分析。
4、洛伦兹力公式独立于麦克斯韦方程组。二者共同构成了经典电动力学的理论基础。
不知我说的是否明白，欢迎继续讨论。
1、 洛伦兹力公式是普遍适用的，从宏观到微观，从低速到高速，是经过实践检验的。
2、安培力是洛伦兹力的一个特例。安培力公式是可以从洛伦兹力公式推出的，见梁灿彬《电磁学》第一版第329页推导。
3、导线切割磁力线本身也是通过洛伦兹力实现能量的转换，和麦氏方程没什么联系，很多电磁学、电磁场教材对此都有详细的分析。
4、洛伦兹力公式独立于麦克斯韦方程组。二者共同构成了经典电动力学的理论基础。
不知我说的是否明白，欢迎继续讨论。
再补充一点： 导体棒切割磁感线时产生的是动生电动势而不是感应电动势。
我说的1楼是指GrasaVampiro ，楼号我也搞不很清楚。
我说的1楼是指GrasaVampiro ，楼号我也搞不很清楚。
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