库仑定律与位移电流

陈 钺, 柳建国, 刘发科

(湖南理工学院 物理与电子学院, 湖南 岳阳 414006)

库仑定律与位移电流

陈 钺, 柳建国, 刘发科

(湖南理工学院 物理与电子学院, 湖南 岳阳 414006)

应用狭义相对论研讨电磁场基本定律, 由库仑定律与洛伦兹变换, 推导出位移电流及全电流定律.

磁场强度; 电位移矢量; 位移电流; 洛伦兹变换

1820年, 奥斯特(H.C.Oersted)发现电流的磁效应, 揭示了长期以来一直认为彼此独立的电现象和磁现象之间的联系, 开启电场与磁场统一的历史进程. 而狭义相对论完成了这一历史使命.

文献[1]应用狭义相对论由库仑定律导出毕奥—萨法尔定律. 文献[2]进一步推导出法拉第电磁感应定律. 本文将再进一步应用狭义相对论推导出全电流定律及位移电流概念, 建立完整的电磁场麦克斯韦方程组, 完成电磁场的统一: 在狭义相对论理论体系中整个电磁场理论仅需一个共同的基本实验定律:“库仑定律”就可以完整的建立, 而库伦定律则已有坚实的试验基础[3].

回顾我们做的研究全过程: 从库仑定律出发, 应用狭义相对论已推导出了完整的麦克斯韦方程组[4]:

狭义相对论已完成了电磁场的统一, 然而细细分析, 还存在一个小缺口: 电荷是相对论不变量吗？大自然已实实在在的证明了电荷确实是相对论不变量:

氢原子系统对任意闭合曲面的电通量为零, 这正可应用高斯定理证明电荷量是相对论不变量; 氢核带正电荷e, 高速运动的核外电子的带电荷依然为-e. 其与静止时电子所带电荷一样, 与电子高速运动无关. 电荷为相对论不变量.

于是, 我们完整地、系统地完成了电场与磁场的统一.

爱因斯坦于1921年访问英国伦敦时, 于6月13日在英皇家科学院发表了演说, 其是这样开始的: “我能够荣幸地在这个曾经产生过了理论物理学许多重要基本概念的国家首都发表讲话, 特别感到高兴. 我想到的是牛顿所给我们的物体运动和引力理论, 以及法拉第和麦克斯韦借以把物理学放到新基础上的电磁场概念, 相对论实在可以说是对麦克斯韦和洛伦兹的伟大构思画的最后一笔……”

这“最后一笔”是何等精彩啊. 狭义相对论完成了电场与磁场的统一, 也完成了一项伟大的历史使命.

[1] 陈 钺. 库仑定律与毕奥-萨伐尔定律[J]. 湖南理工学院学报, 2005, 18(3): 34～36

[2] 陈 钺. 库仑定律与法拉第电磁感应定律[J]. 湖南理工学院学报, 2008, 21(1)

[3] 陈 钺. 关于高斯定理证明的教学探讨[J]. 湖南理工学院学报, 2004, 17(1)

[4] 郭硕鸿. 电动力学[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

陈 钺(1947- ), 男, 江苏吴锡人, 湖南理工学院物理与电子学院副教授. 主要研究方向: 电磁场理论, 物理教育与教学