地球磁场—人类赖以生存的必须环境—第七章电(11)
电场和磁场的本质:电场是带电体(静电荷)周围空间客观存在的一种物质,磁场是磁体和电流周围空间客观存在的一种场量。在电场中的不同位置,电场的强弱和方向各不相同(匀强电场除外);在磁场中的不同位置,磁场的强弱和方向也各不相同(匀强磁场除外)。对于匀强电场来说,各点的电场强弱和方向都相同;对于匀强磁场来说,各点的磁场强弱和方向也都相同。两个完全相同相距很近相互平行带等量异号电荷的金属板之间的电场(除去边缘部分),可以“看作”匀强电场。
电场的基本特性是对置入其中的电荷有电场力的作用;而磁场的基本特性是对置入其中的小磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。正负电荷的区别则不过是循环体循环方向的左右旋不同而已。那正负电荷的电场,则乃区别于极性激荡的相位刚好相反。而如果在空间里同时放置的是同种的电荷,那么由于同种电荷所形成的电场之感应激荡的相位是相同的,但是由于它们俩者之间激荡的方向相反,故相位也变成了相反。两个带电荷体便会被推斥开而表现出同种电荷相斥的特性来。
电场和磁场是形影不离的,这句话也不全对,前面应加一个条件,在具有良好导体的条件下,电场与磁场形影不离;而且永久磁铁的磁场就是单独存在的。在自然环境中,磁铁对地电压也不比其它良导体对地电压高,很多的良导体对地电压都比磁铁高,且磁铁的直流电阻比良导体的直流电阻大。
电场是—种物质,而磁场是另外—种物质,电场物质和磁场物质是两种不同性质的场物质,不同物质要在特定的条件下才能转换,在真空中是不可能转换的。磁场物质不能转换成电场物质,电场物质也不能转换成磁场物质。这两种物质只是能量或动量的传递,能量或动量的传递只能依托金属等导电体才能发生,当然要除去震荡转变。
电场和磁场就好像一个硬币两个面,即有电场必有磁场,有磁场必有电场。跟据相对性原理,即使是静止的点荷,只要另选一个相对运动的坐标系为参考系,该电荷也是运动的,就也会产生磁场,从以上得出:无论电荷是否运动,都会产生磁场。即—有电场一定有磁场。那么有磁场一定有电场吗?安培假说,磁场是由运动点荷产生的,也就是挑明了磁场离不开电场,即—有磁场必然有电场。
综合以上所述,有电场必然有磁场,有磁场必然有电场,二者相互依存,不可分割。从宏观上看,恒定的磁场和电场都可以独立存在。磁场和电场最大的区别就是,磁场是对磁极起作用,电场对电荷起作用,磁场一般是由于电荷运动产生的;电场也可以由旋动的磁场产生。
电场和磁场的相同点:电场和磁场均为矢量场,即它们都具有大小及方向。
电场和磁场的不同点:电场为有源场,即散度不为零,磁场为无源场,散度为零。
电场不存在闭合的电场线,即电场是无旋场;电场具有源性的推理,存在点电荷,即单极的电场(正电场和负电场)。
磁场总是存在闭合的磁场线,即磁场为有旋场;磁场具有无源性的推论:不存在磁荷,即没有单极磁子。
地磁场及其时空变化包含着固体地球及地球空间环境 (大气层、电离层、磁层 )的重要信息。它可以揭示出有关地球的地幔、地核、软流圈、岩石圈、海洋及地球环境的广泛物理化学过程 ,研究结果能直接为社会经济服务。
偶极场是电磁法场源的一种形式。是在多匝空心环形线圈或磁芯棒状线圈中,通有谐变或脉冲电流时:在其周围空间产生的一次场。当观测点离线圈中心的距离超过线圈直径5倍以上时,线圈的磁场相当于一个偶极子的偶极场。偶极场的强度与供电流的大小、线圈匝数和面积成正比。场具有球面波的特征,有明显的方向性;在空气中场强与距离的三次方成反比衰减,向地下传播时衰减更快,所以穿透深度小,通过调节线圈的方向可以定向发射,对不同产状的地下导体可以加强感应耦合作用(图为偶极场和地磁场的比较)。
?1893年,数学家高斯在他的著作《地磁力的绝对强度》中,从地磁成因于地球内部这一假设出发,创立了描绘地磁场的数学方法,从而使地磁场的测量和起源研究都可以用数学理论来表示。但这仅仅是一种形式上的理论,并没有从本质上阐明地磁场的起源。
高斯发明了地磁场球谐函数表达式,从而提供了我们今天处理地磁数据所用的数学方法。高斯的第一次地磁场数学分析(1838年)基于84个数据点,这些数据点是从当时的地磁场元素等磁图(isomagnetic chart)上均匀分布的网格估计的。
文章来源:《地球与环境》 网址: http://www.dqyhjzz.cn/zonghexinwen/2020/1008/340.html