9l小環(huán)流和固有磁矩與磁場(chǎng)的互相作用李力舟山東合作)原子、分子的固有磁矩和小環(huán)流產(chǎn)生的磁偶極子在概念上被稱為偶極子但因?yàn)樗鼈兣c外場(chǎng)磁互相作用一些重要數(shù)學(xué)量不同。通過(guò)對(duì)兩者的比較剖析揭示它們各自的性質(zhì)及其形成的誘因。關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)動(dòng)中圖分類號(hào):O442文獻(xiàn)標(biāo)示碼文章編號(hào):(2003)05、疑問(wèn)點(diǎn)電荷迸發(fā)的電場(chǎng)與電壓元迸發(fā)的磁場(chǎng)是電磁是相同的,因而里面分力的表達(dá)式可改寫(xiě)為電偶極子是靜電場(chǎng)研究中的第一個(gè)重點(diǎn)因?yàn)樾…h(huán)流在運(yùn)動(dòng)中與外場(chǎng)有能量交換。它們與cosγ)磁場(chǎng)的互相作用有重要區(qū)別ql表征;小環(huán)流9z的性質(zhì)由磁矩表征。下邊將從這兩個(gè)不同的性因而受力公式可改寫(xiě)為αβγ)偶極子的轉(zhuǎn)矩公式、相互作用能公式及受力公式分別為,它們二者是相互聯(lián)系的,我們可借助非均勻場(chǎng)的方向微商性質(zhì),并按照靜電場(chǎng)是非旋場(chǎng),首先導(dǎo)入受力公式,再按照功能關(guān)系導(dǎo)入互相作用能公式。設(shè)偶極子的兩頭分別在座標(biāo)原點(diǎn)cosα,cosβ,cosγ)Fz的表達(dá)式可統(tǒng)一概括為據(jù)虛功原理,可導(dǎo)入即偶極子與外場(chǎng)互相作用能的表達(dá)式為E平行時(shí),互相作用能量最低,取負(fù)值反平行時(shí),互相作用能最高正值。
也就是說(shuō)外場(chǎng)中的偶極子有轉(zhuǎn)向與場(chǎng)方向一致的趨勢(shì),互相作用能的降低換取轉(zhuǎn)動(dòng)能的降低就是能量表達(dá)式中“負(fù)號(hào)”的表示意義。偶極子在外場(chǎng)中的扭力可這樣來(lái)求的傾角為θ,則扭矩大小為(2003)李力舟小環(huán)流和固有磁矩與磁場(chǎng)的互相作用Vol18當(dāng)線圈運(yùn)動(dòng)時(shí),若保持電壓不變,則磁能的改變?yōu)椴⑶?伴隨著小環(huán)流的轉(zhuǎn)動(dòng),必然發(fā)生電磁感應(yīng)按照功能原理,在孤立系統(tǒng)中,扭力作功等于互相作用能量增量的負(fù)值現(xiàn)象,在線圈上形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),它對(duì)電壓作功不變,必須由電壓提供能量,以抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所做的功,即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為dtdt在時(shí)間δ由此可看出,能量表達(dá)式中的乘號(hào)表示偶極子以互相作用能的降低換取轉(zhuǎn)動(dòng)能的降低。ii、小環(huán)流我們曉得小區(qū)域電壓分布為dV由此可導(dǎo)入載電壓的線圈在外磁場(chǎng)中的能量為:而電源為抵抗此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)必須提供的能量不變,在此條件下分別單獨(dú)存在時(shí)的磁能不變,因而總磁場(chǎng)能量的改變等于互相作用磁能的改變?chǔ)耐ㄟ^(guò)前面的討論可知,伴隨著小環(huán)流的轉(zhuǎn)動(dòng)然形成電磁感應(yīng)現(xiàn)象,并且有外接電源參與交換能又由于Φ磁力矩做功,相差一減號(hào),這是否意味著磁偶極子受外磁場(chǎng)作用時(shí)將會(huì)傾向于外磁場(chǎng)反向呢?事實(shí)不是這樣。在上面討論電偶極午時(shí),應(yīng)用了功能關(guān)系和虛因而應(yīng)該在磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)能磁力矩做功,磁矩與磁場(chǎng)的互相作用,外接電源兩者之間討論能量關(guān)系。
因?yàn)槟芰渴菭顟B(tài)函數(shù),與過(guò)程無(wú)關(guān),由此可設(shè)在小環(huán)流轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中功原理。但這不能簡(jiǎn)單地搬用到小環(huán)流與外場(chǎng)所組成的系統(tǒng)中去不變,則當(dāng)磁矩過(guò)程中,安培扭力做功形成。其互相θ由此可知在安培扭矩作用下,小環(huán)流轉(zhuǎn)向外場(chǎng),其轉(zhuǎn)動(dòng)能和互相作用能同時(shí)降低,即外場(chǎng)對(duì)小環(huán)流所做的功等于磁能的增量而不是降低,也就是說(shuō),在外部沒(méi)有機(jī)械力的作用時(shí),僅有磁力作用下的小環(huán)流的轉(zhuǎn)動(dòng)能和空間磁能可以同時(shí)降低,這一點(diǎn)是磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象的一個(gè)重要區(qū)別。同樣,在孤立體系中,其內(nèi)部互相作用能的增量由此可導(dǎo)入而小環(huán)流所受的轉(zhuǎn)矩為、總結(jié)通過(guò)以上的討論,電偶極子與小環(huán)流,在外場(chǎng)中的轉(zhuǎn)矩公式方式完全相同,而與外場(chǎng)互相作用能公式卻相差一個(gè)減號(hào),二者又差一個(gè)減號(hào);在受力與外場(chǎng)的關(guān)系上二者又是同一方式。電偶極子和小環(huán)流與外場(chǎng)互相作用時(shí)能量的正負(fù)號(hào)表明:小環(huán)流與外電場(chǎng)互相作用時(shí)在安培扭矩作用下,小環(huán)流不變矩轉(zhuǎn)向外場(chǎng),其轉(zhuǎn)動(dòng)能和互相作用能同時(shí)降低電偶極子與外電場(chǎng)互相作用時(shí),外場(chǎng)中的偶極子有轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向一致的趨,互相作用能的降低換取轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的降低。參考文獻(xiàn)電動(dòng)熱學(xué)。高等教育出版社。電磁學(xué)。復(fù)旦學(xué)院出版社。原子化學(xué)。高等教育出版社。方能航。電磁理論導(dǎo)引。科學(xué)出版社。責(zé)任編輯