【电磁场】

任何随时间而变化的电场，都要在邻近空间激发磁场，因而变化的电场总是和磁场的存在相联系。当电荷发生加速运动时，在其周围除了磁场之外，还有随时间而变化的电场。一般说来，随时间变化的电场也是时间的函数，因而它所激发的磁场也随时间变化。故充满变化电场的空间，同时也充满变化的磁场。二者互为因果，形成电磁场。这说明，电场与磁场并不是两个可分离的实体，而是由它们形成了一个统一的物理实体。所以电与磁的交互作用不能说是分开的过程，仅能说是电磁交互作用的两种形态。在电场和磁场之间存在着最紧密的联系。不仅磁场的任何变化伴随着电场的出现，而且电场的任何变化也伴随着磁场的出现。所以在电磁场内， 电场可以不因为电荷而存在，而由于磁场的变化而产生，磁场也可以不是由于电流的存在而存在，而是由于电场变化所产生。因此，交变电磁场可以存在于这样的空间范围内，该处既没有电荷，也没有电流，而且也没有任何物体。电场与磁场之间的联系，不仅使电磁场在没有电荷和电流时能够存在，而且使这个场能够在空间传播。交变电场在相邻空间范围内激励起交变磁场，交变磁场又在毗邻的空间范围内激励起交变电场，交变的电磁场就是这样在空间传播。交变电磁场可以不通过导体而在空间传播，人们就利用这个特点进行无线电通信。由电流（即一连续运动电荷）产生磁场的事实说明，一个单独运动的电荷必定也能产生磁场。设

想一个电荷以速度v运动，且当它的运动速度比光速小得多时此运动电荷

在与它相距为 r 的 A 点处的磁场为

B = μ 0 q v×u r (u r 为单位矢量)

B 的大小为

4π r ²

B = μ 0 qv sinθ

4π r ²

如图3－82所示。B的方向与r及v垂直，磁力线为一闭合的圆环形，注

意沿电荷运动方向磁场的大小为零，而在垂直于运动且通过电荷的平面上之磁场有一极大值。在 A 点由电荷 q 所产生的电场为

E =

所以可将B = μ 0 qv×ur 写成

qur

4πε0 r

4π r ²

B = μ

0 ε 0

v× E = 1

c 2

v×E

上式就是运动电荷产生的电场与磁场之间的关系式，令

c = 1

= 2.9979×10⁸ 米 / 秒。

式中 c 为光的速度或真空中电磁信号的速度。其值可以近似写成

c=3.0×108 米/秒。

所以，虽然电荷在静止时只产生电场，但运动的电荷，可以同时产生电场和磁场。二者间的关系为

B = μ 0 ε0

v×E = 1

c2

v× E

故电场及磁场不过是物质基本性质的两种形态。在沿载有电流的导线上， 我们测得磁场 B，但测不出电场 E，这是因为在导体中除掉含有产生磁场的运动电荷外，尚有固定的金属正离子，这些正离子相对于观察者而言均为静止的，故它们并不建立磁场，但却产生电场，此电场与电子所建立的电场大小相等方向相反，所以净电场为零。然而，当离子沿一直线加速器

的轴线运动时，我们得到一磁场及一电场。二者的关系为

B = 1

c 2

v×E。