論感生電動勢和動生電動勢的相對性和統一性

論生動勢動電的對和統性電磁學中講述電磁感應現象時，根據非靜電力起因不同，將感應電動勢分為感生電動勢和動生電動勢兩種。感生電動勢對應的是變化的磁場產生的渦旋電場的一種效應，動生電動勢對應的非靜電力是洛倫茲力。兩者的物理本質完全不同。在相對論條件下，感生電動勢和動生電動勢是統一的，其本質是相同的。這是因為電磁場是一個統一的整體。而電場和磁場的劃分是相對的，是與參考系的選擇有關的。一相性—考的換來矛1參考系換實現種電動的統一動生電動勢與感生電動勢的區(qū)分并非是絕對的，而與選取的參考系有關。對于具體的電磁感應現象，在一個參考系中觀察是動生電動勢，在另一個參考系中觀察就可能是感生電動勢。如圖所示，柱形磁鐵與導體圓環(huán)相對運動導體圓環(huán)中出磁棒為參考系，那么空間各點的磁場不變，導體環(huán)切割產生感應電動勢，這時的電動勢就是動生電動勢。如果以圓環(huán)為參考系，那么空間各點的磁場都在變化，變化的磁場產生渦旋電場，渦旋電場使導體圓環(huán)中產生感應電動生電動勢。

現感應電動勢。如果以磁感線N勢時的電動勢是感這說明過參考系的變換在一定程度可以消除動生電動勢和感生電動勢的界限然而，通過參考系的變換“可以消除動生電動勢和感生電動勢的界限”這一事實將產生以下突出矛盾。兩種本質不同的電磁現象怎么能通過參考系變換的手段實現統一呢？只有本質相同的現象才可能通過一定手段實現統一，只有具有統一性的現象才具有相對性。條形磁鐵插入靜止閉合線圈中產生的感應電流，對導體中的電子產生作用的到底是什么力？條形磁鐵插入靜止閉合線圈的過程中空間到底有沒有感應電場？這些理論上的矛盾正暴露了經典電磁學的缺陷和局限性．SS2導體上無電荷累在另一些情況下卻是不可能通過變換參考系把兩者統一起來的如圖所示設長l為的直導體棒在靜止的均勻磁場B中沿垂直磁場方向以速v勻速運動。在與均勻磁場相對靜止的參考系中，導體在靜止磁場中沿垂直磁場方向運動，導體中的電子必定受到洛倫茲力的作用，在洛倫茲力的作用下C端必定有正電荷的積累D端必定有負電荷的積累即導體中必定產生動生電動勢，兩端電勢差為

Blv。在與導體棒相對靜止的參考系中，導體不動，磁場是均勻的，磁場不隨時間變化，因此，既不產生動生電動勢，也不產生感生電動勢，即不產生電磁感應現象，導體兩端也不會有正負電荷的積累，兩端的電勢差為

。這一實例同樣說明了經典電磁理論存在缺陷和局限性。二統性析1數學表形式上統一性法拉第電磁感應定律表明只要回路中的磁通量發(fā)生變化回路中就產生感應電動勢，不必追究這種變化起于什么原因。感生電動勢和動生電動勢的數學形式是一致的，均為

dΦdt2物理意的統一2.1印廷矢坡印廷矢量S是電磁場中的能流密度矢量。運動速v和坡印廷矢量S之間的關系式為vK

(K為比例系數

為真空磁導率)；坡印廷矢量S與電場強度E、磁場強度H之間的關系為SE。2.2生電動的物理義SS若有一段長l的導體棒以速v在磁感應強度為B的穩(wěn)恒磁場中運動則導體中的每一小段速度均v，產生的動生電動勢，則由vK

得llll

0

l

0

l可以看出，動生電動勢就是坡磁耦合電場對導l的積分。2.3生電動的物理義經推導，感生電動勢的公式為

l

Ht0

0，它的物理意義是坡磁耦合電場瞬時差值對導l的積分。動生電動勢和感生電動勢在產生的原理上是一致的，都是由坡印廷矢量與磁場矢量耦合而成，產生的電場都是坡磁耦合電場。3動生電勢和感電動勢相對論的統性事實上，按照麥克斯韋對電磁場理論的解釋，電場和磁場是相互聯系、相互轉化的統一體。為更好地理解這一點，可從相對論角度出發(fā)。在相對論中，電場和磁場是統一的電磁場在不同情況下的兩種不同表現，在某個參考系中觀察電磁場，它可能為電場，而在另一個不同參考系中觀察，則就可能表現為磁場。一般的情況下，電磁場在不同參考系之間可作為一個整體來變換。洛倫茲力和渦旋電場力分別對應的是動生電動勢與感生電動勢的非靜電力，是導體中自由電荷位于統一電磁場的電磁作用力的兩種不同表現形式。這兩種不同表現形式是相互聯系、相互轉化的，因此，決定了兩種電動勢統一的必然性?，F用一簡單的例子加以說明，如圖所示，長直載流導線通過沿方向的電流I，共面矩形線框邊長為a和b，以速度遠離導線，某時刻線框近端距離導線為d)，求感應電動勢。22x22x選擇相對長直導線靜止參照系S由于

因此感生電動勢為零，只有動生電動勢B

I動線圈的寬度為刻切割磁力線的邊框位置：（積1分路徑從下至上）L：2

a

（積分路徑從上至下），則動生電動勢為相反，在S'看來，線框不動，所在處的磁場隨時間變化，只有感生電動勢，該電動勢可以由感生電場求得，也可由磁場的變化率

求得，場換，S'系：由感生電動勢計算公式得：其dt

I，將B0代入上式，得：由于電量不隨參考系而變，因此，I'

aqaqdt'

但當非相對論極限時，I

'

，那

，因此通過時空變換，不同的參考系，感生電動勢與動生電動勢可以統一，在的動生電動勢，成為生電動勢，因此在相對論意義下，感生電動勢與動生電動勢并無本質差別。三結在相對論中電磁場本身就是個統一的整體，電場和磁場并非彼此無關，而是與參考系的選擇有關，因此它們的劃分是相對的。由此可見，在經典電磁現象中，曾被認為是基