電磁場能量守恒研究

覃耀南

（渤海大學，遼寧 錦州121000）

人類生活的物質空間中真實存在著電磁場這種物質，它是在現實生活中若隱若現的，并且?guī)в幸恍┨厥怆姶判阅艿囊环N物質。電磁場存在著，那么電磁場能量守恒就有存在的前提。電子能量守恒規(guī)律形成空間是空間電磁場內部，形成具備的條件是通過各種能量之間相互轉化，簡而言之，是一種存在于電磁場內部的能量轉化運動，這種運動在具有個性的同時也有共性特點，表現為其他能量之間進行相互轉化。這里的個性指的是一個帶電的物體只能在電磁場中運動，共性為電磁場的運動不僅可以單獨在電磁場中運動，還和其他物質在運動中能相互轉化，因為這種轉化是能量在運動上的改變，所以我們稱它為能量轉化。

物理學家研究內容就是能量在轉化的過程中需要改變自身的哪些特點，或需要遵循哪些定律。經過大量的調查和長時間的研究，人們始終的認為這些能量進行任何形式的轉化，保持不變的是這些能量之間的總和，所以人們總結這些不變能量的原因和規(guī)律，并將其命名為能量守恒定律。本文研究的內容就是運用能量守恒和動量守恒這兩大規(guī)律，研究分析帶電體不僅能在電磁場中旋轉，而且能保持勻速旋轉，實驗中每個原理的過程都是經過嚴格的計算，以此保證結果的可靠性。

1 實例證明

電磁場能量守恒規(guī)律的分析過程十分復雜、難懂，為了保證整個過程的直觀性和生動性，我們在分析電磁場能量守恒規(guī)律前向大家展現一個物理實例，以此進一步理解電磁場能量守恒規(guī)律。物理實例條件：一個質量均勻的且表面帶點的球殼，該球半徑設為r，假設球殼表面均勻分布電量，電量為q，從條件中我們提出兩個思考問題：一是通過設置，使這個帶點球在空間中進行勻速地旋轉，并且以自身的垂直軸線為參考，將其轉動的速度設為ω，求這個點球殼內部電磁場的電量是如何分布的；二是假設在某個時刻，在外力矩作用的條件下，帶電的球以α=Δω/Δt的角加速度繞著垂直中軸進行轉動，考慮在這種速度下外力產生的力矩（外力矩）m會有多大，以及功率p數值的大小。

上面的物理實例要求帶點球質量均勻，表面帶有的電荷在球殼內部是均勻分布的，經過實驗后我們可得，球殼上的電偶極矩和電四極矩的矩數都為零，所以在該實驗中并不存在電四級和電偶極的影響，也就等于這個實驗的產生是在沒有電四級和電偶極的輻射條件下。假設使點球殼的角加速度α減小，小到不能減小的情況下，保持存在于球殼表面詞矩的速度居于一定的穩(wěn)定值，不計其磁偶略微輻射作用，并且在一次重新轉動中流過的電流沒有推遲現象產生，電磁外表面的電荷能夠分布均勻。

2 角動量守恒

電磁場中能量不是單一存在的，而是能量、動量、角動量各種相互存在，這些能量通過轉化，成為一種新型的原有能量，而電磁場的基本特性就是這些能量之間相互轉化。電磁場的研究中，角動量在能量轉化中是最有研究價值的，所以人們將注意力轉移到角動量能量轉化的研究上。下面就是人們通過原有電磁場內部的能量理論基礎上對角動量守恒規(guī)律做了分析。

2.1 無外力矩的角動量守恒

2.2 有外力矩情況下的角動量守恒

2.3 物理實例中角動量分析

把無外力矩的公式中半徑進行無限量的擴大，使得其包含的區(qū)域無窮大，經過擴大可知角動量守恒規(guī)律中無外力矩情況下，條件是當曲面流過的角動量為零時，帶電體在電磁場內部擁有的力矩是改變率所提供的，這個改變率是角動量的改變率，當力矩的改變率大于零時，角動量的變化率則小為零。角動量守恒規(guī)律中有外力矩情況下，條件也是在去面流過的角動量為零時，外力矩相當于電磁場內部帶電體系的電磁與機械角動量改變率的和。從這兩大規(guī)律可知外力矩提供的角動量發(fā)生在電磁場中，知道分析電磁場能量守恒的重要內容是角動量的研究。

3 能量守恒

3.1 無外力作用的電磁場能量守恒

3.2 有外力作用的電磁場能量守恒

根據無外力作用的電磁場能量守恒的公式，我們可知有外力作用的電磁場能量守恒公式是

3.3 電磁場能量守恒的實例分析

在能量密度為零的情況下，空間的電磁功率變化率決定著帶電體在空間電磁場中受到的電磁力矩。本文的物理實例中談到阻礙球殼運動是帶電體收到的電磁力矩，由此可知外力矩與球殼的電磁場能量所成正比，表達式為在空間電磁場內部，一個能量密度為零的情況下，且外力作用的狀態(tài)下，外力作用產生的機械功率等于電磁功率，具體公式為能量守恒定律的結果與電磁場角動量守恒公式推導出來的公式完全一樣，說明了在對同一物理現象進行分析，無論運用電磁場內部且運用角動量守恒還是動量守恒規(guī)律，這兩者的結果是一致的。

4 總結

物理實例中根據點球內部發(fā)生的角動量守恒定律公式和動量守恒規(guī)律的計算公式我們得出，在實驗中電磁場內部的角動量守恒定律和動量守恒規(guī)律雖然在計算方式和實驗過程是不同的，但是對物理實例中問題的結果卻是一致的。得知空間磁場中角動量守恒定律和動量守恒定律在描述空間磁場內部規(guī)律時，兩者雖有表現形式的差別，但其基本規(guī)律是一致的。本文的分析過程是通過空間電磁場角動量守恒定律，進一步證實電磁場內部動量守恒的正確性，為我們進一步落實空間電磁場中動量守恒分析物理現象的重要程度。希望此篇文章能夠給與物理研究者研究提供材料，為我國物理電磁場守恒研究做出貢獻。

［1］石金玲.基于傳輸線理論的開關電路能量守恒研究[D].華南理工大學,2014.

［2］徐詩池.電磁場能量動量守恒定律協變式的簡捷推導方法[J].上饒師范學院學報,2011,03:46-49.

［3］韓曉霞.動量守恒定律與能量守恒定律的適用范圍研究[J].濟南職業(yè)學院學報,2013,04:90-91+94.

［4］周峰.例談高中物理能量守恒定律[J].數理化學習:高三版,2013,11:64.