覃耀南

（渤海大學(xué)，遼寧 錦州121000）

人類(lèi)生活的物質(zhì)空間中真實(shí)存在著電磁場(chǎng)這種物質(zhì)，它是在現(xiàn)實(shí)生活中若隱若現(xiàn)的，并且?guī)в幸恍┨厥怆姶判阅艿囊环N物質(zhì)。電磁場(chǎng)存在著，那么電磁場(chǎng)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(chǎng)內(nèi)部，形成具備的條件是通過(guò)各種能量之間相互轉(zhuǎn)化，簡(jiǎn)而言之，是一種存在于電磁場(chǎng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)在具有個(gè)性的同時(shí)也有共性特點(diǎn)，表現(xiàn)為其他能量之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。這里的個(gè)性指的是一個(gè)帶電的物體只能在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，共性為電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)不僅可以單獨(dú)在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，還和其他物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)中能相互轉(zhuǎn)化，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)化是能量在運(yùn)動(dòng)上的改變，所以我們稱(chēng)它為能量轉(zhuǎn)化。

物理學(xué)家研究?jī)?nèi)容就是能量在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中需要改變自身的哪些特點(diǎn)，或需要遵循哪些定律。經(jīng)過(guò)大量的調(diào)查和長(zhǎng)時(shí)間的研究，人們始終的認(rèn)為這些能量進(jìn)行任何形式的轉(zhuǎn)化，保持不變的是這些能量之間的總和，所以人們總結(jié)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(nèi)容就是運(yùn)用能量守恒和動(dòng)量守恒這兩大規(guī)律，研究分析帶電體不僅能在電磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，而且能保持勻速旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)中每個(gè)原理的過(guò)程都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算，以此保證結(jié)果的可靠性。

1 實(shí)例證明

電磁場(chǎng)能量守恒規(guī)律的分析過(guò)程十分復(fù)雜、難懂，為了保證整個(gè)過(guò)程的直觀性和生動(dòng)性，我們?cè)诜治鲭姶艌?chǎng)能量守恒規(guī)律前向大家展現(xiàn)一個(gè)物理實(shí)例，以此進(jìn)一步理解電磁場(chǎng)能量守恒規(guī)律。物理實(shí)例條件：一個(gè)質(zhì)量均勻的且表面帶點(diǎn)的球殼，該球半徑設(shè)為r，假設(shè)球殼表面均勻分布電量，電量為q，從條件中我們提出兩個(gè)思考問(wèn)題：一是通過(guò)設(shè)置，使這個(gè)帶點(diǎn)球在空間中進(jìn)行勻速地旋轉(zhuǎn)，并且以自身的垂直軸線(xiàn)為參考，將其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度設(shè)為ω，求這個(gè)點(diǎn)球殼內(nèi)部電磁場(chǎng)的電量是如何分布的；二是假設(shè)在某個(gè)時(shí)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(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，考慮在這種速度下外力產(chǎn)生的力矩（外力矩）m會(huì)有多大，以及功率p數(shù)值的大小。

上面的物理實(shí)例要求帶點(diǎn)球質(zhì)量均勻，表面帶有的電荷在球殼內(nèi)部是均勻分布的，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后我們可得，球殼上的電偶極矩和電四極矩的矩?cái)?shù)都為零，所以在該實(shí)驗(yàn)中并不存在電四級(jí)和電偶極的影響，也就等于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生是在沒(méi)有電四級(jí)和電偶極的輻射條件下。假設(shè)使點(diǎn)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(jì)其磁偶略微輻射作用，并且在一次重新轉(zhuǎn)動(dòng)中流過(guò)的電流沒(méi)有推遲現(xiàn)象產(chǎn)生，電磁外表面的電荷能夠分布均勻。

2 角動(dòng)量守恒

電磁場(chǎng)中能量不是單一存在的，而是能量、動(dòng)量、角動(dòng)量各種相互存在，這些能量通過(guò)轉(zhuǎn)化，成為一種新型的原有能量，而電磁場(chǎng)的基本特性就是這些能量之間相互轉(zhuǎn)化。電磁場(chǎng)的研究中，角動(dòng)量在能量轉(zhuǎn)化中是最有研究?jī)r(jià)值的，所以人們將注意力轉(zhuǎn)移到角動(dòng)量能量轉(zhuǎn)化的研究上。下面就是人們通過(guò)原有電磁場(chǎng)內(nèi)部的能量理論基礎(chǔ)上對(duì)角動(dòng)量守恒規(guī)律做了分析。

2.1 無(wú)外力矩的角動(dòng)量守恒

2.2 有外力矩情況下的角動(dòng)量守恒

2.3 物理實(shí)例中角動(dòng)量分析

把無(wú)外力矩的公式中半徑進(jìn)行無(wú)限量的擴(kuò)大，使得其包含的區(qū)域無(wú)窮大，經(jīng)過(guò)擴(kuò)大可知角動(dòng)量守恒規(guī)律中無(wú)外力矩情況下，條件是當(dāng)曲面流過(guò)的角動(dòng)量為零時(shí)，帶電體在電磁場(chǎng)內(nèi)部擁有的力矩是改變率所提供的，這個(gè)改變率是角動(dòng)量的改變率，當(dāng)力矩的改變率大于零時(shí)，角動(dòng)量的變化率則小為零。角動(dòng)量守恒規(guī)律中有外力矩情況下，條件也是在去面流過(guò)的角動(dòng)量為零時(shí)，外力矩相當(dāng)于電磁場(chǎng)內(nèi)部帶電體系的電磁與機(jī)械角動(dòng)量改變率的和。從這兩大規(guī)律可知外力矩提供的角動(dòng)量發(fā)生在電磁場(chǎng)中，知道分析電磁場(chǎng)能量守恒的重要內(nèi)容是角動(dòng)量的研究。

3 能量守恒

3.1 無(wú)外力作用的電磁場(chǎng)能量守恒

3.2 有外力作用的電磁場(chǎng)能量守恒

根據(jù)無(wú)外力作用的電磁場(chǎng)能量守恒的公式，我們可知有外力作用的電磁場(chǎng)能量守恒公式是

3.3 電磁場(chǎng)能量守恒的實(shí)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(chǎng)中受到的電磁力矩。本文的物理實(shí)例中談到阻礙球殼運(yùn)動(dòng)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(chǎng)能量所成正比，表達(dá)式為在空間電磁場(chǎng)內(nèi)部，一個(gè)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(chǎn)生的機(jī)械功率等于電磁功率，具體公式為能量守恒定律的結(jié)果與電磁場(chǎng)角動(dòng)量守恒公式推導(dǎo)出來(lái)的公式完全一樣，說(shuō)明了在對(duì)同一物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，無(wú)論運(yùn)用電磁場(chǎng)內(nèi)部且運(yùn)用角動(dòng)量守恒還是動(dòng)量守恒規(guī)律，這兩者的結(jié)果是一致的。

4 總結(jié)

物理實(shí)例中根據(jù)點(diǎn)球內(nèi)部發(fā)生的角動(dòng)量守恒定律公式和動(dòng)量守恒規(guī)律的計(jì)算公式我們得出，在實(shí)驗(yàn)中電磁場(chǎng)內(nèi)部的角動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量守恒規(guī)律雖然在計(jì)算方式和實(shí)驗(yàn)過(guò)程是不同的，但是對(duì)物理實(shí)例中問(wèn)題的結(jié)果卻是一致的。得知空間磁場(chǎng)中角動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量守恒定律在描述空間磁場(chǎng)內(nèi)部規(guī)律時(shí)，兩者雖有表現(xiàn)形式的差別，但其基本規(guī)律是一致的。本文的分析過(guò)程是通過(guò)空間電磁場(chǎng)角動(dòng)量守恒定律，進(jìn)一步證實(shí)電磁場(chǎng)內(nèi)部動(dòng)量守恒的正確性，為我們進(jìn)一步落實(shí)空間電磁場(chǎng)中動(dòng)量守恒分析物理現(xiàn)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(guó)物理電磁場(chǎng)守恒研究做出貢獻(xiàn)。

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