我的电磁观

我

一、 序

“场”和“实物”是物质存在的两种形态，对于“实物”的研究，已从分子、原子、基本粒子进入到夸克的层面，而对于“场”的研究并没有层次结构，而仅仅是做为物质的一种形态来理解，它的性质也只是通过它对实物粒子的作用而表现出来。哪么“场”到底是什么呢？具体地说，电场、磁场是什么东西呢？没有人做出进一步的解释，为此本人提出以下的观点。

二、 电场

在电介质中的电位移矢量公式中，E P D 0ε+=

，其中E 0ε在公式中的地位，与电介质的电极化强度矢

量P 相同，而在在没有介质的真空空间中，则有E D 0ε=。所以可以将E 0ε理解为是真空的电极化状态

描述，并定义真空电极化强度矢量为：E P 00ε=

，而0P P D +=。为此可以看出，电位移矢量的实质，

是真空、电介质的总电极化状态总的描述。受到狄拉克的真空理论的启示，由此我们可以设想，真空的实质是正负电荷的中和的复合体，电荷可以对它发生作用，使正负电荷分离，使真空处于极化状态，电场存在的实质，表现为真空处于电极化状态，电场的实质就是对真空状态的描述：0

εP

E =

，电场就是这样在真空中产生的。

如果在真空中某处放有一个电荷体，设想电荷体与真空相互接触且有一个接触面，在与接触面的真空一侧取一个真空体元（体元为在电磁学中可以研究的空间），体元的一侧面由于与电荷体接触，受到了该电荷体的作用，使之产生极化电荷，靠近电荷体的一侧产生异性电荷，远离电荷体的一侧产生同性电荷。而这些外侧极化电荷，又对比它更远处的真空发生相互作用使之极化，依次外传，直至传到另一个电荷附近并与之发生作用，电场就是这样传递电荷间的相互作用的。

1、点电荷的电场

由经典电磁理论我们可以知道，点电荷Q ，在真空中产生的电场

这个电场的产生可做如下的分析。如图1所示，点电荷 Q 的表面与真空各点接触并与之发生作用，使之极化，在与电荷体接触表面的外侧取一系列可研究的体元，这些体元构成一个球壳薄层，则其内表面产生了与Q 等量的异性电荷－Q ，外侧产生等量的同性电荷+Q 。该层外侧极化电又对更远的外层真空各点作用，使之极化，依次类推，故以点电荷Q 为圆心任意半径球面内、外侧面产生的极化电荷电量相同，均为正负电荷Q ，极化电荷面密度

2

04r Q

πσ=

与电场强度2

04r Q E πε=

相比可知0

εσ=

E ，这就是点电荷产生电场的原因，电场强度E 就是对真空极化r E 3

04r Q

πε

=

状态的描述。

2、真空极化电荷面密度矢量

因为真空中极化电荷面密度E 00εσ=，而真空电极化强度矢量E P 00ε=，由此我们可以定义0σ为真空

极化电荷面密度矢量，E σ00ε=

，0σ的方向与电荷的极化方向相同，且可以看出00P σ=，亦真空电

极化强度矢量的实质就是电荷面密度矢量。

3、高斯定理

经典电磁理论中的高斯定理为：

εQ

d =

∙⎰⎰S E

由 E σ00ε=

所以

00

00

1

1

εσεεQ

dS d d =

=

∙=

∙⎰⎰⎰⎰⎰⎰S σS E

高斯定理可以写为：

⎰⎰=∙Q d S σ

高斯定理的实质反映了点电荷 Q 在包围了它的闭合曲面上外侧产生的极化电荷总量。 4、极化电荷的面应力

提出一个假设，真空中各层极化电荷相互作用力的单位面积上的面应力

20应E F ε=

所以 000

01

1

σσP P 应εεε=

∙=

∙=E E F

5、平面电荷产生的电场

如图2所示，平面带电体的电荷密度为σ，由经典电磁理论可以求得其电场强度

2εσ=

E 这个电场的产生可以做如下的分析。带电体的电荷σ，分别与两侧真空接触并发生作用，使两侧真空产生极化电荷。在带电体附近取一个高斯面，其内包含有的带电体的电量

S Q σ=，两侧真空中产生的极化电荷0σ

由高斯定理

S Q S d σσ===∙⎰⎰

02S σ

所以

20σ

σ= 0

2εσ=E

这个电场产生的原因是由于带电体的面电荷σ中的一半电

量电荷2

σ

与一侧的真空作用，使之极化产生的极化电荷的

面密度2

0σ

σ=

，而另一半电量电荷与另一侧真空接触并发生作用使之极化，产生极化电荷面密度

2

0σ

σ=

。

6、两平行板带电体的电场及其相互作用

（1） 两平行板带电体产生的电场

如图3所示，设为两平等板带电体，面积为S ，电量为M Q 、N Q ，其面电荷密度S

Q M M =σ，S Q

N N =σ，

并设>M Q N Q ， 则：N M σσ>，

由经典电磁理论可知，电场强度 B 区：S

Q Q E N

M N M B 0022εεσσ+=

+=

，方向向上。 A 区：S Q Q E N

M N M A 0022εεσσ-=

-=

，方向向上。 C 区：S

Q Q E N

M N M C 0022εεσσ-=

-=

，方向向下。 这些电场的产生原因，是由于带电体的电荷N M σσ,，在各自的两侧真空空间产生的极化电荷2

0M

M σσ=

、2

0N

N σσ=

，分别在A 、B 、C 区叠加而形成的。如：

B 区的总极化电荷密度2

000N

M N M B σσσσσ+=

+=，则0002εσσεσN

M B B E +=

=

，方向向上。 A 区的总极化电荷密度2

000N

M N M A σσσσσ-=

-=，则0002εσσεσN

M A A E -=

=

，方向向上。 C 区的总极化电荷密度2

000N

M N M C σσσσσ-=-=，则0

002εσσεσN

M A C E -=

=

，方向向下。 （2） 两平行板带电体的相互作用

由经典电磁理论可知，两异性平行板带电体电荷间的相互吸引力S

Q Q F N

M 02ε=

。 根据上述面极化电荷面应力假设，可做如下的分析。在M 板的上表面与B 区极化电荷相互作用应力

00εσσA

A F ∙=

上应

N

M