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基于费曼“行移场”,再论电磁辐射的充要条件

已有 4817 次阅读 2015-9-8 13:22 |系统分类:论文交流|关键词:学者| 必要条件, 电磁辐射, 充分条件, 行移场

基于费曼“行移场”,再论电磁辐射的充要条件

在费曼物理学讲义第二卷18章第4节,研究了一种理想实验产生的电磁波辐射场,费曼谓之行移场(A travelling field)。

 

在费曼论述的基础上,进一步深入研究讨论该理想实验所述电磁波辐射场形成的条件,可以再次非常清晰地证明:电荷加速运动是产生电磁波辐射场的必要但不充分条件;电荷对电磁场施力做功才是产生电磁波辐射场的充要条件。

费曼原文讨论的、可以脱离源电荷独立存在的“行移场”,要点如下:

1.初始T0时刻,在过原点的Y-Z平面附近,存在两个彼此临近、均匀带电荷静止的“无限大”面电荷片,两个面电荷片所带电荷极性相反,电荷密度相等;且空间各处电磁场强度为零;

2.此后,经过一个短暂时间过程,至T1时刻,带有正电荷的那个面电荷片,被外力加速达到一个沿Y轴正向的V;并且,在T1时刻之后的某个时刻T,面电荷片速度稳恒为V;那么,如图所示,在X坐标绝对值小于CT的空间范围内,对应会感生匀强磁场B(方向为正、负Z),感生匀强电场E(方向为负Y);

3.再往后,至某个时刻T2,叠加另外一对完全相似的面电荷片,但是,其中带正电荷的面电荷片,做(-V)运动;则在T2之后的某个时刻T’,在X坐标绝对值小于C(T’-T2)的空间范围内,电磁场强度将恢复为零(不再持续产生电磁波辐射场);但是,在X坐标绝对值{大于C(T’-T2),小于C(T’-T1)}的空间范围内,可以存在一个独立于源电荷的“行移场”(行移的电磁波辐射场)。

在承认费曼上述理论观点的前提下,可见:在整个(T1T2)期间,以速度V运动的面电荷片,在持续为“行移场”补充着辐射能,若以F表示推动面电荷片运动的外力,显然,其补充功率为:

F·V=-ρV·Edσ    为面电荷片的面元,ρ为面电荷密度)

排除电磁辐射场起始建立和结束对应的两个短暂的时间段,在整个(T1,T2)期间,没有电荷加速运动,却有电荷持续对电场施力做功,持续补充电磁辐射能!

可见,和电磁辐射场相伴始终的是:F·V≠0;这才是形成电磁辐射场的充要条件。

在费曼已有讨论的基础上,再继续前进一步,可以更清楚地证明:即使有电荷做加速运动,也可以不产生电磁辐射场。

证明如下:

①.当另一带正电荷的面电荷片,以(-V)运动时,作用在两个反向运动之面电荷片上的感生电场力将归零;

②.如果原始推动面电荷片加速的外力没有撤销,两个反向运动的面电荷片都必定发生大小相等、方向相反的加速运动;

③.根据叠加原理,即使两个面电荷片产生了如②所述的“大小相等、方向相反的加速运动”,也一定不会再继续向外部辐射电磁能;

④.因此,电荷加速运动是形成“行移场”(行移的电磁波辐射场)的必要但不充分条件。

证明完毕。

全文结论如下:

电荷加速运动是形成“行移场”(行移的电磁波辐射场)的必要但不充分条件。电荷对电场施力做功——F·V≠0,才是形成有能量行移之电磁波辐射场的充要条件。




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1 罗教明

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