电磁场能量守恒研究

覃耀南

（渤海大学，辽宁 锦州121000）

人类生活的物质空间中真实存在着电磁场这种物质，它是在现实生活中若隐若现的，并且带有一些特殊电磁性能的一种物质。电磁场存在着，那么电磁场能量守恒就有存在的前提。电子能量守恒规律形成空间是空间电磁场内部，形成具备的条件是通过各种能量之间相互转化，简而言之，是一种存在于电磁场内部的能量转化运动，这种运动在具有个性的同时也有共性特点，表现为其他能量之间进行相互转化。这里的个性指的是一个带电的物体只能在电磁场中运动，共性为电磁场的运动不仅可以单独在电磁场中运动，还和其他物质在运动中能相互转化，因为这种转化是能量在运动上的改变，所以我们称它为能量转化。

物理学家研究内容就是能量在转化的过程中需要改变自身的哪些特点，或需要遵循哪些定律。经过大量的调查和长时间的研究，人们始终的认为这些能量进行任何形式的转化，保持不变的是这些能量之间的总和，所以人们总结这些不变能量的原因和规律，并将其命名为能量守恒定律。本文研究的内容就是运用能量守恒和动量守恒这两大规律，研究分析带电体不仅能在电磁场中旋转，而且能保持匀速旋转，实验中每个原理的过程都是经过严格的计算，以此保证结果的可靠性。

1 实例证明

电磁场能量守恒规律的分析过程十分复杂、难懂，为了保证整个过程的直观性和生动性，我们在分析电磁场能量守恒规律前向大家展现一个物理实例，以此进一步理解电磁场能量守恒规律。物理实例条件：一个质量均匀的且表面带点的球壳，该球半径设为r，假设球壳表面均匀分布电量，电量为q，从条件中我们提出两个思考问题：一是通过设置，使这个带点球在空间中进行匀速地旋转，并且以自身的垂直轴线为参考，将其转动的速度设为ω，求这个点球壳内部电磁场的电量是如何分布的；二是假设在某个时刻，在外力矩作用的条件下，带电的球以α=Δω/Δt的角加速度绕着垂直中轴进行转动，考虑在这种速度下外力产生的力矩（外力矩）m会有多大，以及功率p数值的大小。

上面的物理实例要求带点球质量均匀，表面带有的电荷在球壳内部是均匀分布的，经过实验后我们可得，球壳上的电偶极矩和电四极矩的矩数都为零，所以在该实验中并不存在电四级和电偶极的影响，也就等于这个实验的产生是在没有电四级和电偶极的辐射条件下。假设使点球壳的角加速度α减小，小到不能减小的情况下，保持存在于球壳表面词矩的速度居于一定的稳定值，不计其磁偶略微辐射作用，并且在一次重新转动中流过的电流没有推迟现象产生，电磁外表面的电荷能够分布均匀。

2 角动量守恒

电磁场中能量不是单一存在的，而是能量、动量、角动量各种相互存在，这些能量通过转化，成为一种新型的原有能量，而电磁场的基本特性就是这些能量之间相互转化。电磁场的研究中，角动量在能量转化中是最有研究价值的，所以人们将注意力转移到角动量能量转化的研究上。下面就是人们通过原有电磁场内部的能量理论基础上对角动量守恒规律做了分析。

2.1 无外力矩的角动量守恒

2.2 有外力矩情况下的角动量守恒

2.3 物理实例中角动量分析

把无外力矩的公式中半径进行无限量的扩大，使得其包含的区域无穷大，经过扩大可知角动量守恒规律中无外力矩情况下，条件是当曲面流过的角动量为零时，带电体在电磁场内部拥有的力矩是改变率所提供的，这个改变率是角动量的改变率，当力矩的改变率大于零时，角动量的变化率则小为零。角动量守恒规律中有外力矩情况下，条件也是在去面流过的角动量为零时，外力矩相当于电磁场内部带电体系的电磁与机械角动量改变率的和。从这两大规律可知外力矩提供的角动量发生在电磁场中，知道分析电磁场能量守恒的重要内容是角动量的研究。

3 能量守恒

3.1 无外力作用的电磁场能量守恒

3.2 有外力作用的电磁场能量守恒

根据无外力作用的电磁场能量守恒的公式，我们可知有外力作用的电磁场能量守恒公式是

3.3 电磁场能量守恒的实例分析

在能量密度为零的情况下，空间的电磁功率变化率决定着带电体在空间电磁场中受到的电磁力矩。本文的物理实例中谈到阻碍球壳运动是带电体收到的电磁力矩，由此可知外力矩与球壳的电磁场能量所成正比，表达式为在空间电磁场内部，一个能量密度为零的情况下，且外力作用的状态下，外力作用产生的机械功率等于电磁功率，具体公式为能量守恒定律的结果与电磁场角动量守恒公式推导出来的公式完全一样，说明了在对同一物理现象进行分析，无论运用电磁场内部且运用角动量守恒还是动量守恒规律，这两者的结果是一致的。

4 总结

物理实例中根据点球内部发生的角动量守恒定律公式和动量守恒规律的计算公式我们得出，在实验中电磁场内部的角动量守恒定律和动量守恒规律虽然在计算方式和实验过程是不同的，但是对物理实例中问题的结果却是一致的。得知空间磁场中角动量守恒定律和动量守恒定律在描述空间磁场内部规律时，两者虽有表现形式的差别，但其基本规律是一致的。本文的分析过程是通过空间电磁场角动量守恒定律，进一步证实电磁场内部动量守恒的正确性，为我们进一步落实空间电磁场中动量守恒分析物理现象的重要程度。希望此篇文章能够给与物理研究者研究提供材料，为我国物理电磁场守恒研究做出贡献。

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