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專業(yè)人士教你如何從擴(kuò)散角度看電磁場(chǎng)?
發(fā)布時(shí)間:2014-09-24 來(lái)源:電子工程專輯 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】工程師拿到一個(gè)平板電容器的電場(chǎng)模型圖肯定會(huì)問(wèn)到:電場(chǎng)是怎么擴(kuò)散出去的呢?本文博主將試著從電荷的擴(kuò)散角度解釋電路問(wèn)題,具體是怎樣的呢?請(qǐng)看下文。
下圖為的平板電容器的電場(chǎng)模型圖:
紅線為正極電板,下面黑線為負(fù)極電板,藍(lán)色帶箭頭線為電場(chǎng)。那么,這個(gè)電場(chǎng)是怎么擴(kuò)散出去的呢?
我們很自然的想到在我們生活中,存在各種各樣的擴(kuò)散現(xiàn)象,比如水滴落到地面的擴(kuò)散,不同密度的氣體的擴(kuò)散等等,這些擴(kuò)散,都是基于一個(gè)基本理論基礎(chǔ),牛頓定律:F = M * A,在力的作用下對(duì)水分子或者氣體分子產(chǎn)生加速度。擴(kuò)散的快慢取決于力的大小及質(zhì)量的大小。
我們把這個(gè)平板電容器,接上電阻負(fù)載,如下圖模型:
我們?cè)囍鴱碾姾傻臄U(kuò)散角度解釋電路問(wèn)題,正極因?yàn)槿鄙匐娮佣憩F(xiàn)為正電荷,負(fù)極因?yàn)橛羞^(guò)多的電子,而表現(xiàn)為負(fù)電荷。越靠近電容端,電荷密度越高,同種電荷相互排斥,相反電荷相互吸引,所以存在擴(kuò)散基礎(chǔ),通過(guò)擴(kuò)散電荷實(shí)現(xiàn)了電流。
以上這個(gè)解釋,屬于經(jīng)典物理的解釋,比較容易接受,實(shí)際上,這樣的觀點(diǎn),也可以起很大的作用,起碼讓自己不惑,可以解釋很多現(xiàn)象,比單純的電路回路概念,提高了一個(gè)等級(jí)。因?yàn)檫@個(gè)擴(kuò)散模型表達(dá)了信號(hào)是從源端到負(fù)載的過(guò)程,更接近電磁場(chǎng)理論了。常規(guī)的電路理論,腦子中,電子是從負(fù)極出來(lái)經(jīng)過(guò)負(fù)載再回到正極,走一圈回去。
但是,以上的電荷擴(kuò)散模型存在一個(gè)致命的邏輯錯(cuò)誤,那就是,電荷,也就是電子存在質(zhì)量,而我們都知道,信號(hào)的建立是光速,而要想達(dá)到光速,質(zhì)量必須為零,所以,基于電荷的擴(kuò)散模型,跟理論沖突,不符合實(shí)際。
那么這個(gè)模型中,那個(gè)東西是不存在質(zhì)量的呢?那就是電場(chǎng),電場(chǎng)是不存在質(zhì)量的,所以具備達(dá)到光速的可能。但是又有一個(gè)邏輯問(wèn)題,那就是,電場(chǎng)的質(zhì)量為零,加速度應(yīng)該是無(wú)限的,最終速度應(yīng)該是無(wú)限的,為什么是光速定值呢?
我們?cè)倏次锢韺W(xué),有一個(gè)很有意思的現(xiàn)象,所有的公式,都是一個(gè)“等式”,自然界不存在“極點(diǎn)”,無(wú)窮大,那么既然電場(chǎng)的質(zhì)量為零而導(dǎo)致加速度無(wú)窮大,速度無(wú)窮大,這個(gè)不符合自然界特點(diǎn),所以,自然界必須引入另一個(gè)質(zhì)量也為零的場(chǎng),而這個(gè)場(chǎng)與電場(chǎng)的特性恰好相反以解決無(wú)窮大問(wèn)題,這就是磁場(chǎng),電場(chǎng)與磁場(chǎng)滿足安培定律和法拉第定律,相互約束。
電場(chǎng)與磁場(chǎng)是一陰一陽(yáng),相生相克的,如同男女,相互支持,相互約束,以近20年為一代的速度繁衍生息,而電場(chǎng)與磁場(chǎng)呢,恰好以速度C向前推進(jìn)的時(shí)候,電場(chǎng)與磁場(chǎng)取得平衡,可以理解為速度C就是電場(chǎng)與磁場(chǎng)推進(jìn)的平衡點(diǎn),這個(gè)很類似L、C諧振回路的諧振點(diǎn),只是普通的L、C回路,電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別約束在L與C中,能量在一個(gè)維度上來(lái)回震蕩當(dāng)電場(chǎng)能量最大時(shí),磁場(chǎng)能量為0,當(dāng)磁場(chǎng)能量最大時(shí),電場(chǎng)能量為0,可以認(rèn)為兩者相位相差90度正交,而電磁場(chǎng),電場(chǎng)與磁場(chǎng)分布在三維空間上,電場(chǎng)與磁場(chǎng)為90度正交場(chǎng),運(yùn)動(dòng)方向在第三個(gè)維度上,因?yàn)榭臻g上電場(chǎng)與磁場(chǎng)已經(jīng)成正交90度了,所以運(yùn)行時(shí),兩者同相位運(yùn)行,同時(shí)最大,也同時(shí)最小,以正弦波的方式向前運(yùn)行。
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