為什麼真空電容率和磁導率的乘積為1 c 2,和相對論有什麼關係?求大神講解,求過程

時間 2021-08-16 13:08:59

1樓:立言與徳

光速和電磁的關係在j. c. maxwell之前就已經在實驗上被發現了。

我們國內的教材因為拘泥於國際單位制的原因,沒法很好地揭示這段有趣的歷史。實際上,在電磁學裡有多種單位制,而且有些單位制比國際單位制還好。在2023年,w.

e. weber 和 r. kohlrausch 用萊頓瓶去測量電磁單位制和靜電單位制中電量的單位換算時,發現其比值(也就是真空電容率和磁導率乘積倒數的平方根)和當時已知的光速很接近[1,2],這就在電磁學和光速之間建立了神祕的聯絡。

沒幾年,j. c. maxwell就建立了電動力學,推匯出了電磁波的波動方程,表明電磁波的傳播速率就是真空電容率和磁導率乘積的倒數再開平方。

聯絡到 weber 他們的測量結果,j. c. maxwell 立即斷言,光就是一種電磁波[3]。

j. c. maxwell 在有生之年沒有看到實驗證實電磁波的存在,宣稱光是一種電磁波,既是一種預言,又是抓救命稻草的無奈之舉。

他死後不久,h. hertz 就用實驗證實,電磁波確實存在。這樣,maxwell 關於光是電磁波的斷言就更可接受了。

為什麼說「更可接受」呢?如果真正意義上的電磁波一直找不到,你覺得大家能信服光是電磁波這種說法嗎?大家只會笑笑而已。

找到了電磁波,大家就要認真對待 maxwell 的說法了。

它和相對論的關係是這樣的:

j. c. maxwell 去世後,電動力學並沒有停止發展。

當時是物理和化學大發展的時期,各種化學元素、射線、光譜等新現象層出不窮。以 h. a.

lorentz 為代表的物理學家用 maxwell 理論**物質構成,同時也在思考 maxwell 理論的正確性,因為 maxwell 留給物理學一個很大的困惑:按照 maxwell 理論,電磁波(大家基本上承認光就是電磁波)的傳播速率是一個常量 c。那就是說,對於同一個電磁波,無論在哪個參照系中看,傳播速率都是 c,這怎麼可能?

這個問題迫使物理學家作選擇題:(1) maxwell 理論是徹頭徹尾錯誤的,(2) maxwell 只在某個參照系中成立,(3) maxwell 理論在所有慣性系中都對,但是我們對於時間、空間、慣性系的看法要變。當時 lorentz 在 (2) 和 (3) 之間搞了一個折衷,弄出了 lorentz 變換。

直到 1905 年,a. einstein 才徹底地選擇了 (3).

實際上,沒有多少物理學家願意選擇 (1)。所以,即使沒有什麼光行差現象,沒有什麼 michelson-morley 干涉實驗,僅僅從理論上出發,狹義相對論的出現也是必然的,只是時間早晚的問題而已。

參考文獻:

[1] m. born (大名鼎鼎的玻恩) and e. wolf, principles of optics, 7th ed.

, 1.2 節,p.12.

與 [2] 中說法有所不同的是,born 和 wolf 說測量的是電容單位的比值。兩種說法其實差不多,因為電容量是電量和電壓的比值。

[2] wikipedia, "light speed" 條。

[3] 同 [1], 其中的 historical introduction, p.***.

2樓:

真空中的電容率和磁導率是麥克斯韋方程組中唯二的兩個常數

真空中的麥氏方程組可以約化為一個波動方程,其中對應波速的常數項自然可由上述兩個常數給出,稍微推一下就有你寫出來的那個關係

麥克斯韋推出這個速度時並不知道電磁波就是光,但是後來發現這樣算出來的速度和當時測量到的光速一致,光是電磁波是後來才知道的。

和相對論的關係可以看我以前的這個回答

具體推導

請問真空磁導率是多少,和真空磁導率是什麼關係呢

3樓:手機使用者

真空磁導率和真空磁導率是一樣的關係,這題目問的?

真空磁導率μ0=4π×10-7牛頓/安培2=4π×10-7韋伯/(安培·米)=4π×10-7亨利/米

光的折射率與電容率、磁導率的關係。

4樓:普羅旺斯守望

磁導率   英文名稱:magnetic permeability   表徵磁介質磁性的物理量。常用符號μ表示,μ為介質的磁導率,或稱絕對磁導率[1]。

  μ等於磁介質中磁感應強度b與磁場強度h之比,即通常使用的是磁介質的相對磁導率μr ,其定義為磁導率μ與真空磁導率μ0之比,即   μ=b/h   相對磁導率μ與磁化率χ的關係是   磁導率μ,相對磁導率μr和磁化率xm都是描述磁介質磁性的物理量。   對於順磁質μr>1;對於抗磁質μr<1,但兩者的μr都與1相差無幾 。在鐵磁質中,b與 h 的關係是非線性的磁滯回線,μr不是常量,與h有關,其數值遠大於1。

  例如,如果空氣(非磁性材料)的磁導率是1,則鐵氧體的磁導率為10,000,即當比較時,以通過磁性材料的磁通密度是10,000倍。   涉及磁導率的公式:   磁場的能量密度=b^2/2μ    在國際單位制(si)中,相對磁導率μr是無量綱的純數,磁導率μ的單位是亨利/米(h/m)。

常用的真空磁導率

編輯本段常用引數式

(1)初始磁導率μi:是指基本磁化曲線當h→0時的磁導率    公式

(2)最大磁導率μm:在基本磁化曲線初始段以後,隨著h的增大,斜率μ=b/h逐漸增大,到某一磁場強度下(hm),磁密度達到最大值(bm) ,即 公式

(3)飽和磁導率μs:基本磁化曲線飽和段的磁導率,μs值一般很小,深度飽和時,μs=μo。   (4)差分(增量)磁導率μδ∶μδ=△b/△h。

δb及△h是在(b1,h1)點所取的增量如圖1和圖2所示。   (5)微分磁導率,μd∶μd=db /dh,在(b1,h1)點取微分,可得μd。   可知:

μ1=b1/h1,μ△=△b /ah,μd=db1/dh1,三者雖是在同一點上的磁導率,但在數值上是不相等的。   非磁性材料(如鋁、木材、玻璃、自由空間)b與h之比為一個常數,用μ。來表示非磁性材料的的磁導率,即μ。

=1(在cgs單位制中)或 μ。=4πx10o-7(在rmks單位制中)。   在眾多的材料中,如果自由空間(真空)的μo=1,那麼比1略大的材料稱為順磁性材料(如白金、空氣等);比1略小的材料,稱為反磁性 材料(如銀、銅、水等)。

本章介紹的磁性元件μ》1是大有用處的。只有在需要磁遮蔽時,才會用銅等反磁性材料做成遮蔽罩使磁元件的磁 不會輻射到空間中去。   下面給出幾個常用的引數式:

   公式

(1)有效磁導率μro。在用電感l形成閉合磁路中(漏磁可以忽略),磁心的有效磁導率為:   式中 l——繞組的自感量(mh);   w——繞組匝數;   磁心常數,是磁路長度lm與磁心截面積ae的比值(mm).   (2)飽和磁感應強度bs。

隨著磁心中磁場強度h的增加,磁感應強度出現飽和時的b值,稱為飽和磁感應強度b,。   (3)剩餘磁感應強度bs。磁心從磁飽和狀態去除磁場後,剩餘的磁感應強度(或稱殘留磁通密度)。

  (4)矯頑力hco。磁心從飽和狀態去除磁場後,繼續反向磁化,直至磁感應強度減小到零,此時的磁場強度稱為矯頑力(或保磁力)。    公式

(5)溫度係數aμ°溫度係數為溫度在t1~t2範圍內變化時,每變化1℃相應磁導率的相對變化量,即   式中 μr1——溫度為t1時的磁導率;   μr2——溫度為t2時的磁導率。   值得注意的是:除了磁導率μ與溫度有關係之外,飽和磁感應強度bs、剩餘磁感應強度br、矯頑力hs,以及磁心比損耗(單位重量損耗w/kg)等磁引數,也都與磁心的工作溫度有

5樓:

不會電容率、磁導率是本身屬性,不會變

同等顏色光在不同介質,波長和速度是不同的。

6樓:再現

我只能在普通物理範圍內解釋:對於一些介質,ε和μ與電磁破的頻率有關,於是n是頻率的函式,v也隨頻率變化,從而導致了電磁波的色散現象。光是電磁波。

7樓:匿名使用者

兄弟,你需要多看點書啊~

你說的公式是真空的, 其速度的公式是c^2=1/(ε0εrμ0μr)其中εr,μr是相對介電常數,相對磁導率.

由於真空中 εr=1 μr =1 所以真空中的速度 c^2=1/(ε0μ0)

然後我們在來看不同介質中的, 由於能傳導光的介質一般 μr =1, 另外 n=c/v = (εrμr)^(1/2)

所以結合上面的公式 n^2=1/εr

現在明白了嗎?

8樓:鍵v盤v俠

不同顏色的光在真空中的傳輸速度才一樣,在介質中是不一樣的,就像你說的v=c/n。

介質電容率磁導率是固定的 跟光的頻率沒有半毛錢關係。。。

9樓:

.............................

10樓:

n=c/v ;μ。=1/(c^2ε。);ε=εrε。

所有頻率的電磁波在真空中速度相同,在介質中不同,波長越長速度越快折射率越小。

真空中電容率ε。是一常數,與電磁波的頻率無關,介質中的是εrε。與介質本身有關與頻率無關。

真空中的磁導率同理。

現在,光速已成為長度單位的標準,是定義值299792458m/s,不需再測。通過電磁理論可以匯出一個計算光速的公式:1/光速的平方=真空介電常數*真空磁導率。

不過實際上是先知道光速,再用這個公式計算出真空介電常數的。

公式中的光速是真空中的光速,由最上面的第二個式子就能得出這個公式。

希望這些對你有幫助。

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