经典电磁理论的协变形式和電場

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经典电磁理论的协变形式和電場之间的区别

经典电磁理论的协变形式 vs. 電場

经典电磁理论的协变形式是指将经典的电磁学定律（主要包括馬克士威方程組和洛伦兹力）纳入狭义相对论的框架，利用洛伦兹协变的四维矢量和四维张量写成“外在协变”的形式。这种形式的好处在于，经典的电磁学定律在任意惯性坐标系下具有相同的形式，并能够使场和力在不同惯性系下的变换更加容易表述。 在本文中，闵可夫斯基度规的形式被规定为diag(1, -1, -1, -1)\,，这是参考了John David Jackson所编写的《经典电动力学》中所采用的形式；并且从头彻尾都使用了经典的张量代数以及爱因斯坦求和约定。. 電場是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。在电荷周围总有电场存在；同时电场对场中其他电荷发生力的作用。观察者相对于电荷静止时所观察到的场称为静电场。如果电荷相对于观察者运动，则除静电场外，还有磁场出现。除了电荷以外，隨著時間流易而变化的磁场也可以生成电场，這種電場叫做涡旋电场或感应电场。迈克尔·法拉第最先提出電場的概念。.

真空电容率

真空电容率，又称为真空介电系数，或電常數，是一个常见於电磁学的物理常数，符号为\epsilon_0\,\!。在国际单位制裏，真空电容率的數值为： 真空電容率\epsilon_0\,\!可以用公式定義為 其中，c_0\,\!是光波傳播於真空的光速，\mu_0\,\!是真空磁導率。 採用國際單位制，光速的數值定義為 299\ 792\ 458\,\!公尺／秒，真空磁導率的數值定義為 4\pi\times 10^\,\! 亨利／公尺。因此，\epsilon_0\,\!的數值也是個定義值。但是，由於\pi\,\!是個無理數；所以，\epsilon_0\,\!只能近似為 這些數值都可以在2006 CODATA報告裏找到。 真空電容率出現於電位移\mathbf\,\!的定義式： 其中，\mathbf\,\!是電場，\mathbf\,\!是電介質的經典電極化強度。 學術界常遇到一個錯誤的觀點，就是認為真空電容率\epsilon_0\,\!是一個可實現真空的一個物理性質。正確的觀點應該為，\epsilon_0\,\!是一個度量系統常數，是由國際公約發表和定義而產生的結果。\epsilon_0\,\!的定義值是由光波在參考系統的光速或基準（benchmark）光速的衍生而得到的數值。這參考系統稱為自由空間，被用為在其它各種介質的測量結果的比較基線。可實現真空，像外太空、超高真空（ultra high vacuum）、量子色動真空（QCD vacuum）、量子真空（quantum vacuum）等等，它們的物理性質都只是實驗和理論問題，應與\epsilon_0\,\!分題而論。\epsilon_0\,\!的含義和數值是一個度量衡學（metrology）問題，而不是關於可實現真空的問題。為了避免產生混淆，許多標準組織現在都傾向於採用電常數為\epsilon_0\,\!的名稱。.

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高斯定律

斯定律（Gauss' law）表明在闭合曲面内的电荷分佈與產生的電場之間的關係：.

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電荷

在電磁學裡，電荷（electric charge）是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為「帶電物質」。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方，也會感受到對方施加的作用力，所涉及的作用力遵守庫侖定律。电荷分为两种，「正电荷」与「负电荷」。带有正电荷的物质称为「带正电」；带有负电荷的物质称为「带负电」。假若两个物质都带有正电或都带有负电，则称这两个物质「同电性」，否则称这两个物质「异电性」。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力；两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。 电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生电场，移动中的带电粒子会产生电磁场，带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁交互作用。这是四种基本交互作用中的一种。.

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電極化

在经典电磁学裏，當給電介質施加一個電場時，由於電介質內部正負電荷的相對位移，會產生電偶極子，這現象稱為電極化（electric polarization）。施加的電場可能是外電場，也可能是嵌入電介質內部的自由電荷所產生的電場。因為電極化而產生的電偶極子稱為“感應電偶極子”，其電偶極矩稱為“感應電偶極矩”。 電極化強度又稱為「電極化矢量」，定義為電介質內的電偶極矩密度，也就是單位體積的電偶極矩。這定義所指的電偶極矩包括永久電偶極矩和感應電偶極矩。它的國際單位制度量單位是庫侖每平方米（coulomb/m2），表示为矢量 P。McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd Edition), C.B. Parker, 1994, ISBN 0-07-051400-3.

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法拉第电磁感应定律

法拉第電磁感應定律（Faraday's law of electromagnetic induction）是電磁學中的一條基本定律，跟變壓器、電感元件及多種發電機的運作有密切關係。定律指出： 此定律於1831年由迈克尔·法拉第發現，約瑟·亨利則是在1830年的獨立研究中比法拉第早發現這一定律，但其並未發表此發現。故這個定律被命名為法拉第定律。 本定律可用以下的公式表达： 其中： 電動勢的方向（公式中的負號）由楞次定律提供。“通過電路的磁通量”的意義會由下面的例子闡述。 傳統上有兩種改變通過電路的磁通量的方式。至於感應電動勢時，改變的是自身的電場，例如改變生成場的電流（就像變壓器那樣）。而至於動生電動勢時，改變的是磁場中的整個或部份電路的運動，例如像在同極發電機中那樣。.

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