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真空电容率

指数 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。.

59 关系: 基爾霍夫電路定律厘米-克-秒制偏振坡印廷向量安培定律幾何化單位制度量以太介電質強度 (物理)位移電流傑斐緬柯方程式哈特里能量光速克爾效应玻尔模型玻恩–朗德方程磁单极子磁場磁矢势磁矩经典电磁学经典电磁理论的协变形式真空磁导率电势能电磁辐射电荷守恒定律电通量狭义相对论相对电容率E0靜電學衍射馬克士威方程組馬克士威應力張量高斯定律高斯單位制辐射能阿布拉罕-勞侖茲力自由空間自由空間阻抗自然单位制里德伯常量電場電容電位移電勢電磁場的動力學理論電磁場的數學表述電荷密度...電極化電極化率連續性方程式極化性比耶鲁姆长度汤姆孙散射法拉第效应洛伦兹-亥维赛单位制普朗克單位制 扩展索引 (9 更多) »

基爾霍夫電路定律

基爾霍夫電路定律(Kirchhoff Circuit Laws)簡稱為基爾霍夫定律,指的是兩條電路學定律,基爾霍夫電流定律與基爾霍夫電壓定律。它們涉及了電荷的守恆及電勢的保守性。1845年,古斯塔夫·基爾霍夫首先提出基爾霍夫電路定律。現在,這定律被廣泛地應用於電機工程學。 從馬克士威方程組可以推導出基爾霍夫電路定律。但是,基爾霍夫並不是依循這條思路發展,而是從格奧爾格·歐姆的工作成果加以推廣得之。.

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厘米-克-秒制

厘米-克-秒單位制或厘米-克-秒系統(英文:centimetre-gram-second system,故常簡稱CGS制)是一種物理單位的系統制度,分別以厘米、克及秒為長度、質量及時間的基本單位。 在力學單位方面厘米-克-秒單位制是一致的,但在電學單位方面則有幾種變體。此單位系統後來被MKS--取代,也就是米-千克-秒系統(meter-kilogram-second system),而其又被國際單位制(SI system)所取代;國際單位制具有MKS制的三個基本單位,再加上凱氏溫標、安培、燭光及莫耳,有許多工程及科學領域只使用國際單位制,不過仍有一些領域常使用厘米-克-秒單位制。 在量測純力學系統時(即只和長度、質量、力、壓力、能量等物理量有關的系統),厘米-克-秒制和國際單位制之間的轉換相當單純及明確。單位間的轉換係數均為10的次幂,均可由以下關係推導而成;100 cm.

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偏振

偏振(polarization)指的是横波能夠朝著不同方向振盪的性質。例如電磁波、引力波都會展示出偏振現象。纵波则不會展示出偏振現象,例如傳播於氣體或液體的聲波,其只會朝著傳播方向振盪。如右圖所示,緊拉的細線可以展示出線偏振現象與圓偏振現象。 電磁波的電場與磁場彼此相互垂直。按照常規,電磁波的偏振方向指的是電場的偏振方向。在自由空間裏,電磁波是以橫波方式傳播,即電場與磁場又都垂直於電磁波的傳播方向。理論而言,只要垂直於傳播方向的方向,振盪的電場可以呈任意方向。假若電場的振盪只朝著單獨一個方向,則稱此為「線偏振」或「平面偏振」;假若電場的振盪方向是以電磁波的波頻率進行旋轉動作,並且電場向量的矢端隨著時間流意勾繪出圓型,則稱此為「圓偏振」;假若勾繪出橢圓型,則稱此為「橢圓偏振」;對於這兩個案例,又可按照在任意位置朝著源頭望去,電場隨時間流易而旋轉的順時針方向、逆時針方向,將圓偏振細分為「右旋圓偏振」、「左旋圓偏振」,將橢圓偏振細分為「右旋橢圓偏振」、「左旋橢圓偏振」;這性質稱為手徵性。 光波是一種電磁波。很多常見的光學物質都具有各向同性,例如玻璃。這些物質會維持波的偏振態不變,不會因偏振態的不同而展現出不同的物理行為。可是,有些重要的雙折射物質或光學活性物質具有各向異性。因此,偏振方向的不同,波的傳播狀況也不同,或者,波的偏振方向會被改變。起偏器是一種光學濾波器,只能讓朝著某特定方向偏振的光波通過,因此,可以將非偏振光變為偏振光。 在涉及到橫波傳播的科學領域,例如光學、地震學、無線電學、微波學等等,偏振是很重要的參數。激光、光纖通信、無線通信、雷達等等應用科技,都需要完善處理偏振問題。 極化的英文原文也是「polarization」,在英文文獻裏,偏振與極化兩個術語通用,都是使用同一個詞彙來表達,只有在中文文獻裏,才有不同的用法。一般來說,偏振指的是任何波動朝著某特定方向振盪的性質,而極化指的是各個帶電粒子因正負電荷在空間裡分離而產生的現象。.

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坡印廷向量

坡印廷向量(Poynting vector),亦称能流密度矢量,其方向為電磁能傳遞方向,大小為能流密度(单位面积的能量传输速率)。坡印廷矢量的SI单位是瓦特每平方米(W/m2)。它是以其发現者约翰·亨利·坡印廷來命名的。奧利弗·黑維塞 和尼科莱·乌诺夫亦獨立發現所謂的坡印廷向量。.

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安培定律

安培定律(Ampère's circuital law),又稱安培環路定律,是由安德烈-瑪麗·安培於1826年提出的一條靜磁學基本定律。安培定律表明,載流導線所載有的電流,與磁場沿著環繞導線的閉合迴路的路徑積分,兩者之間的關係為 其中,\mathbb是環繞著導線的閉合迴路,\mathbf是磁場(又稱為B場),d\boldsymbol是微小線元素向量,\mu_0是磁常數,I_是閉合迴路\mathbb所圍住的電流。 1861年,詹姆斯·馬克士威又將這方程式重新推導一遍,使得符合電動力學條件,並且發表結果於論文《論物理力線》內。馬克士威認為,含時電場會生成磁場,假若電場含時間,則前述安培定律方程式不成立,必須加以修正。經過修正後,新的方程式稱為馬克士威-安培方程式,是馬克士威方程組中的一個方程式,以積分形式表示為 其中,\mathbb是邊緣為\mathbb的任意曲面,\mathbf是穿過曲面\mathbb的電流的電流密度,\mathbf是電位移,d\mathbf是微小面元素向量。.

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幾何化單位制

幾何化單位制(geometrized unit system),不是一種完全定義或唯一的單位制。在這單位制內,只規定光速與重力常數為1,即 c.

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度量

度量是指對於一個物體或是事件的某個性質給予一個數字,使其可以和其他物體或是事件的相同性質比較。度量可以是對一物理量(如長度、尺寸或容量等)的估計或測定,也可以是其他較抽象的特質。 度量通常以一標準或度量衡表示。度量以數字單位的標準來表示,如距離即以多少英里或多少公里來表示。度量是大部份自然科學、技術、及其他社會科學中定量研究的基礎。 度量的過程為估計一數量的多寡和相同類型(如長度、時間、重量等)一單位的多寡之間的比例。度量即為此過程的結果,表示為數字加上一個單位,其中實數為估計的比例。如9公尺,其便為物體長度和長度單位,即公尺之間的比例。不像計數和整數個數個物體一般地可精確知道,每一個度量都是個存在些許不確定性的估計。度量量包括了測量尺度(包括量值)、计量单位及不确定性。透過度量可以比較不同的量測,並且減少誤會。有關度量的科學稱為计量学。.

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以太

以太(Luminiferous aether、aether 或 ether)或譯為光乙太,是古希腊哲学家亞里斯多德所设想的一种物质,為五元素之一。19世紀的物理學家,認為它是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質。但後來的实验和理论表明,如果不假定“以太”的存在,很多物理现象可以有更为简单的解释。也就是说,没有任何观测证据表明“以太”存在,因此“以太”理论被科学界抛弃。.

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介電質

介電質(dielectric)是一種可被電極化的絕緣體。假設將介電質置入外電場,則束縛於其原子或分子的束縛電荷不會流過介電質,只會從原本位置移動微小距離,即正電荷朝著電場方向稍微遷移位置,而負電荷朝著反方向稍微遷移位置。這會造成介電質電極化,從而在介電質內部產生反抗電場,減弱整個介電質內部的電場。假若介電質是由弱鍵結的分子構成,則這些分子不但會被電極化,也會改變取向,試著將自己的對稱軸與電場對齊。 介電質通常指的是可被高度電極化的物質。在原子與分子層次,極化性可以用來衡量微觀的電極化性質,從極化性可以理論計算出介電質的電極化率和電容率,兩個巨觀的電極化性質。或者,可以直接從實驗測量出介電質的電極化率和電容率。假若置入了具有高電容率的介電質,則平行板電容器的電容會大幅增加,儲存於兩塊金屬平行板的正負電荷也會增加 。 介電質的用途相當廣泛。介電質的電傳導能力很低,再加上具備有很好的(dielectric strength)性質,就可以用來製造電絕緣體。另外介電質可被高度電極化,是優良的電容器材料。對於介電性質的研究,涉及了物質內部電能和磁能的儲存與耗散。用於解釋電子學、光學和固態物理的各種各樣現象,這研究極端重要。 回應麥可·法拉第的請求,英國科學家威廉·暉巍(William Whewell)命名所有可被電極化的絕緣體為介電質。.

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強度 (物理)

在物理學中,強度的定義是單位面積下的能量轉換率。在SI制單位下,瓦特每平方公尺(W/m2)。最常用來表示波的強度(例如:音波、光波)。通常指波在一个週期内的能量轉換率。 強度(intensity)一詞不同於“力度、力量強度”(strength)或振幅(amplitude)。 強度也可以被定義為能量密度乘上能量移動的速度;向量运算結果的單位等同於 W/m2。.

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位移電流

在電磁學裏,位移電流 (displacement current) 定義為電位移對於時間的變率。位移電流的單位與電流的單位相同。如同真實的電流,位移電流也有一個伴隨的磁場。但是,位移電流並不是移動的電荷所形成的電流;而是電位移對於時間的偏導數。 於 1861 年,詹姆斯·馬克士威發表了一篇論文《論物理力線》,提出位移電流的概念。在這篇論文內,他將位移電流項目加入了安培定律。修改後的定律,現今稱為馬克士威-安培方程式。 在馬克士威的 1864 年論文《電磁場的動力學理論》內,他用這馬克士威-安培方程式推導出電磁波方程式。由於這導引將電學、磁學和光學聯結成一個統一理論。這創舉現在已被物理學術界公認為物理學史的重大里程碑。位移電流對於電磁波的存在是基要的。.

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傑斐緬柯方程式

在電磁學裏,給予含時電荷密度分佈和電流密度分佈,可以使用傑斐緬柯方程式(Jefimenko equation)來計算電場和磁場。這方程式因其發現者物理學家而命名。傑斐緬柯方程式是馬克士威方程組對於這些電荷密度分佈和電流密度分佈的解答。.

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哈特里能量

哈特里能量记为Eh或者Ha,是原子单位制中的能量单位,以(Douglas Hartree)的名字命名。该单位的值定义为2R∞hc,其中R∞为里德伯常数,h为普朗克常数,c为光速。 根据科学技术数据委员会(CODATA)2014年的数据,哈特里能量单位的值为Eh.

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光速

光速,指光在真空中的速率,是一個物理常數,一般記作,精確值為(≈ m/s)。這一數值之所以是精確值,是因為米的定義就是基於光速和國際時間標準上的。根據狹義相對論,宇宙中所有物質和訊息的運動和傳播速度都不能超過。光速也是所有無質量粒子及對應的場波動(包括電磁輻射和引力波等)在真空中運行的速度。這一速度獨立於射源運動以及觀測者所身處的慣性參考系。在相對論中,起到把時間和空間聯繫起來的作用,並且出現在廣為人知的質能等價公式中:.

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克爾效应

克爾效應(Kerr effect),也稱「二次電光效應」,是物質因響應外電場的作用而改變其折射率的一種效應。克爾效應與泡克耳斯效應不同,前者感應出的折射率改變與外電場平方成正比,後者則與外電場成線性關係;前者可以在液體或非晶物質出現,後者只出現於沒有對稱中心的晶體物質。克爾效應或多或少會出現在每一種物質,但在某些液體會比較顯著。這效應最先由蘇格蘭科学家約翰·克爾(John Kerr)在1878年發現。 克爾效應又分為克爾電光效應與克爾光學效應。.

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玻尔模型

玻尔模型是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的关于氢原子结构的模型。玻尔模型引入量子化的概念,使用经典力学研究原子内电子的运动,合理地解释了氢原子光谱和元素周期表,取得了巨大的成功。玻尔模型是20世纪初期物理学取得的重要成就,对原子物理学产生了深远的影响。.

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玻恩–朗德方程

玻恩-朗德方程(Born–Landé equation)是由德国化学家马克斯·玻恩和阿尔弗雷德·朗德提出的一个计算离子化合物晶格能的公式。1918年,马克斯·玻恩和阿尔弗雷德·朗德提出晶格能的计算公式可由离子晶格的静电势和推斥型势能概念推导出来。 其中:.

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磁单极子

磁单极子是理论物理学中指一些仅带有北極或南極单一磁极的磁性物质,它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。更专业地说,这种粒子是一种带有一个单位“磁荷”(类比于电荷)的粒子。科学界之所以如此感兴趣于磁单极子,是因为磁单极子在粒子物理学当中的重要性,大统一理论和超弦理论都预测了它的存在。这种物质的存在性在科学界時有紛爭,截至2013年末,尚未发现以基本粒子形式存在的磁单极子。可以说是21世纪物理学界重要的研究主题之一。 但是,非孤立的磁单极准粒子确实存在于某些凝聚态物质系统中,人工磁单极子已经被德国的一组研究者成功地制造出来。.

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磁場

在電磁學裡,磁石、磁鐵、電流及含時電場,都會產生磁場。處於磁場中的磁性物質或電流,會因為磁場的作用而感受到磁力,因而顯示出磁場的存在。磁場是一種向量場;磁場在空間裡的任意位置都具有方向和數值大小更精確地分類,磁場是一種贗矢量。力矩和角速度也是準向量。當坐標被反演時,準向量會保持不變。。 磁鐵與磁鐵之間,通過各自產生的磁場,互相施加作用力和力矩於對方。運動中的電荷亦會產生磁場。磁性物質產生的磁場可以用電荷運動模型來解釋基本粒子,像電子或正子等等,會產生自己內有的磁場,這是一種相對論性效應,並不是因為粒子運動而產生的。但是,對於大多數狀況,這磁場可以模想為是由粒子所載有的電荷因為旋轉運動而產生的。因此,這相對論性效應稱為自旋。磁鐵產生的磁場主要是由內部未配對電子的自旋形成的。。 當施加外磁場於物質時,磁性物質的內部會被磁化,會出現很多微小的磁偶極子。磁化強度估量物質被磁化的程度。知道磁性物質的磁化強度,就可以計算出磁性物質本身產生的磁場。產生磁場需要輸入能量,當磁場被湮滅時,這能量可以再回收利用,因此,這能量被視為儲存於磁場。 電場是由電荷產生的。電場與磁場有密切的關係;含時磁場會生成電場,含時電場會生成磁場。馬克士威方程組描述電場、磁場、產生這些向量場的電流和電荷,這些物理量之間的詳細關係。根據狹義相對論,電場和磁場是電磁場的兩面。設定兩個參考系A和B,相對於參考系A,參考系B以有限速度移動。從參考系A觀察為靜止電荷產生的純電場,在參考系B觀察則成為移動中的電荷所產生的電場和磁場。 在量子力學裏,科學家認為,純磁場(和純電場)是虛光子所造成的效應。以標準模型的術語來表達,光子是所有電磁作用的顯現所依賴的媒介。對於大多數案例,不需要這樣微觀的描述,在本文章內陳述的簡單經典理論就足足有餘了;在低場能量狀況,其中的差別是可以忽略的。 在古今社會裡,很多對世界文明有重大貢獻的發明都涉及到磁場的概念。地球能夠產生自己的磁場,這在導航方面非常重要,因為指南針的指北極準確地指向位置在地球的地理北極附近的地磁北極。電動機和發電機的運作機制是倚賴磁鐵轉動使得磁場隨著時間而改變。通過霍爾效應,可以給出物質的帶電粒子的性質。磁路學專門研討,各種各樣像變壓器一類的電子元件,其內部磁場的相互作用。.

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磁矢势

磁矢势,又稱磁位、磁勢(magnetic potential),通常標記為 \mathbf 。磁向量勢的旋度是磁場,以方程式表示 其中,\mathbf 是磁場。 直觀而言,磁向量勢似乎不及磁場來得「自然」、「基本」,而在一般電磁學教科書亦多以磁場來定義磁向量勢。以前,很多學者認為磁向量勢並沒有實際意義,只是人為的物理量,除了方便計算以外,別無其它用途。但是,詹姆斯·馬克士威頗不以為然,他認為磁向量勢可以詮釋為「每單位電荷儲存的能量」,就好像電勢被詮釋為「每單位電荷儲存的能量」。相關論述,稍後會有更詳盡解釋。 磁向量勢並不是唯一定義的;其數值是相對的,相對於某設定數值。因此,學者會疑問到底儲存了多少動量?不論如何,磁向量勢確實具有實際意義。尤其是在量子力學裏,於1959年,阿哈諾夫-波姆效應闡明,假設一個帶電粒子移動經過某零電場、零磁場、非零磁向量勢場區域,則此帶電粒子的波函數相位會有所改變,因而導致可觀測到的干涉現象 。現在,越來越多學者認為電勢和磁向量勢比電場和磁場更基本。不單如此,有學者認為,甚至在經典電磁學裏,磁向量勢也具有明確的意義和直接的測量值。 磁向量勢與電勢可以共同用來設定電場與磁場。許多電磁學的方程式可以以電場與磁場寫出,或者以磁向量勢與電勢寫出。較高深的理論,像量子力學理論,偏好使用的是磁向量勢與電勢,而不是電場與磁場。因為,在這些學術領域裏所使用的拉格朗日量或哈密頓量,都是以磁向量勢與電勢表達,而不是以電場與磁場表達。 開爾文男爵最先於1851年引入磁向量勢的概念,並且給定磁向量勢與磁場之間的關係。.

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磁矩

磁矩是磁鐵的一種物理性質。處於外磁場的磁鐵,會感受到力矩,促使其磁矩沿外磁場的磁場線方向排列。磁矩可以用向量表示。磁鐵的磁矩方向是從磁鐵的指南極指向指北極,磁矩的大小取決於磁鐵的磁性與量值。不只是磁鐵具有磁矩,載流迴路、電子、分子或行星等等,都具有磁矩。 科學家至今尚未發現宇宙中存在有磁單極子。一般磁性物質的磁場,其泰勒展開的多極展開式,由於磁單極子項目恆等於零,第一個項目是磁偶極子項、第二個項目是磁四極子(quadrupole)項,以此类推。磁矩也分為磁偶極矩、磁四極矩等等部分。從磁矩的磁偶極矩、磁四極矩等等,可以分別計算出磁場的磁偶極子項目、磁四極子項目等等。隨著距離的增遠,磁偶極矩部分會變得越加重要,成為主要項目,因此,磁矩這術語時常用來指稱磁偶極矩。有些教科書內,磁矩的定義與磁偶極矩的定義相同。.

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经典电磁学

经典电磁学(Classical electromagnetism)或经典电动力学是理论物理学的分支,通常包含在广义的电磁学,以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础,主要研究电荷和电流的电磁场及其彼此的电磁相互作用。当相关尺度和场强足够大以至于量子效应可忽略时(参见量子电动力学),这一套理论能够对电磁现象提供一个非常漂亮的描述。有关经典电磁理论的综述以及物理概念的详细解说可参见费曼、莱顿和桑斯;帕诺夫斯基和菲利普;以及杰克逊 等人的专著。 经典电磁理论主要发展於19世纪,以詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的成就达到顶峰。关于这部分的历史可参见泡利、惠特克、派斯的有关叙述。 Ribarič和Šušteršič在其著作《守恒律和经典电动力学的未决问题》中基于当前对经典电磁理论的理解,考查了十二个至今尚未解决的电动力学问题;到目前为止,他们研究并引用了1903年至1989年间约240篇参考文献。如杰克逊所言,经典电动力学中最显著的问题在於,我们只可能在如下两种有限的情形下得到及讨论基本方程的解:第一种情形为给出电荷和电流的分布,求解激发的电磁场;第二种情形为给出外部的电磁场,求解内部带电粒子和电流的运动。而有时候这两种情形会合二为一,此时的处理方法却只能按次序进行:首先在忽略辐射的情形下确定在外场中带电粒子的运动,然后将运动粒子的轨迹作为辐射源的分布计算电磁辐射。很明显,在电动力学中这种处理手段只能近似正确。进一步来说,虽然麦克斯韦方程组本身是线性的,然而某些电学-力学系统中电荷和电流与它们所激发的电磁场之间的相互作用却无法忽略,对於这类系统我们还不能从电动力学上完全理解。虽然经过了一个世纪的努力,至今人们还没能得到一组能够被广泛接受的描述带电粒子运动的经典方程,同时也没有获得任何有用的实验数据的支持。.

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经典电磁理论的协变形式

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。.

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真空磁导率

真空磁导率(\mu_0),又称磁场常数、磁常數、自由空間磁导率或磁常數是一物理常數,指真空中的磁导率。实验测得这个数值是一个普适的常数,联系着力学和电磁学的测量。真空磁导率是由運動中的帶電粒子或電流產生磁場的公式中產生,也出現在其他真空中產生磁場的公式中,在国际单位制中,其數值為 真空磁导率是一個常數,也可以定義為一個基礎的不變量,是真空中馬克士威方程組中出現的常數之一。在經典力學中,自由空間是電磁理論中的一個概念,對應理論上完美的真空,有時稱為「自由空間真空」或「經典真空」 : 在真空中,磁场常数是磁感应强度和磁场强度的比率: 真空磁导率 \mu_0 和真空电容率 \varepsilon_0 以及光速的关系为c^2\varepsilon_0\mu_0.

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电势能

在靜電學裏,電勢能(Electric potential energy)是處於電場的電荷分佈所具有的勢能,與電荷分佈在系統內部的組態有關。電勢能的單位是焦耳。電勢能與電勢不同。電勢定義為處於電場的電荷所具有的電勢能每單位電荷。電勢的單位是伏特。 電勢能的數值不具有絕對意義,只具有相對意義。所以,必須先設定一個電勢能為零的參考系統。當物理系統內的每一個點電荷都互相分開很遠(分開距離為無窮遠),都相對靜止不動時,這物理系統通常可以設定為電勢能等於零的參考系統。假設一個物理系統裏的每一個點電荷,從無窮遠緩慢地被遷移到其所在位置,總共所做的機械功為 W ,則這物理系統的電勢能 U 為 在這過程裏,所涉及的機械功 W ,不論是正值或負值,都是由這物理系統之外的機制賦予,並且,緩慢地被遷移的每一個點電荷,都不會獲得任何動能。 如此計算電勢能,並沒有考慮到移動的路徑,這是因為電場是保守場,電勢能只跟初始位置與終止位置有關,與路徑無關。.

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电磁辐射

電磁辐射,又稱電磁波,是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。 電磁輻射的載體為光子,不需要依靠介質傳播,在真空中的傳播速度为光速。電磁輻射可按照頻率分類,從低頻率到高頻率,主要包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。人眼可接收到的電磁輻射,波長大約在380至780nm之間,稱為可見光。只要是本身溫度大於絕對零度的物體,除了暗物質以外,都可以發射電磁輻射,而世界上並不存在温度等於或低於絕對零度的物體,因此,人們周邊所有的物體時刻都在進行電磁輻射。儘管如此,只有處於可見光频域以内的電磁波,才可以被人們肉眼看到,對於不同的生物,各種電磁波頻段的感知能力也有所不同。.

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电荷守恒定律

在物理學裏,電荷守恒定律(law of charge conservation)是一種關於電荷的守恆定律。電荷守恒定律有兩種版本,「弱版電荷守恒定律」(又稱為「全域電荷守恒定律」)與「強版電荷守恒定律」(又稱為「局域電荷守恒定律」)。弱版電荷守恒定律表明,整個宇宙的總電荷量保持不變,不會隨著時間的演進而改變。注意到這定律並沒有禁止,在宇宙這端的某電荷突然不見,而在宇宙那端突然出現。強版電荷守恒定律明確地禁止這種可能。強版電荷守恒定律表明,在任意空間區域內電荷量的變化,等於流入這區域的電荷量減去流出這區域的電荷量。對於在區域內部的電荷與流入流出這區域的電荷,這些電荷的會計關係就是電荷守恒。 定量描述,這強版定律的方程式乃是一種連續方程式: 其中,Q(t)是在時間t某設定體積內的電荷量,Q_、Q_是在時間間隔內分別流入與流出這設定體積的電荷量。 上述兩種守恆定律建立於一個基礎原則,即電荷不能獨自生成與湮滅。假設帶正電粒子接觸到帶負電粒子,兩個粒子帶有電量相同,則因為這接觸動作,兩個粒子會變為中性,這物理行為是合理與被允許的。一個中子,也可以因貝他衰變,生成帶正電的質子、帶負電的電子與中性的反微中子。但是,任何粒子,不可能獨自地改變電荷量。物理學明確地禁止這種物理行為。更仔細地說,像電子、質子一類的亞原子粒子會帶有電荷,而這些亞原子粒子可以被生成或湮滅。在粒子物理學裏,電荷守恆意味著,在那些生成帶電粒子的基本粒子反應裏,雖然會有帶正電粒子或帶負電粒子生成,在反應前與反應後,總電荷量不會改變;同樣地,在那些湮滅帶電粒子的基本粒子反應裏,雖然會有帶正電粒子或帶負電粒子湮滅,在反應前與反應後,總電荷量絕不會改變; 雖然全域電荷守恒定律要求宇宙的總電荷量保持不變,到底總電荷量是多少仍舊是有待研究問題。大多數跡象顯示宇宙的電荷量為零,即正電荷量與負電荷量相同。.

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电通量

在电磁学中,电通量(Electric flux,符号:\Phi_E)是电场的通量,A是穿過曲面的面積,与穿过一个曲面的电场线的数目成正比。曲面S上的电通量由以下的曲面积分公式给出: 其中\mathbf是电场强度,d\mathbf是闭曲面S上的微分面积,其法线指向外侧。 对于封闭的高斯曲面,电通量由以下公式给出: 其中Q_S是曲面所包含的净电荷(包括自由电荷和束缚电荷),\varepsilon_0是真空电容率,E是電通量密度。这个关系即为电场的高斯定律的积分形式。它也是麦克斯韦方程组的四个方程之一。.

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狭义相对论

-- 狭义相对论(英文:Special relativity)是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的,應用在惯性参考系下的时空理论,是对牛顿时空观的拓展和修正。爱因斯坦在1905年完成的《論動體的電動力學》論文中提出了狭义相对论Albert Einstein (1905) "", Annalen der Physik 17: 891; 英文翻譯為George Barker Jeffery和 Wilfrid Perrett翻譯的(1923); 另一版英文翻譯為Megh Nad Saha翻譯的On the Electrodynamics of Moving Bodies(1920).

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相对电容率

在电磁学裏,相对电容率,又稱為相對介電常數,定义为电容率与真空电容率的比例∶ 其中,\epsilon_ 是电介质的相对电容率,\epsilon 是电介质的电容率,\epsilon_ 是真空电容率。 對於線性电介质,電極化強度 \mathbf\,\! 與電場 \mathbf\,\! 的關係方程式為: 其中,\chi_e\,\! 是电極化率。 電位移 \mathbf\,\! 的定義涉及電場和電極化強度: 這公式又可寫為 電位移與電場成正比。所以,相对电容率与电极化率 \chi_e 有以下的关系:.

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E0

#重定向 真空电容率.

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靜電學

電學是研究「靜止電荷」的特性及規律的一門學科,電學的領域之一。靜電即電荷在靜止時的狀態,沒有電荷流動。而靜止電荷所建立的電場稱為靜電場,是指不隨時間變化的電場,該靜電場對於場中的電荷有作用力。.

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衍射

--(diffraction),又稱--,是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。 在古典物理学中,波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后會发生不同程度的弯散传播。假設將一个障碍物置放在光源和观察屏之间,則會有光亮区域與陰暗区域出現於观察屏,而且這些区域的边界並不銳利,是一种明暗相间的复杂图样。這现象称为衍射,當波在其传播路径上遇到障碍物时,都有可能發生这种现象。除此之外,当光波穿过折射率不均匀的介质时,或当声波穿过声阻抗不均匀的介质时,也会发生类似的效应。在一定条件下,不仅水波、光波能够产生肉眼可见的衍射现象,其他类型的电磁波(例如X射线和无线电波等)也能够发生衍射。由於原子尺度的實際物體具有類似波的性質,它們也會表现出衍射现象,可以通过量子力学进行研究其性质。 在適當情况下,任何波都具有衍射的固有性质。然而,不同情况中波发生衍射的程度有所不同。如果障碍物具有多个密集分布的孔隙,就会造成较为复杂的衍射强度分布图样。这是因為波的不同部分以不同的路径传播到观察者的位置,发生波叠加而形成的現象。 衍射的形式論还可以用來描述有限波(量度為有限尺寸的波)在自由空间的传播情况。例如,激光束的發散性質、雷达天线的波束形状以及超声波传感器的视野范围都可以利用衍射方程来加以分析。.

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馬克士威方程組

克士威方程組(Maxwell's equations)是一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關係的偏微分方程。該方程組由四個方程式組成,分別是描述电荷如何产生电场的高斯定律、表明磁单极子不存在的高斯磁定律、解釋时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律,以及說明电流和时变电场怎样产生磁场的馬克士威-安培定律。馬克士威方程組是因英国物理学家詹姆斯·馬克士威而命名。馬克士威在19世紀60年代構想出這方程組的早期形式。 在不同的領域會使用到不同形式的馬克士威方程組。例如,在高能物理學與引力物理學裏,通常會用到時空表述的馬克士威方程組版本。這種表述建立於結合時間與空間在一起的愛因斯坦時空概念,而不是三維空間與第四維時間各自獨立展現的牛頓絕對時空概念。愛因斯坦的時空表述明顯地符合狹義相對論與廣義相對論。在量子力學裏,基於電勢與磁勢的馬克士威方程組版本比較獲人們青睞。 自從20世紀中期以來,物理學者已明白馬克士威方程組不是精確规律,精確的描述需要藉助更能顯示背後物理基礎的量子電動力學理論,而馬克士威方程組只是它的一種經典場論近似。儘管如此,對於大多數日常生活中涉及的案例,通過馬克士威方程組計算獲得的解答跟精確解答的分歧甚為微小。而對於非經典光、雙光子散射、量子光學與許多其它與光子或虛光子相關的現象,馬克士威方程組不能給出接近實際情況的解答。 從馬克士威方程組,可以推論出光波是電磁波。馬克士威方程組和勞侖茲力方程式是經典電磁學的基礎方程式。得益于這一組基礎方程式以及相關理論,許多現代的電力科技與電子科技得以被發明并快速發展。.

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馬克士威應力張量

在電磁學裏,馬克士威應力張量(Maxwell stress tensor)是描述電磁場帶有之應力的二階張量。馬克士威應力張量可以表現出電場力、磁場力和機械動量之間的相互作用。對於簡單的狀況,例如一個點電荷自由地移動於均勻磁場,應用勞侖茲力定律,就可以很容易地計算出點電荷所感受的作用力。但是,當遇到稍微複雜一點的狀況時,這很普通的程序會變得非常困難,方程式洋洋灑灑地一行又一行的延續。因此,物理學家通常會聚集很多項目於馬克士威應力張量內,然後使用張量數學來解析問題。.

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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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高斯單位制

斯單位制(Gaussian units)是一種計量單位的制度,屬於公制,是從厘米-克-秒制衍生,電磁單位系統中最常見的一種單位制。在厘米-克-秒制內,又有幾組互相衝突的電磁單位,不單只存在有高斯單位。所以,使用術語「厘米-克-秒單位」很可能會引起分歧義,必需儘量避免。 除了高斯單位制以外,最常用的別種選擇是國際單位制。在大多述領域,國際單位制是主要使用的單位制。隨著時光的流易,越來越多的人士選擇摒棄高斯單位制,改採用國際單位制。高斯單位制與國際單位制之間的單位轉換並不像平常單位轉換那樣簡易。例如,電磁學的物理定律方程式,像馬克士威方程組,依使用哪種單位制而定,需要做相關調整;在高斯單位制是無量綱的物理量,像電容率或磁導率,換到國際單位制,可能會變為具有量綱。.

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辐射能

辐射能是指电磁辐射所具有的能量。它的大小可以通过计算辐射通量关于时间的积分得到。和所有形式的能量一样,辐射能的SI制单位是焦耳。这个术语常被用于描述电磁辐射被发射到环境中的情况,而这种辐射未必是肉眼可见的。.

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阿布拉罕-勞侖茲力

阿布拉罕-勞侖茲力(Abraham-Lorentz force)是一加速帶電粒子因為粒子放射出電磁輻射而所受到的平均力。其適用在粒子行進速度不快的時候。若在相對論性速度下,此力則稱作是阿布拉罕-勞侖茲-狄拉克力(Abraham-Lorentz-Dirac force)。 阿布拉罕-勞侖茲力問題的解被認為預測了「來自於未來的訊號影響了現在」這樣的結果,而挑戰了直觀上的因果律。試圖解決此一問題的涉及到許多近代物理的領域,雖然Yaghjian曾展試過這問題的解實際上相當簡單。.

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自由空間

在經典物理裏,自由空間(free space)是電磁理論的一種概念,指的是一種理論的完美真空,不含有任何物質的真空。有時候,自由空間又稱為自由空間真空,或經典真空。自由空間可以恰當地被視為一種參考介質 許多國際單位制的單位,像安培或公尺,其定義都是建立於以自由空間為參考介質的測量值。由於實驗室所使用的參考介質並不是自由空間,實驗室得到的測量值必須經過修正,才能成為以自由空間為參考介質的測量值。.

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自由空間阻抗

自由空間阻抗Z0是一物理常數,和自由空間中電磁波產生的電場及磁場量值有關。 其中 自由空間阻抗也等於真空磁導率μ0及真空中光速c0的乘積,其數值大約是376.73031 歐姆。由於真空磁導率及光速的數值均為定義值,不是測量值,因此自由空間阻抗也是一定義值。公尺單位的定義是光在真空中行進299,792,458分之1秒的距離,因此也同時定義了真空中光速的數值。而安培單位的定義也定義了真空磁导率為4πx10-7,自由空間阻抗為二者的乘積,因此也是一定義值。 當一平面波通過一介電材料時也有類似的物理量說明其電場及磁場之間的關係,稱為介質的或特性阻抗,其符號為η。Z0有時也稱為自由空間的本質阻抗,其符號為η0。.

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自然单位制

在物理學裏,自然單位制(natural unit)是一種建立於基礎物理常數的計量單位制度。例如,電荷的自然單位是單位電荷 e 、速度的自然單位是光速 c ,都是基礎物理常數。純自然單位制必定會在其定義中,將某些基礎物理常數歸一化,即將這些常數的數值規定為整數1。.

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里德伯常量

里德伯常量是物理学中经常用到的常數。根据2014年CODATA的结果,它的值是 里德伯常量起初是在为表示氢原子谱线的里德伯公式中引入的,里德伯公式 其中R即为里德伯常量。 1913年丹麦物理学家尼尔斯·波尔创立的波尔模型给出了里德伯常量的表达式: 其中: 然而应用波尔模型计算出里德伯常量的数值: 而实验值 二者差值超过万分之五。英国光谱学家福勒(A.Fowler)提出了这一质疑。1914年波尔提出,这是由于假设原子核静止不动引起的。实际情况是,原子核的质量不是无穷大,它与电子围绕共同的质心转动。波尔对其理论进行了修正,用原子核和电子的折合质量μ代替了电子质量: 不同原子的里德伯常量RA不同。令 其中: 而一种原子的里德伯常量 其中M是原子核的质量。 下面给出了几个不同元素的原子里德伯常量的数值: 1H:109 677.58 cm-1 2D:109 707.42 cm-1 3T:109 717.35 cm-1 4He+:109 722.27 cm-1 7Li2+:109 728.80 cm-1 8Be3+:109 730.70 cm-1.

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電場

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。.

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電容

在電路學裡,給定電壓,電容器儲存電荷的能力,稱為電容(capacitance),標記為C。採用國際單位制,電容的單位是法拉(farad),標記為F。電路圖中多半以C開頭標示電容,例:C01、C02、C03、C100等。 平行板電容器是一種簡單的電容器,是由互相平行、以空間或介電質隔離的兩片薄板導體構成。假設這兩片導板分別載有負電荷與正電荷,所載有的電荷量分別為-Q\,\!、+Q\,\!,兩片導板之間的電位差為V,則這電容器的電容C為 1法拉等於1庫侖每伏特,即電容為1法拉的電容器,在正常操作範圍內,每增加1伏特的電位差可以多儲存1庫侖的電荷。 電容器所儲存的能量等於充電所做的功。思考前述平行板電容器,搬移微小電荷元素\mathrmq從帶負電薄板到帶正電薄板,每對抗1伏特的電位差,需要做功\mathrmW: 將這方程式積分,可以得到儲存於電容器的能量。從尚未充電的電容器(q.

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電位移

在電磁學裏,電位移是出現於馬克士威方程組的一種向量場,可以用來解釋電介質內自由電荷所產生的效應。電位移\mathbf以方程式定義為 其中,\varepsilon_是電常數,\mathbf是電場,\mathbf是電極化強度。.

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電勢

在静電學裡,電勢(electric potential)定義為處於電場中某个位置的單位電荷所具有的電勢能。電勢又稱為電位,是純量。其數值不具有絕對意義,只具有相對意義,因此為了便於分析問題,必須設定一個參考位置,並把它設為零,稱為零勢能點。通常,會把無窮遠處的電勢設定為零。那麼,電勢可以定義如下:假設檢驗電荷從無窮遠位置,經過任意路徑,克服電場力,緩慢地移動到某位置,則在這位置的電勢,等於因遷移所做的機械功與檢驗電荷量的比值。在國際單位制裏,電勢的度量單位是伏特(Volt),是為了紀念意大利物理學家亞歷山德羅·伏打(Alessandro Volta)而命名。 電勢必需滿足帕松方程式,同時符合相關邊界條件;假設在某區域內的電荷密度為零,則帕松方程式約化為拉普拉斯方程式,電勢必需滿足拉普拉斯方程式。 在電動力學裏,當含時電磁場存在的時候,電勢可以延伸為「廣義電勢」。特別注意,廣義電勢不能被視為電勢能每單位電荷。.

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電磁場的動力學理論

《電磁場的動力學理論》(A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field)是一篇詹姆斯·馬克士威發於1864年的論文,這篇論文是他所寫的第三篇關於電磁學的論文。在這篇論文裏,他首次系統性地陳列出馬克士威方程組。馬克士威又應用了先前在他的1861年論文《論物理力線》裏提出的位移電流的概念,來推導出電磁波方程式。由於這導引將電學、磁學和光學聯結成一個統一理論。這創舉現在已被物理學術界公認為物理學史的重大里程碑。 這篇論文明確地闡明,能量儲存於電磁場內。因此,它在歷史上首先建立了場論的基礎概念。.

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電磁場的數學表述

在電磁學裏,有幾種電磁場的數學表述,這篇文章會講述其中三種表述。.

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電荷密度

在電磁學裏,電荷密度是一種度量,描述電荷分佈的密度。電荷密度又可以分類為線電荷密度、面電荷密度、體電荷密度。 假設電荷分佈於一條曲線或一根直棒子,則其線電荷密度是每單位長度的電荷密度,單位為庫侖/公尺 (coulomb/meter) 。假設電荷分佈於一個平面或一個物體的表面,則其面電荷密度是每單位面積的電荷密度,單位為庫侖/公尺2。假設電荷分佈於一個三維空間的某區域或物體內部,則其體電荷密度是每單位體積的電荷密度,單位為庫侖/公尺3。 由於在大自然裏,有兩種電荷,正電荷和負電荷,所以,電荷密度可能會是負值。電荷密度也可能會跟位置有關。特別注意,不要將電荷密度與電荷載子密度 (charge carrier density) 搞混了。 電荷密度與電荷載子的體積有關。例如,由於鋰陽離子的半徑比較小,它的體電荷密度大於鈉陽離子的體電荷密度。.

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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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電極化率

在電磁學裏,電介質因響應外電場的施加而極化的程度,可以用電極化率(electric susceptibility,\chi_e )來衡量。電極化率又可以用來計算物質的電容率。因此,電極化率會影響這物質內各種其它可能發生的現象,像電容器的電容、光波傳播於物質內部的光速等等。 對於均向性、線性、均勻的電介質,電極化率定義為 其中,\mathbf 是電場,\mathbf 是電極化強度,\varepsilon_0 是電常數。 由於電位移 \mathbf 定義為 所以,電位移與電場成正比: 其中,\varepsilon 是電容率。 定義相對電容率 \varepsilon_ 為電容率與電常數的比例: 那麼,一個電介質的電極化率與相對電容率的關係式為 在自由空間裏, 假若,電介質是各向异性的,則電極化率是一個二階張量。.

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連續性方程式

在物理學裏,連續性方程式(continuity equation)乃是描述守恆量傳輸行為的偏微分方程式。由於在各自適當條件下,質量、能量、動量、電荷等等,都是守恆量,很多種傳輸行為都可以用連續性方程式來描述。 連續性方程式乃是定域性的守恆定律方程式。與全域性的守恆定律相比,這種守恆定律比較強版。在本條目內的所有關於連續性方程式的範例都表達同樣的點子──在任意區域內某種守恆量總量的改變,等於從邊界進入或離去的數量;守恆量不能夠增加或減少,只能夠從某一個位置遷移到另外一個位置。 每一種連續性方程式都可以以積分形式表達(使用通量積分),描述任意有限區域內的守恆量;也可以以微分形式表達(使用散度算符),描述任意位置的守恆量。應用散度定理,可以從微分形式推導出積分形式,反之亦然。.

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極化性

在物理學裏,感受到外電場的作用,中性原子或分子會改變其正常電子雲形狀,衡量這改變的物理量稱為極化性(polarizability)。以方程式表達, 其中,\mathbf是由於電子雲形狀的改變而產生的電偶極矩,\alpha是極化性,\mathbf是外電場。 極化性的國際單位為:C\ m^2\ V^(库仑·米2·伏特-1)。而伏特單位可以表達為(請注意,方括弧內的符號代表單位,不代表物理量) 其中,\epsilon _0 是電常數。 所以,\alpha/(4\pi\epsilon_0)的單位是m^3,稱此常數為體積極化性。例如,氫氣的體積極化性是0.667 \text 10^ m^3或0.667 Å3。 極化性是個微觀量,它和相對電容率\epsilon_r的關係式,稱為克勞修斯-莫索提方程式: 其中,N是單位體積的原子數目。 前面定義的極化性\alpha是個純量,這意味著外電場只能產生與其平行的電偶極矩,也就是說,朝著\hat方向的電場只能造成朝著\hat方向的電偶極矩。但是,對於某些物質,朝著\hat方向的電場,也會造成朝著\hat方向或\hat方向的電偶極矩。這時候,極化性\alpha變為二階張量,必須用3 x 3 矩陣來描述。.

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比耶鲁姆长度

比耶鲁姆长度(Bjerrum length )是衡量介质极化程度的一种方法,定义为:在介电常数为 \epsilon_r 的介质中,距离为l_B 的两个基本电荷对之间的静电势能U(r) 等于无规热能 k_BT (或者距离l_B 的一摩尔基本电荷对之间的静电势能 U(r) 等于无规热能 RT )。 其中k_B为波尔兹曼常数,T为绝对温度,R氣體常數 是波茲曼常數 k 乘上阿伏伽德罗常數 NA。當使用摩爾數計算粒子數時,較常使用氣體常數。 比耶鲁姆长度以丹麦化学家的名字命名。比耶鲁姆长度是电解质体系、聚电解质体系和胶体分散系等中的一个很自然的尺度。 在国际单位制中,比耶鲁姆长度为 l_B.

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汤姆孙散射

物理学中,汤姆孙散射是指电磁辐射和一个自由带电粒子产生的弹性散射。入射电磁波的电场使粒子加速,从而激发粒子产生和入射波频率相同的辐射(散射波)。汤姆孙散射是康普顿散射在低能量区的近似。汤姆孙散射是等离子物理学中的一个重要现象,它首先由英国物理学家约瑟夫·汤姆孙解释。 只要粒子的运动是非相对论性的(即速度远小于光速),粒子加速的主要原因都来自入射波的电场分量,而磁场的作用可被忽略。粒子将会在电场振动的方向上开始运动,从而产生电磁偶极辐射。运动粒子在垂直於运动方向上的辐射最强,而辐射沿着粒子的运动方向产生偏振。从而,取决于观察者的位置,从一个小体元散射出的电磁波存在程度不同的偏振。.

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法拉第效应

在物理學,法拉第效应(又叫法拉第旋转)是一种磁光效应(magneto-optic effect),是在介質內光波與磁場的一種相互作用。法拉第效應會造成偏振平面的旋轉,這旋轉與磁場朝著光波傳播方向的分量呈線性正比關係。 於1845年,麥可·法拉第发现了法拉第效應。這是最先揭示光波和電磁現象之間關係的實驗證據。由於法拉第效應顯示出,在穿過介質時,偏振光波會因為外磁場的作用,轉變偏振的方向,因此,馬克士威認為磁場是一種旋轉現象。這效應給予馬克士威重要的啟發。在於1861年發表的巨作《論物理力線》第四部份,為了突顯出自己設計的「分子渦流模型」的威力,他應用這模型來推導出法拉第效應。在1870年代,詹姆斯·馬克士威進一步發展出電磁輻射(包括可見光)的基礎理論。大多數對於光波呈透明狀況的介質(包括液體),當感受到磁場作用時,會出現這種效應。 法拉第效應會使得左旋圓偏振光波與右旋圓偏振光波各自以不同的速度傳播於某些介質,這性質稱為圓雙折射。由於線性偏振可以分解為兩個圓偏振部份的疊加,而這兩個圓偏振部份之間的振幅相同、螺旋性(helicity)不同、相位不同,法拉第效應所感應出的相對的相移,會造成線性偏振取向的旋轉。 法拉第效應可以應用於測量儀器。例如,法拉第效應被用於測量旋光度、或光波的振幅調變、或磁場的遙感。在自旋電子學裏,法拉第效應被用於研究半導體內部的電子自旋的極化。(Faraday rotator) 可以用於光波的調幅,是光隔離器與(optical circulator)的基礎組件,在光通訊與其它激光領域必備組件。.

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洛伦兹-亥维赛单位制

洛伦兹-亥维赛单位制(或称亥维赛-洛伦兹单位制)是一种衍生自厘米-克-秒制的单位系统,主要用于电磁学领域。其得名于荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹与英国数学家奥利弗·亥维赛。与同是衍生自厘米-克-秒制的高斯单位制类似,在使用这种单位制时,电常数及磁常数并不在方程中出现,而是整合于相关的单位中。相对于国际单位制,洛伦兹-亥维赛单位制可以视作调整麦克斯韦方程组,归一与,转而在麦克斯韦方程组中使用光速的结果。 与国际单位制类似,洛伦兹-亥维赛单位制是有理化的,即在方程中不会出现系数。这一点与同是衍生自CGS制的高斯单位制不同。正是由于这一单位制是有理化的,其会特别符合量子场论的需求:在该理论所涉及的拉格朗日量中不会出现系数。同时,电荷、电磁场依据洛伦兹-亥维赛单位制所得到的定义也会由于系数而发生改变。洛伦兹-亥维赛单位制在弦论这样计算所涉及的空间维度大于三的情形中特别适用,并且还常用于狭义相对论计算。.

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普朗克單位制

普朗克單位制是一種計量單位制度,由德國物理學家馬克斯·普朗克最先提出,因此命名為普朗克單位制。這種單位制是自然單位制的一個實例,經過特別設計,使得某些基礎物理常數的值能夠簡化為1,這些基礎物理常數是.

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