電學能以某個實際的 非微觀的模型模擬嗎?

時間 2021-05-29 22:20:26

1樓:victor 賈

最早歐姆定律就是模擬與傅利葉傳導定律來derive的,才有了電位差,電阻,電流這些最fundamental 的definition

2樓:

我倒是讀過麥克斯韋的《電磁通論》,書中麥氏對於電流的想法就是用理想不可壓縮的流體模擬的。原因是它們都遵照某個守恆,乙個電荷守恆,乙個質量守恆。不過麥氏的暢想到此結束。

因為他沒法把流體的其它性質用在電流上。

而且對於介質來說,其極化現象不能與流體模擬,於是這個想法僅僅是開端,連理論能應用這個標準都沒達到

這也就是後來麥氏會選擇場的原因,當時人們有兩套理論,乙個是流體模擬還有乙個就是法拉第的"力線"設想。這也就是麥克斯韋偉大,天才的地方之一。

注意,其實有巨集觀電磁學與"微觀"電磁學之分。在研究介質中常有一句"巨集觀小,微觀大"。因為介質中的麥氏方程化簡中要用上高斯定理與斯托克斯定理,但極化電荷約電偶極子是有大小的。

故導致介質中麥氏方程有細微偏差。詳細內容就不好說了,朗道的第八卷《連續介質電動力學》,或者Jackson的《經典電動力學》書中有。國內本科電動力學中並不講這個內容

總而言之,物體具有類似性質是普遍的,找到合適理論才是關鍵

看了其它答主的回答,其實我說的是基礎理論,如果是某些應用層面的話,不涉及電流與流體不同性質的話,是可以考慮用流體的性質模擬的。

3樓:光子的傳說

麥克斯韋方程組足夠解決巨集觀所有電磁現象

狄拉克方程可以解釋微觀的電磁現象,量子電動力學也在不斷發展

理論是不斷發展的,所有用來解釋物理現象的數學公式都是模型

4樓:盧健龍

我發現 @Patrick Zhang 不僅對電磁學的理解很膚淺,而且就連對保守場這種基礎概念的理解也是錯的。

比如 @Patrick Zhang 在其回答中所說的:

在點電荷的基本模型中,我們學過乙個很基本的知識:取乙個點電荷q,設想我們對它施加乙個力,讓它在另乙個點電荷Q產生的電場中按任意路徑環繞一周,則外施力對此點電荷q所做的功為零。

我們拿乙個小石頭,在空中按任意路徑環繞一周,則我們對此小石頭在重力場中所做的功為零。

物理學告訴我們,滿足上述條件的場叫做保守場。

完全是錯誤的。

在從做功的角度論證乙個場是保守場的時候,對在場中沿閉合路徑運動的物體做功的主體是場本身,而不是人(實驗者)。換句話說,重力場之所以是保守場,是因為任何物體在重力場中沿閉合路徑運動完整一周的過程中重力場對這個物體所做的總功為零

另一方面,當我們對保守場中的乙個物體施加作用力(比如在重力場中拿著石頭)使得該物體沿著閉合路徑運動完整一周時,我們對該物體所做的功並不一定為零。乙個例子就是重力場中的石頭在被拿著移動過乙個完整的閉合路徑回到出發點後的動能可以不等於一開始出發時的動能,在這種情況下,我們對物體所做的功就不等於零。保守場對在其中沿閉合路徑運動一周的物體做功則必定為零,與初始條件和末尾條件無關。

回到題主的問題。模擬的思想在物理學中非常常見,對於電路來說,用流體來模擬確實是可行的,這種模擬就是所謂的electronic-hydraulic analogy:

但對於這個模擬要注意兩點:

1. 物理學中的模擬都是有明顯的侷限性的,不能無限外推到所有的性質。這也是我們將其稱為「模擬」(analogy)而不是「對偶」(correspondence)的原因。

2.水力與電路的模擬流體力學與電動力學的模擬是很不相同的兩回事。

回答發出後半小時更新:

@Patrick Zhang 的回答剛剛被標記為『可能存在事實錯誤』。知乎小管家很盡職

5樓:楊光

電流的本質是電荷的漂移運動,在多孔介質中流動的流體也是類似的漂移運動。做流電比擬的比較少吧……清華大學過增元院士倒是用熱電比擬發展了一套(火積)理論。有興趣可以看看。

6樓:林川

用水流比喻電流只是對初學者建立電流概念時的一種非科學性的模擬方法之一。二者之間性質完全不同,僅僅是在「有某種物質在乙個規定的路徑上通過」這一相似的表面現象進行模擬。學習物理不能只停留於對看得見摸得著的現象的認識,要從物理過程的實質、機理去理解。

7樓:三板斧的程咬金

電壓就是水壓,電阻就是水流裡的那些石頭,電感是給水流增加了質量。很多原理都是相通的。看固體物理。當然有些地方又是有差別的。畢竟世界上沒有完全相同的兩片葉子嘛!

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