下图为的平板电容器的电场模型图:
红线为正极电板,下面黑线为负极电板,蓝色带箭头线为电场。那么,这个电场是怎么扩散出去的呢?
我们很自然的想到在我们生活中,存在各种各样的扩散现象,比如水滴落到地面的扩散,不同密度的气体的扩散等等,这些扩散,都是基于一个基本理论基础,牛顿定律:F = M * A,在力的作用下对水分子或者气体分子产生加速度。扩散的快慢取决于力的大小及质量的大小。
我们试着从电荷的扩散角度解释电路问题,正极因为缺少电子而表现为正电荷,负极因为有过多的电子,而表现为负电荷。越靠近电容端,电荷密度越高,同种电荷相互排斥,相反电荷相互吸引,所以存在扩散基础,通过扩散电荷实现了电流。
以上这个解释,属于经典物理的解释,比较容易接受,实际上,这样的观点,也可以起很大的作用,起码让自己不惑,可以解释很多现象,比单纯的电路回路概念,提高了一个等级。因为这个扩散模型表达了信号是从源端到负载的过程,更接近电磁场理论了。常规的电路理论,脑子中,电子是从负极出来经过负载再回到正极,走一圈回去。
但是,以上的电荷扩散模型存在一个致命的逻辑错误,那就是,电荷,也就是电子存在质量,而我们都知道,信号的建立是光速,而要想达到光速,质量必须为零,所以,基于电荷的扩散模型,跟理论冲突,不符合实际。
那么这个模型中,那个东西是不存在质量的呢?那就是电场,电场是不存在质量的,所以具备达到光速的可能。但是又有一个逻辑问题,那就是,电场的质量为零,加速度应该是无限的,最终速度应该是无限的,为什么是光速定值呢?
我们再看物理学,有一个很有意思的现象,所有的公式,都是一个“等式”,自然界不存在“极点”,无穷大,那么既然电场的质量为零而导致加速度无穷大,速度无穷大,这个不符合自然界特点,所以,自然界必须引入另一个质量也为零的场,而这个场与电场的特性恰好相反以解决无穷大问题,这就是磁场,电场与磁场满足安培定律和法拉第定律,相互约束。
电场与磁场是一阴一阳,相生相克的,如同男女,相互支持,相互约束,以近20年为一代的速度繁衍生息,而电场与磁场呢,恰好以速度C向前推进的时候,电场与磁场取得平衡,可以理解为速度C就是电场与磁场推进的平衡点,这个很类似L、C谐振回路的谐振点,只是普通的L、C回路,电场和磁场分别约束在L与C中,能量在一个维度上来回震荡当电场能量最大时,磁场能量为0,当磁场能量最大时,电场能量为0,可以认为两者相位相差90度正交,而电磁场,电场与磁场分布在三维空间上,电场与磁场为90度正交场,运动方向在第三个维度上,因为空间上电场与磁场已经成正交90度了,所以运行时,两者同相位运行,同时最大,也同时最小,以正弦波的方式向前运行。
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原文标题:从扩散角度看电磁场
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