覃耀南

（渤海大學(xué)，遼寧 錦州121000）

人類生活的物質(zhì)空間中真實(shí)存在著電磁場這種物質(zhì)，它是在現(xiàn)實(shí)生活中若隱若現(xiàn)的，并且?guī)в幸恍┨厥怆姶判阅艿囊环N物質(zhì)。電磁場存在著，那么電磁場能量守恒就有存在的前提。電子能量守恒規(guī)律形成空間是空間電磁場內(nèi)部，形成具備的條件是通過各種能量之間相互轉(zhuǎn)化，簡而言之，是一種存在于電磁場內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)在具有個(gè)性的同時(shí)也有共性特點(diǎn)，表現(xiàn)為其他能量之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。這里的個(gè)性指的是一個(gè)帶電的物體只能在電磁場中運(yùn)動(dòng)，共性為電磁場的運(yùn)動(dòng)不僅可以單獨(dú)在電磁場中運(yùn)動(dòng)，還和其他物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)中能相互轉(zhuǎn)化，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)化是能量在運(yùn)動(dòng)上的改變，所以我們稱它為能量轉(zhuǎn)化。

物理學(xué)家研究內(nèi)容就是能量在轉(zhuǎn)化的過程中需要改變自身的哪些特點(diǎn)，或需要遵循哪些定律。經(jīng)過大量的調(diào)查和長時(shí)間的研究，人們始終的認(rèn)為這些能量進(jìn)行任何形式的轉(zhuǎn)化，保持不變的是這些能量之間的總和，所以人們總結(jié)這些不變能量的原因和規(guī)律，并將其命名為能量守恒定律。本文研究的內(nèi)容就是運(yùn)用能量守恒和動(dòng)量守恒這兩大規(guī)律，研究分析帶電體不僅能在電磁場中旋轉(zhuǎn)，而且能保持勻速旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)中每個(gè)原理的過程都是經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算，以此保證結(jié)果的可靠性。

1 實(shí)例證明

電磁場能量守恒規(guī)律的分析過程十分復(fù)雜、難懂，為了保證整個(gè)過程的直觀性和生動(dòng)性，我們在分析電磁場能量守恒規(guī)律前向大家展現(xiàn)一個(gè)物理實(shí)例，以此進(jìn)一步理解電磁場能量守恒規(guī)律。物理實(shí)例條件：一個(gè)質(zhì)量均勻的且表面帶點(diǎn)的球殼，該球半徑設(shè)為r，假設(shè)球殼表面均勻分布電量，電量為q，從條件中我們提出兩個(gè)思考問題：一是通過設(shè)置，使這個(gè)帶點(diǎn)球在空間中進(jìn)行勻速地旋轉(zhuǎn)，并且以自身的垂直軸線為參考，將其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度設(shè)為ω，求這個(gè)點(diǎn)球殼內(nèi)部電磁場的電量是如何分布的；二是假設(shè)在某個(gè)時(shí)刻，在外力矩作用的條件下，帶電的球以α=Δω/Δt的角加速度繞著垂直中軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，考慮在這種速度下外力產(chǎn)生的力矩（外力矩）m會有多大，以及功率p數(shù)值的大小。

上面的物理實(shí)例要求帶點(diǎn)球質(zhì)量均勻，表面帶有的電荷在球殼內(nèi)部是均勻分布的，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后我們可得，球殼上的電偶極矩和電四極矩的矩?cái)?shù)都為零，所以在該實(shí)驗(yàn)中并不存在電四級和電偶極的影響，也就等于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生是在沒有電四級和電偶極的輻射條件下。假設(shè)使點(diǎn)球殼的角加速度α減小，小到不能減小的情況下，保持存在于球殼表面詞矩的速度居于一定的穩(wěn)定值，不計(jì)其磁偶略微輻射作用，并且在一次重新轉(zhuǎn)動(dòng)中流過的電流沒有推遲現(xiàn)象產(chǎn)生，電磁外表面的電荷能夠分布均勻。

2 角動(dòng)量守恒

電磁場中能量不是單一存在的，而是能量、動(dòng)量、角動(dòng)量各種相互存在，這些能量通過轉(zhuǎn)化，成為一種新型的原有能量，而電磁場的基本特性就是這些能量之間相互轉(zhuǎn)化。電磁場的研究中，角動(dòng)量在能量轉(zhuǎn)化中是最有研究價(jià)值的，所以人們將注意力轉(zhuǎn)移到角動(dòng)量能量轉(zhuǎn)化的研究上。下面就是人們通過原有電磁場內(nèi)部的能量理論基礎(chǔ)上對角動(dòng)量守恒規(guī)律做了分析。

2.1 無外力矩的角動(dòng)量守恒

2.2 有外力矩情況下的角動(dòng)量守恒

2.3 物理實(shí)例中角動(dòng)量分析

把無外力矩的公式中半徑進(jìn)行無限量的擴(kuò)大，使得其包含的區(qū)域無窮大，經(jīng)過擴(kuò)大可知角動(dòng)量守恒規(guī)律中無外力矩情況下，條件是當(dāng)曲面流過的角動(dòng)量為零時(shí)，帶電體在電磁場內(nèi)部擁有的力矩是改變率所提供的，這個(gè)改變率是角動(dòng)量的改變率，當(dāng)力矩的改變率大于零時(shí)，角動(dòng)量的變化率則小為零。角動(dòng)量守恒規(guī)律中有外力矩情況下，條件也是在去面流過的角動(dòng)量為零時(shí)，外力矩相當(dāng)于電磁場內(nèi)部帶電體系的電磁與機(jī)械角動(dòng)量改變率的和。從這兩大規(guī)律可知外力矩提供的角動(dòng)量發(fā)生在電磁場中，知道分析電磁場能量守恒的重要內(nèi)容是角動(dòng)量的研究。

3 能量守恒

3.1 無外力作用的電磁場能量守恒

3.2 有外力作用的電磁場能量守恒

根據(jù)無外力作用的電磁場能量守恒的公式，我們可知有外力作用的電磁場能量守恒公式是

3.3 電磁場能量守恒的實(shí)例分析

在能量密度為零的情況下，空間的電磁功率變化率決定著帶電體在空間電磁場中受到的電磁力矩。本文的物理實(shí)例中談到阻礙球殼運(yùn)動(dòng)是帶電體收到的電磁力矩，由此可知外力矩與球殼的電磁場能量所成正比，表達(dá)式為在空間電磁場內(nèi)部，一個(gè)能量密度為零的情況下，且外力作用的狀態(tài)下，外力作用產(chǎn)生的機(jī)械功率等于電磁功率，具體公式為能量守恒定律的結(jié)果與電磁場角動(dòng)量守恒公式推導(dǎo)出來的公式完全一樣，說明了在對同一物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，無論運(yùn)用電磁場內(nèi)部且運(yùn)用角動(dòng)量守恒還是動(dòng)量守恒規(guī)律，這兩者的結(jié)果是一致的。

4 總結(jié)

物理實(shí)例中根據(jù)點(diǎn)球內(nèi)部發(fā)生的角動(dòng)量守恒定律公式和動(dòng)量守恒規(guī)律的計(jì)算公式我們得出，在實(shí)驗(yàn)中電磁場內(nèi)部的角動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量守恒規(guī)律雖然在計(jì)算方式和實(shí)驗(yàn)過程是不同的，但是對物理實(shí)例中問題的結(jié)果卻是一致的。得知空間磁場中角動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量守恒定律在描述空間磁場內(nèi)部規(guī)律時(shí)，兩者雖有表現(xiàn)形式的差別，但其基本規(guī)律是一致的。本文的分析過程是通過空間電磁場角動(dòng)量守恒定律，進(jìn)一步證實(shí)電磁場內(nèi)部動(dòng)量守恒的正確性，為我們進(jìn)一步落實(shí)空間電磁場中動(dòng)量守恒分析物理現(xiàn)象的重要程度。希望此篇文章能夠給與物理研究者研究提供材料，為我國物理電磁場守恒研究做出貢獻(xiàn)。

［1］石金玲.基于傳輸線理論的開關(guān)電路能量守恒研究[D].華南理工大學(xué),2014.

［2］徐詩池.電磁場能量動(dòng)量守恒定律協(xié)變式的簡捷推導(dǎo)方法[J].上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011,03:46-49.

［3］韓曉霞.動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律的適用范圍研究[J].濟(jì)南職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2013,04:90-91+94.

［4］周峰.例談高中物理能量守恒定律[J].數(shù)理化學(xué)習(xí):高三版,2013,11:64.