電磁動量問題研究

摘 要：本文涉及的麥克斯韋方程組、坡印亭定理、安培環路定律，電磁與電荷系統動量守恒定律以及能量守恒等諸多理論知識，主要采用對比的方法探討了電磁波理論的力學特性，并給出了電磁波力學新的方法和思路，表明了電磁動量能夠向系統沖量進行轉化，對于開展宇航動力理論研究具有實用價值。

關鍵詞：物理學 電磁力學 電磁動量 宇航動力

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）04（b）-0159-02

眾所周知，物理學是以實驗為基礎的一門科學，其崇尚理性并非常注重邏輯推理。因為自然界不會主動告訴我們其本質規律與內在聯系，因此，這門科學也充滿了想象力，需要我們不斷去洞察和思考。實踐證明，通過物理學的研究，所發現和形成的基本概念、基本理論、實驗方法、精密測試技術等，如今已被其他學科廣泛得以推廣應用，發揮著巨大的價值。其不僅使人類更加理性地認識我們生活的物質世界，推動了科學技術的革命與創新，同時對于人類物質世界的繁榮以及人類社會的文明與進步，也起到了十分重要的推動和促進作用。

電磁作為特殊物質之一，其與其他物質同樣存有能量，且可以與其他物質實現能量的轉換，符合能量與動量守恒規律，本文重點對這一內容進行了探討研究，即主要通過電磁與帶電系統之間發生相互作用，以及電磁能量與系統機械能的相互轉換作用，有效證明電磁動量能夠轉化成帶電體系統沖量，例如火箭的反沖過程，并且提出了該理論在航天航空、宇航動力學上的實用價值。

1 通過帶電系統與電磁波組成體系模型，驗證系統的總動量守恒規律

物質系統與電磁波之間的相互作用，大致可以歸納為如下四個類型。

1.1 光電效應

主要指光子與束縛電子之間發生作用，其中金屬中的束縛電子完全吸收了光子的hv，讓e成為一個自由電子從金屬表面得以逸出。由于e吸收了光子的全部能量從金屬表面脫離出來，因此能量是守恒的，系統的總動量也是守恒的。

1.2 康普頓效應

其大致相當于是光子與自由電子之間發生作用，此時自由電子只吸收了光子能量中的一部分，就是光子能量失去的這部分，使飛行方向發生了偏轉。在康普頓效應中，e與光子彈性碰撞，因此能量與動量是守恒的。

如果光子與外層電子發生碰撞時，其中光子的部分能量會傳遞給了電子，此時散射光子的能量會減少，導致散射光波長比入射光波長大，而反沖電子動能與光子能量之差相等。由此可證，微觀粒子在發生相互作用時，是遵循動量、能量守恒定律的。

通過觀察我們發生，反沖電子受到的沖量（力）為光子傳遞（光量子）動量，這時的作用力與牛頓第三定律并不相符。

1.3 黑體輻射

光子能夠被物質發射或者吸收，在此過程中，是遵守動量、能量守恒定律的。

1.4 電磁感應

帶電系統與電磁波共同組成了電磁體系，帶電系統與電磁波能夠進行能量和動量的交換，在單位時間內如果帶電系統動量增加，則與電磁波動量輸入相等。電磁波能量由發信天線輻射而出，之后沿著各個方向向前進行傳播。如果在交變電磁波中置入一條導線，因磁力線會對導線進行切割，會在導線兩端激勵產生交變電壓，即電動勢，它的頻率和發信頻率是相同的。當導線處于閉合狀態時，會產生感應電流。流入帶電系統的電磁動量之于帶電系統所作的功率可用公式表示為：

以下針對我們針對電磁波與帶電系統的相互作用，通過動力學方法進行探索分析。換句話說，即研究電磁波之于帶電系統在宏觀運動時的受力情況，其中的關鍵是對電磁能量、動量傳遞的研究。電磁波之于帶電系統的作用遵守能量、動量守恒規律，此時的帶電系統所受沖量（力）為電磁波傳遞動量，然而帶電系統中電子所受作用力與牛頓第三定律并不相符。

2 電磁能量的傳播

通過麥克斯韋方程組可以表明：電場變化會使其周圍空間有磁場產生，該磁場會環繞變化電場進行閉合，而磁場變化同樣會使其周圍空間有電場產生，該電場同樣會環繞變化磁場進行閉合。因此，交變電場與交變磁場之間就會形成一個互相耦連的、不間斷的、旋渦狀的電磁場整體。當該電磁場由空間的某一點開始后，即會逐點相鄰地按照恒定速度C向外進行傳播。如此傳播下去就會形成電磁波。對于已經發射出去的電磁波來說，就是在激發場源消失的情況下，其仍會繼續存在和向前進行傳播。因此，電磁能夠與電荷和電流相脫離，單獨存在的，通常按照波形進行運動。電磁能量在電磁場里是以體能密度來定域的。電磁場在空間里按照確定的速度進行傳播。有實驗可證，當觀測點處于發射源較遠距離時，需要經常一段時間，觀測點才能收到場源發射過來的電磁波信號，這就表明電磁波傳播是要經常一定時間才能完成的；電磁波是有能量的。電動力學研究表明，平面正弦電磁波能量的傳播速度也即電磁波（相位）的傳播速度（大小和方向）。可見，在單位時間內流過垂直于傳播方向單位面積的能量應該是：

當電磁波傳播的同時，電磁能量也隨之進行傳播。某一空間點上電磁場的能量密度（單位體積內電磁場的能量）應該是：電磁波的能流密度矢量。

大小—— 在單位時間內通過垂直于傳播方向的單位面積的能量；方向—— 電磁波的傳播方向。

針對電磁場而言，我們從力、能角度探討研究，可以分別得到兩個物理量（表征電磁場性質），應當從能量角度揭示出物理現象的本質：例如，在電場中電勢能與重力勢能、粒子動能之間的轉換，電路中電能、化學能、內能之間的轉換，磁現象電本質其實就是運動電子所產生的磁場，而電磁感應現象的本質就是能量轉化和能量守恒，麥克斯韋電磁場理論就是以能量轉化和能量守恒為本質依據的，電磁波傳播的本質就是傳播能量與動量，電磁振蕩的本質就是電場能和磁場能之間的相互轉化和能量守恒，以上表明電磁波不僅傳播能量，同時還傳播動量，以下探討電磁波的傳播動量問題。

3 電磁波之于帶電系統的作用

該式也表明了系統中的電子所受作用力的原因，其與牛頓第三定律并不相符，具體表現在帶電系統之于電磁波能量和動量的接受（感應電流）。我們若應用該作用力讓系統在外太空做定向運動，就能夠為航天航空、航天動力提供一種新的設計方案，其在航天航空和宇航動力方面具有很廣的實用價值。

4 結語

針對本文帶電系統的討論，都是在能量守恒定理、動量守恒規律基礎上進行的，如果是非純電阻電路系統，則：電功=電熱+電路中轉化成的其他形式的能，如果系統電路里有電流通過，電能就會轉化為其他形式的能，發生物理變化。帶電系統中的電流通過用電器作功（電場力移動，電荷作正功），電能會轉化成其他形式的能。非純電阻電路中，電功W>電熱Q。該系統中，因有電磁波輸入，帶電系統電路里的電功會有部分產生電熱，其他部分轉變為機械功。即W=E機+Q。具體而言就是：

參考文獻

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