电与磁的关系

这两种现象共同构成了电磁学的基础

一个简单的电磁体展示了电和磁是如何连接的。

电和磁是与电磁力相关的独立而又相互关联的现象。它们共同构成了电磁学这一重要物理学科的基础。可以有电场而没有磁场，反之亦然。但是，移动的电荷总是具有相关的磁场，而永磁体具有磁场而没有电流。

要点：电和磁

电和磁是由电磁力产生的两种相关现象。它们一起形成电磁力。移动的电荷产生磁场。磁场感应电荷运动，产生电流。在电磁波中，电场和磁场彼此垂直。

除了重力引起的行为外，日常生活中几乎所有发生的事情都源于电磁力。它负责原子之间的相互作用以及物质和能量之间的流动。其他基本力是弱核力和强核力，它们控制放射性衰变和原子核的形成。

由于电和磁非常重要，因此最好从基本了解它们是什么以及它们如何工作开始。

电的基本原理

电是与静止或移动电荷相关的现象。电荷源可以是基本粒子、电子（带负电荷）、质子（带正电荷）、离子或任何正负电荷不平衡的较大物体。正电荷和负电荷相互吸引（例如，质子被电子吸引），而同种电荷相互排斥（例如，质子排斥其他质子，电子排斥其他电子）。

常见的电示例包括闪电、来自插座或电池的电流以及静电。常见的电的SI 单位包括电流的安培 (A)、电荷的库仑 (C)、电势差的伏特 (V)、电阻的欧姆 (Ω) 和功率的瓦特 (W)。静止的点电荷具有电场，但如果电荷运动，它也会产生磁场。

磁性的基本原理

磁性被定义为移动电荷产生的物理现象。此外，磁场可以感应带电粒子移动，产生电流。电磁波（例如光）同时具有电和磁成分。波的两个分量沿相同方向传播，但彼此成直角（90 度）。

与电一样，磁力在物体之间产生吸引力和排斥力。虽然电基于正电荷和负电荷，但不存在已知的磁单极子。任何磁性粒子或物体都有“北极”和“南极”，其方向基于地球磁场的方向。磁铁的同极相互排斥（例如，北极排斥北极），而异极相互吸引（北极和南极相互吸引）。

常见的磁性示例包括指南针对地球磁场的反应、条形磁铁的吸引和排斥以及电磁体周围的磁场。然而，每个移动的电荷都有一个磁场，因此原子的轨道电子会产生一个磁场；存在与电源线相关的磁场；硬盘和扬声器依靠磁场来发挥作用。磁性的关键 SI 单位包括表示磁通密度的特斯拉 (T)、表示磁通量的韦伯 (Wb)、表示磁场强度的安培每米 (A/m) 和表示电感的亨利 (H)。

电磁学的基本原理

电磁学一词来自希腊语elektron（意思是“琥珀”）和Magnesis lithos（意思是“镁石”，这是一种磁性铁矿石）的组合。古希腊人熟悉电和磁，但认为它们是两种不同的现象。

直到詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (James Clerk Maxwell) 于 1873 年发表《电与磁论》时，人们才对电磁学 关系进行了描述。麦克斯韦的著作包括 20 个著名的方程，这些方程后来被简化为四个偏微分方程。方程所表示的基本概念如下：

同电荷相斥，异电荷相吸。吸引力或排斥力与它们之间的距离的平方成反比。磁极总是以南北对的形式存在。同类相斥，异类相吸。电线中的电流会在电线周围产生磁场。磁场方向（顺时针或逆时针）取决于电流方向。这就是“右手定则”，如果您的拇指指向当前方向，则磁场的方向将遵循您右手的手指。将线圈移向或远离磁场会在导线中感应出电流。电流的方向取决于运动的方向。

麦克斯韦的理论与牛顿力学相矛盾，但实验证明了麦克斯韦方程组。这场冲突最终由爱因斯坦的狭义相对论解决。