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你可能听说过电磁场这个词,它是一种无形无色的力场,可以影响我们周围的一切物体。比如,电磁场可以让指南针指向北方,可以让电灯发光,可以让手机收发信号,可以让微波炉加热食物,等等。电磁场在自然界和人类社会中都有着广泛的应用和重要的意义。
那么,物体是怎么发出电磁场的呢?要回答这个问题,我们需要从两个方面来考虑:一是物体里面的小小粒子是怎么动的,二是物体外面的电场或磁场是怎么变的。
物体里面的小小粒子是怎么动的
我们知道,物质是由原子和分子组成的,而原子和分子又是由带电的小小粒子(如电子、质子和中子)构成的。这些小小粒子在物质里面不断地动来动去,形成了电流和磁偶极子。电流就是移动的电荷,它会发出磁场;磁偶极子就是两个相反方向的微小磁极,它会发出磁场。因此,物体里面的小小粒子的动来动去,就是物体发出电磁场的一个重要原因。
不同的物质,其里面的小小粒子的动来动去的方式和强度也不同,因此,它们发出的电磁场也有所差异。例如,金属中的电子可以自由地在整个金属里面流动,形成了强大的电流和磁场;而绝缘体中的电子则被束缚在原子或分子中,只能在一定范围内振荡,形成了微弱的电流和磁场。还有一些物质,如铁、钴、镍等,它们的原子或分子有自己的磁偶极子,而且这些磁偶极子可以在外加磁场的作用下排列成一定的方向,形成了强烈的磁场。这些物质叫做铁磁性物质,它们可以制成永久磁铁或电磁铁。
物体外面的电场或磁场是怎么变的
除了物体里面的小小粒子的动来动去外,物体外面的电场或磁场的变来变去也会影响物体发出电磁场。根据麦克斯韦方程组,变来变去的电场会产生变来变去的磁场,变来变去的磁场会产生变来变去的电场。这样,就形成了传播于空间的电磁波,又叫光波。
当物体受到外面变来变去的电场或磁场的作用时,它会对这些电场或磁场产生反应。例如,当物体受到外面变来变去的电场的作用时,它会在表面或里面产生感应电荷,从而产生感应电场;当物体受到外面变来变去的磁场的作用时,它会在表面或里面产生感应电流,从而产生感应磁场。这些感应电场或磁场,就是物体对外面变来变去的电场或磁场的反馈,也是物体发出电磁场的另一个重要原因。
不同的物质,对外面变来变去的电场或磁场的反应能力也不同,因此,它们产生的感应电场或磁场也有所差异。例如,导体中的电子可以自由地移动,因此,它们对外面变来变去的电场或磁场的反应很强,可以产生很大的感应电荷或感应电流;而绝缘体中的电子则被束缚在原子或分子中,因此,它们对外面变来变去的电场或磁场的反应很弱,只能产生很小的感应电荷或感应电流。
还有一些物质,如铁磁性物质,它们对外面变来变去的磁场的反应很强,可以产生很大的感应磁偶极子。
物体是怎么发出电磁场的,主要有两个方面的原因:一是物体里面的小小粒子是怎么动的,二是物体外面的电场或磁场是怎么变的。这两个方面相互作用,共同决定了物体发出电磁场的性质和强度。不同的物质,由于其里面的结构和外面的环境的不同,发出的电磁场也有所不同。电磁场是物质与物质之间进行能量交换的一种方式,它在自然界和人类社会中都有着广泛的应用和重要的意义。