关于运动电荷产生磁场的分析

摘 要：本文论述了运动电荷产生磁场的原因，即传导电流和位移电流。同时本文末还简单提及了高中生在这方面容易忽略的问题。

关键词：传导电流；位移电流

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2007)6(S)-0041-2

变化的电场能够在周围的空间产生磁场是麦克斯韦电磁场理论的第一个要点，也是麦克斯韦对电磁场理论最主要的贡献。不少教科书和教师在讲解这一论点时引用“运动电荷产生磁场”来加以说明。他们认为：“一个静止的电荷，它产生的是静电场，即空间各点的电场强度不随时间而改变。这个电荷一旦运动起来，电场就发生变化。另一方面运动电荷要产生磁场，用场的观点来分析这个问题，认为：这个磁场是由变化的电场产生的。”其实，运动电荷产生磁场可以从两个方面来理解。

第一、“运动电荷要产生磁场”理解为电荷运动形成电流(传导电流），这个电流要产生磁场。但是按照这种理解，这个电场是由传导电流产生的，而不是由“位移电流”产生的，即不是由变化的电场产生的，这样他们可能得出错误论断。

第二、从另一个方面来理解“运动电荷要产生磁场”这句话。电荷运动时，会引起观测点与运动电荷之间的距离发生变化。由点电荷的场强公式可得，观测点的场强E变化，则在观测点周围空间会产生磁场，并且由电动力学有关知识，这个磁场等于电场E的变化率。由于电荷的运动是复杂的，这个电荷产生的电场和磁场是非常复杂的，要用电动力学的方法才能处理，一般中学生不可能理解到这一层次，而且这时在运动电荷产生的磁场中，既有由变化的电场产生的，也有由传导电流产生的，到底哪一部分主要，要视电荷的运动情况及观测点的位置而定。在电荷附近(近场区)磁场主要靠传导电流产生。所以不能简单地认为“这个磁场是由变化的电场产生的”。

综上分析，用一个运动电荷产生磁场为例来说明电磁场理论的第二个要点是欠妥的，其结论“这个磁场是由变化的电场产生的”是不对的。值得指出的是，麦克斯韦电磁场理论的第二个要点包含着深刻而新颖的思想，在相当长的一段时间内难以为物理学家们所接受，直到25年之后，赫兹用实验证实了电磁波的存在，从而证明麦克斯韦电磁场理论的正确性，这个理论才得到人们的普遍承认。可见，“变化的电场能够在周围空间产生磁场”这一假说并非能用一个例子来加以形象说明。

在高中阶段讲麦克斯韦电磁场理论的第二个要点时，可以简要地给出麦克斯韦的假说，而不要企图找什么形象的例子来说明。倒是有必要向学生强调：电流和变化的电场是产生磁场的两种途径。

我们在教学过程中，曾遇到过学生问“当稳恒电流通过直导线时，周围空间的电场是稳定的，即电场不随时间变化，但周围空间却产生了磁场。这不是与老师讲的‘变化的电场产生磁场’相矛盾吗？”确实，当稳恒电流通过长直导线时，在电流附近的观测点的电场E达到一个动态的平衡，它不随时间而变化，但是也在直导线附近产生了磁场。很明显，这个磁场是由传导电流产生的。这说明学生误以为要产生磁场，或者说，学生学习了变化的电场能够在周围空间产生磁场的同时，却忘记了电流是产生磁场的基本途径。

参考文献：

［1］郭硕鸿.《电动力学》

［2］人民教育出版社.高二年级《物理》（必修加送修）