磁场能否跟随磁铁一起平动？

当一个磁铁平动的时候，它的磁力线是否跟随它一起移动？
这个看似愚蠢的问题，也许并不那么简单。在琢磨多年以后，终于有了一些新的认识，提出来与大家一起讨论。欢迎拍砖，请别见笑。

以前，我曾经在知识版讨论过“磁场是否能跟随磁铁一起转动”， 现在讨论“磁场是否能跟随磁铁一起平动”。

我们画了一幅动画显示我们的认识。
也可以直接点击以下链接：
http://www.pulsar2.com/field%20film_2.htm

原来是这样......

1# 愚石

磁力线是为了讨论问题方便画的，并不真正存在。

对磁场本身，对非均匀磁场，一起平动是显然的；均匀磁场，没仔细研究过，但感觉认为动与不动至少在经典观点下是等价的，反正磁场都不变。

只要理解了楼主原帖中的图5，后面的都是它的合理外推。

不过，楼主在图5的叙述中是否有误，极化貌似与偏振相关，好像不是这么叙述的吧。我这些概念一时也有点搞不清了，我想合理的说法该是在图5的情形下，由于磁场是不旋转的，其中的固定导体是不会产生感生电动势的；而导体插入磁场这个行为本身难道不会被感应？
也许我基本概念错误了，如果是这样，请大家指出错误所在。

1# 愚石  

磁力线是为了讨论问题方便画的，并不真正存在。

对磁场本身，对非均匀磁场，一起平动是显然的；均匀磁场，没仔细研究过，但感觉认为动与不动至少在经典观点下是等价的，反正磁场都不变。 ...
positron 发表于 2009-9-23 09:12

                               
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“磁力线是为了讨论问题方便画的，并不真正存在。” 我完全同意。

但是即使对于非均匀磁场，也应该认为是“磁场随磁铁的移动而发生强度的时变”，而不应该是“磁场随磁铁的移动而平动”。当认为是时变的时候，得到的结果与麦克斯韦方程是兼容的，等价的。如果认为是平动，就不能等价。

实际上，磁力线动与不动在经典观点下并不是等价的。按照时变的观点，空间各点磁场发生变化产生的感生电场需要经过一段时间的延时，才能让磁场内的电荷受到感生电场的作用力。而如果认为磁力线移动，就推演不出这种时间延迟，因此说两者是不等效的。

只要理解了楼主原帖中的图5，后面的都是它的合理外推。

不过，楼主在图5的叙述中是否有误，极化貌似与偏振相关，好像不是这么叙述的吧。
gohomeman1 发表于 2009-9-23 09:45

                               
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在图5中，我所说的“极化”是指导体中的电荷分离现象，即下图中的导体A和B内部发生的现象。与电磁波的极化、偏振无关。

                               
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那个词是否该称为“电极化”？如玉石兄所言，图3中，虽然磁铁在旋转，但磁场根本没有任何变化，所以在导体A、B中没有任何感生电动势，自由电荷也不会有任何运动。同时基于上述原因，表征磁场的假想磁力线自然也没有变化，当然不能认为磁力线跟着转了。这点我完全认同啊。
我想说的是另一句话，就是导体插入磁场的问题，我是否说错了。

关于磁场是否跟着平动，我本来的观点是与正电子完全相同的。但是，玉石兄指出这样的理解有问题。
我想问一下，均匀磁场与一个磁铁的普通磁场没有本质区别吧。假如我们把这个均匀磁场问题一直延伸到两块磁铁的边缘，在那里磁场已经非均匀。那么，玉石兄是否认为存在一个突变区，磁场从平动转为不平动了？还是对于普通的单磁铁磁场，平动理解也是不准确的？

我想问一下，均匀磁场与一个磁铁的普通磁场没有本质区别吧。假如我们把这个均匀磁场问题一直延伸到两块磁铁的边缘，在那里磁场已经非均匀。那么，玉石兄是否认为存在一个突变区，磁场从平动转为不平动了？还是对于普通的单磁铁磁场，平动理解也是不准确的？gohomeman1 发表于 2009-9-23 11:40

                               
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我的观点是，无论是均匀的磁场还是非均匀的磁场，都不会跟随磁铁一起平动。
只有在两种条件下，才可以用“磁力线的运动”来解释电磁问题：
1、磁场在运动的方向上有梯度（或者有边界）；并且
2、电磁波的传播时间可以忽略，即只需要近似考虑问题。

如果不能满足以上两个条件，就必须放弃磁力线运动的念头，回到“时变磁场”的严格方法上来。

由于磁铁绕其磁轴转动时，磁场在圆周方向上没有梯度（或边界），不能满足以上的第一条，所以，磁力线跟随磁铁转动的观点是永远错误的。

但是即使对于非均匀磁场，也应该认为是“磁场随磁铁的移动而发生强度的时变”，而不应该是“磁场随磁铁的移动而平动”。当认为是时变的时候，得到的结果与麦克斯韦方程是兼容的，等价的。如果认为是平动，就不能等价。
愚石 发表于 2009-9-23 09:53

                               
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我想我理解你的时变与平动的区别。不过很遗憾，我没有去专门学习过电动力学的相关部分，我不清楚你这里的与麦氏方程兼容、等价与否是怎么推出来的，不敢过多置评。

不过，从直觉角度，我感觉是等价的。平动后，不管磁场是怎么变的，其结果是一样的，表现为物理上是一样的，两者会有相同的拉式量，不过，因为在相同拉式量的情况下电磁场 A 的不确定，可能会引起相关观点的不同，有些观点（或规范）是会得不到正确的结果。

实际上，在麦克斯韦的框架下，要描述一个磁场，只要给出空间所有位置的场强（包括大小和方向）的时变方程就足够了，并不需要再为磁场附加一个速度场。也就是说，“磁场的速度”是没有意义的。当然，电磁波的速度（光速）是有意义的，但是它跟磁铁的移动速度毫不相干。

开始学习电磁知识的时候，我们会学习用“磁力线”解决问题。实际上，磁力线只是一种形象化的解决问题的方法，在学过麦克斯韦方程以后，磁力线的概念就是可有可无的东西了。如果我们要继续使用磁力线的概念，必须要知道它在什么情况下与麦克斯韦方程是等效的，什么情况下是不等效的。我觉得，我在9#楼提出的两个条件，解决了这个问题。

11# 愚石 这个问题要回到初中去分析了。理解3大定则了就摸到了门。---注意，是。。。。导体切割磁力线。。。。老师会告诉你，均匀磁场不平动，不要用相对运动。。。。。。
当年，初中时。许多同学[几乎所有的]在这里丢分---比如滑轨问题。我把它推广到转动，想出了水银问题。可惜没考。到高中时。有了棱茨定律，就规避了这个磁场相对运动的高难点，高中磁场就容易多了。
最近家里有事，以后再和你讨论了。
后来才知道，这个问题非常复杂，关系到哲学，物理学，非线性科学等。。。一下是和你讲不清楚的。
我建议，一般的学生要尽量用磁通来判断，3大定则用好比较难的。