问大家个电磁学问题。

atonement

为什么通常实现大功率器件用电流设备而不是电荷设备。

这里举例解释一下所谓的电荷设备，比如说，我有一个金属球，表面带有电荷，我旋转这个球体，球的边缘就会产生环形电流，有了电流就有了磁场，有了磁场就有了能量。一个高速旋转的带电体可以视为一块磁铁，可以做电磁铁用，可以想办法驱动马达。。等等。但是，为什么我们还是用了电流设备，也就是通电的导线来实现我们的电磁学目的？

我的认识就是电磁力太强导致带电体存电量不可能太多，太多了电压过高会对外放电。而小的带电量加上无法很快的旋转速度，是达不到导体中很多自由电子虽然缓慢运动的效果的。

据说标准答案是：能量密度正比于介电和介磁的倒数。

我对这个答案的解释也不是很懂，大家探讨一下。

电真空

国内大学所用的电磁学教材，一个是北大赵凯华，陈熙谋写的，一个是北师大梁灿斌写的，印象中没有涉及你提的这个问题。

大孔景元

李雨萌 发表于 2018-9-14 20:23
如果说带电金属球的旋转速度接近光速呢？

接近光速也不会有磁场，静电是相对的，无论这个金属球是对大地而言带静电，或者是一半带正电一半带负电，也不论如何旋转，都不会引起磁场扰动

静电想要产生磁场，只能是两个相对的带电体之间的距离发生变化，比如一个金属球对大地而言带静电，只有这个金属球高速冲向地面或高速远离地球时才有可能引起磁场扰动

大孔景元

静电，“静”字意思就是不会动，再怎么旋转也没有磁场，无需讨论

飞蟾

“电荷设备”？啥叫电荷设备？拥有大量电荷的就叫电荷设备？那么各种电源都是电荷设备，随便一节干电池都具有比你那金属球多得多的电荷。问题是电荷再多，静止不动有什么用？电荷一旦移动起来，那就又回到你说的“电流设备”了不是。
所以这个帖子就是个伪命题。水库里蓄的水有重力势能吧？但要是不让这些水流动起来，那就啥用都没有。归根到底，电能也好，磁能也好，其他什么能也好，不做功的话，毫无意义。把电荷固定起来能做功吗？不能，所以讨论这个问题纯属扯淡。

washu

大孔景元 发表于 2018-9-16 22:22
...静电，“静”字意思就是不会动，再怎么旋转也没有磁场，无需讨论

扯的太远了，一个金属球，是导电的金属球，不管带什么电，每一块表面电压电势都是相同的，转与不转没有区别
电流是从高到低的，没有势差就没有电流

电流有三种，传导电流（金属、电解液等载流体），位移电流（真空、陶瓷、云母、聚丙烯等电介质）和运流电流。

你说的电流叫做传导电流，它是载流体内电荷在电场力作用下定向移动产生的，比如金属、电池电解液、电离的空气等等，因为它就是电荷受电场力运动产生，所以电流方向受电场力方向制约。

除了传导电流还有另外两种形式的电流，即位移电流和运流电流。位移电流是存在于电介质中的电流，一个交变电场加在电容器两端，有电流通过电容器，可是有电子或别的电荷通过了电容器电介质吗？没有。所以，电流不一定有电荷移动。

运流电流则是电荷在非载流体内定向移动产生的，它可以是电场力使得电荷运动比如电子管中的电子束，它和传导电流有相同方向；也可以是其它力使电荷运动，比如太阳风、α和β核裂变，甚至带电的雷雨云被风吹动，也同样产生运流电流，非电场力形成的运流电流不受你说的约束。

运流电流和传导电流一样产生磁场，也就是说带静电的物体旋转一样产生磁场，这个现象由大米物理学家 Henry Augustus Rowland 百年前实验证明，也是行星磁场来源的重要解释之一。

washu

atonement 发表于 2018-9-15 10:55
，这可不是我的想法，别人希望这样产生大磁场，我一开始也觉得不太可信，理由和你的一样。但 ...

为什么不行，因为通常的电介质材料 ε 不大，或者和 ε0 比不大，大一个数量级就很了不起。通常铁磁材料的 μ 很大，和 μ0 比起码大三、四个数量级

btw. “能量密度正比于介电和介磁的倒数”是什么鬼，你列出静电场能量密度和磁场能量密度看看，还有啥是介磁？μ？

量子隧道

changwanren 发表于 2018-9-16 20:14
我的理解是高速旋转的带电体，既没有电流也不会产生磁场。带电和导电是两回事，宏观和微观是两回事。带电体 ...

你说的不对。电流是电荷的定向移动。带电体动起来，上边的电荷必然跟着动起来。必然产生电流。而且，也必然产生磁场。
只是，在工程上，有更经济的制造电流的手段（用电池的化学力或磁场的洛伦兹力驱动导体上的电荷动）。但楼主说的转动带电体可以产生电流的说法毫无疑问是对的。

电真空

atonement 发表于 2018-9-15 09:24
我猜你也是大学物理老师？

如果是大学招收研究生的面试那就不奇怪了，会问学生一些稀奇古怪冷门问题的。我本科学得一般，毕业以后家里父母年纪也大了，经常生病，就没有再考研究生，现在给中学生做理科补习。

电真空

你把你用的教材说一下。教材出这样的习题绝对不是无缘无故的，前面都有铺垫。矿坛熟悉电子技术的人很多，但深入系统地了解电磁学，电动力学知识的人很少。有些人甚至高中物理知识都不过关。问学术问题，要去小木虫，知乎……

姜尚

理论太高深， 我也不懂， 只知道   电流可控，可恒定，   带电体 所带电量不知道可不可控！

xiaocake1

反问你个问题，你用什么办法让带电荷的球转起来，转动需要的能量从哪儿来？

渔翁音乐

xiaocake1 发表于 2018-9-14 11:29
反问你个问题，你用什么办法让带电荷的球转起来，转动需要的能量从哪儿来？

需要解决的问题，再着带电球的能量太小了，没有实际利用价值。

yngz

我认为是存在金属这种极其优良的电流的载体，绝缘体与导体的导电性能差别极其巨大，电流可以几乎完全约束在导体中流动，泄漏到导体之外中的电流极少。
对于“电荷设备”就没有这么好的条件了。绝缘体可以摩擦起电，产生静电荷，但也很容易通过空气泄漏掉。
在电荷设备中，缺少永久磁铁那样可以永久的保持大量静电荷的材料，不然就可以根据电荷的相吸相斥的作用，制作出静电电动机了。现在电动机都是通过磁极的相吸相斥的原理制作的。

李雨萌

大孔景元 发表于 2018-9-14 19:34
静电，“静”字意思就是不会动，再怎么旋转也没有磁场，无需讨论

如果说带电金属球的旋转速度接近光速呢？

johny05

“我旋转这个球体，球的边缘就会产生环形电流，有了电流就有了磁场，有了磁场就有了能量。”

这是从哪得出的结论？怎么证明？

北极兵

李雨萌 发表于 2018-9-14 20:23
如果说带电金属球的旋转速度接近光速呢？

这只是假设，目前人们用尽洪荒之力也未能让机械运动达到光速的百万分之一。而很小的电位差就能让电子在导体中流动。有了自来水谁还会伸长舌头去接树叶上滴下的露珠呢？