Каква е разликата между магнитен monopol и електричен monopol в отношение на техните полета

Разлики между магнитни моносоли и електрични моносоли във връзка с полетата

Магнитните и електричните моносоли са два важни понятия в електромагнетизма, които показват значителни разлики в своите полеви характеристики и поведение. По-долу е детайлно сравнение на тези два типа моносоли във връзка с техните полета:

1. Дефиниции и физически фон

Електричен моносол: Електричният моносол означава изолирана точкова заряд, било положителен или отрицателен. Според закона на Кулона, електричното поле, генерирано от електричен моносол, намалява с квадрата на разстоянието (1/r2) и сочи радиално навън (или навътре) към заряда.

Магнитен моносол: Магнитният моносол е хипотетичен изолиран магнитен заряд, подобен по концепция на електричния моносол. Въпреки това, магнитните моносоли не са наблюдавани в природата. Текущите магнитни явления са всички дължими на диполи (пара северен и южен полюс). Ако магнитните моносоли съществуваха, те биха произвеждали магнитно поле, подобно на това на електричния моносол, но това остава теоретично предположение.

2. Поведение на полетата

Електричен моносол

Разпределение на електричното поле: Електричното поле E, произведено от електричен моносол, е сферично симетрично и следва закона на Кулона:

където $\mathrm{<br>}$q е зарядът, ϵ0 е диелектричната проницаемост на вакуума, $\mathrm{<br>}$r е разстоянието от заряда до точката на наблюдение, а r^ е радиалният единичен вектор.

• Разпределение на електричния потенциал: Електричният потенциал V на електричен моносол намалява линейно с разстоянието:

Магнитен моносол (хипотетичен)

• Разпределение на магнитното поле: Ако магнитните моносоли съществуваха, те биха произвеждали сферично симетрично магнитно поле B, следвайки форма, аналогична на закона на Кулона:

  

• където   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; е\; магнитният\; заряд, </span>\; }$μ0 е магнитната проницаемост на вакуума,   $\mathrm{<br>\; }$r е разстоянието от магнитния моносол до точката на наблюдение, а r^ е радиалният единичен вектор.

• Разпределение на магнитния скаларен потенциал: Магнитният скаларен потенциал ϕm също намалява линейно с разстоянието:

  

3. Геометрични характеристики на полевите линии

• Линии на електричното поле: Линиите на електричното поле на електричен моносол излизат от положителен заряд (или се събират в отрицателен заряд) и се простират до безкрайност. Тези линии са дивергентни, което указва, че електричното поле се разпространява навън.

• Линии на магнитното поле: Линиите на магнитното поле на магнитен моносол също биха излизали от моносола (или се събирали в него) и се простирал до безкрайност. Тези линии също са дивергентни, което указва, че магнитното поле се разпространява навън.

4. Високоредови мултиполни разложения

• Електрични мултиполи: Освен електричните моносоли, могат да има електрични диполи, квадруполи и т.н. Електричният дипол се състои от два равни и противоположни заряда, и неговото разпределение на електричното поле се различава от това на електричния моносол, показвайки по-сложна симетрия и характеристики на затихване.

• Магнитни мултиполи: Съвременните магнитни явления са основно причинени от магнитни диполи, като бари магнити или контури на тока. Разпределението на магнитното поле на магнитен дипол е подобно на това на електричния дипол, но в практически приложения обикновено обсъждаме само магнитни диполи, без по-високоредови магнитни мултиполи.

5. Проявление в уравненията на Максуел

• Електричен моносол: В уравненията на Максуел, плътността на заряда ρ се появява в законът на Гаус за електричеството:

• Това указва, че присъствието на електричен моносол води до дивергенция в електричното поле.

• Магнитен моносол: В стандартните уравнения на Максуел, няма плътност на магнитен заряд ρm, така че законът на Гаус за магнетизма е:

Това означава, че в класическата електродинамика, няма изолирани магнитни моносоли. Въпреки това, ако магнитните моносоли бяха въведени, това уравнение би станало:

Това позволява съществуването на магнитни моносоли.

6. Квантови ефекти

• Електричен моносол: Електричните моносоли съществуват в реалността и техните електрични полета могат да бъдат описани с помощта на квантовата електродинамика (QED).

• Магнитен моносол: Въпреки че магнитните моносоли не са наблюдавани, те имат значителни теоретични импликации в квантовата механика. Например, Дiraк предложи, че съществуването на магнитни моносоли би довело до квантуване както на електричните, така и на магнитните заряди и би влияло на фазата на вълновата функция на заредените частици.

Резюме

• Електричен моносол: Известен като съществуващ, произвежда сферично симетрични електрични полета, които намаляват с квадрата на разстоянието.

• Магнитен моносол: Хипотетичен, теоретично трябва да произвежда подобно сферично симетрично магнитно поле, което намалява с квадрата на разстоянието.

Основната разлика се състои в това, че електричните моносоли са реално явление, докато магнитните моносоли остават теоретично хипотеза.