Ano ang pagkakaiba ng magnetic monopole at electric monopole sa kanilang mga field

Pagkakaiba ng Magnetic Monopoles at Electric Monopoles sa mga Field

Ang magnetic monopoles at electric monopoles ay dalawang mahalagang konsepto sa electromagnetism, at nagpapakita sila ng malaking pagkakaiba sa kanilang mga katangian at pag-uugali ng field. Sa ibaba ay isang detalyadong pagsusuri ng dalawang uri ng monopoles sa aspeto ng kanilang mga field:

1. Definisyon at Pisikal na Background

Electric Monopole: Ang electric monopole ay tumutukoy sa isang isolated point charge, maaaring positibo o negatibo. Ayon sa Coulomb's law, ang elektrikong field na ginawa ng electric monopole ay bumababa sa square ng distansya (1/r2) at tumuturo radial outward mula (o inward patungo) sa charge.

Magnetic Monopole: Ang magnetic monopole ay isang hipotetikal na isolated magnetic charge, katulad ng konsepto ng electric monopole. Gayunpaman, hindi pa natatangi ang magnetic monopoles sa kalikasan. Ang kasalukuyang magnetic phenomena ay lahat dahil sa dipoles (isang pair ng hilaga at timog poles). Kung umiiral ang magnetic monopoles, gumagawa sila ng magnetic field na parang elektrikong monopole, ngunit ito ay mananatiling teoretikal na assumption.

2. Pag-uugali ng Field

Electric Monopole

Distribusyon ng Elektrikong Field: Ang elektrikong field E na ginawa ng electric monopole ay spherically symmetric at sumusunod sa Coulomb's law:

kung saan $\mathrm{<br>}$q ang charge, ϵ0 ang vacuum permittivity, $\mathrm{<br>}$r ang distansya mula sa charge patungo sa observation point, at r^ ang radial unit vector.

• Distribusyon ng Elektrikong Potential: Ang elektrikong potential   $\mathrm{<br>\; }$V ng electric monopole ay bumababa linearly sa distansya:

Magnetic Monopole (Hipotetikal)

• Distribusyon ng Magnetic Field: Kung umiiral ang magnetic monopoles, gumagawa sila ng parehong spherically symmetric magnetic field   $\mathrm{<br>\; }$B, sumusunod sa form na katulad ng Coulomb's law:

  

• kung saan   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; ang\; magnetic\; charge, </span>\; }$μ0 ang vacuum permeability,   $\mathrm{<br>\; }$r ang distansya mula sa magnetic monopole patungo sa observation point, at r^ ang radial unit vector.

• Distribusyon ng Magnetic Scalar Potential: Ang magnetic scalar potential   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ϕm ay bumababa linearly sa distansya:

  

3. Heometrikong Katangian ng Mga Field Lines

• Elektrikong Field Lines: Ang elektrikong field lines ng electric monopole ay lumalabas mula sa positive charge (o nagko-converge sa negative charge) at lumalampas hanggang walang katapusang layo. Ang mga field lines na ito ay divergent, nagpapahiwatig na ang elektrikong field ay radiates outward.

• Magnetic Field Lines: Ang magnetic field lines ng magnetic monopole ay lumalabas mula sa monopole (o nagko-converge sa ito) at lumalampas hanggang walang katapusang layo. Ang mga field lines na ito ay parehong divergent, nagpapahiwatig na ang magnetic field ay radiates outward.

4. Mas Mataas na Order ng Multipole Expansions

• Electric Multipoles: Bukod sa electric monopoles, maaari ring mayroong electric dipoles, quadrupoles, etc. Ang electric dipole ay binubuo ng dalawang equal at opposite charges, at ang distribusyon ng elektrikong field nito ay iba mula sa electric monopole, nagpapakita ng mas komplikadong simetriya at decay characteristics.

• Magnetic Multipoles: Ang kasalukuyang magnetic phenomena ay pangunihin dahil sa magnetic dipoles, tulad ng bar magnets o current loops. Ang distribusyon ng magnetic field ng magnetic dipole ay parang elektrikong dipole, ngunit sa praktikal na aplikasyon, karaniwang tinalakay lamang ang magnetic dipoles nang walang mas mataas na order ng magnetic multipoles.

5. Pakikipaglaban sa Maxwell's Equations

• Electric Monopole: Sa Maxwell's equations, ang charge density   $\mathrm{<br>\; }$ρ ay lumilitaw sa Gauss's law para sa electricity:

• Ito ay nagpapahiwatig na ang presence ng electric monopole ay nagdudulot ng divergence sa elektrikong field.

• Magnetic Monopole: Sa standard na Maxwell's equations, wala namang magnetic charge density   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ρm, kaya ang Gauss's law para sa magnetism ay:

Ito ay nagpapahiwatig na sa classical na electromagnetism, wala namang isolated magnetic monopoles. Gayunpaman, kung ipasok ang magnetic monopoles, ang equation na ito ay magiging:

Ito ay pinapayagan ang pag-iral ng magnetic monopoles.

6. Quantum Effects

• Electric Monopole: Umiiral ang electric monopoles sa totoong buhay at ang kanilang elektrikong fields ay maaaring ilarawan gamit ang quantum electrodynamics (QED).

• Magnetic Monopole: Bagama't hindi pa natatangi ang magnetic monopoles, mayroon silang malaking teoretikal na implikasyon sa quantum mechanics. Halimbawa, inihanda ni Dirac na ang pag-iral ng magnetic monopoles ay magdudulot sa quantization ng parehong elektrikong at magnetic charges at maapektuhan ang phase ng wave function ng mga charged particles.

Buod

• Electric Monopole: Kilala na umiiral, nagbibigay ng spherically symmetric elektrikong fields na bumababa sa square ng distansya.

• Magnetic Monopole: Hipotetikal, teoretikal na dapat gumawa ng katulad na spherically symmetric magnetic field na bumababa sa square ng distansya.

Ang pangunahing pagkakaiba ay nasa faktong ang electric monopoles ay isang tunay na mundo phenomenon, habang ang magnetic monopoles ay nananatiling teoretikal na hypothesis.