Kako se razlikuju magnetski monopol i električni monopol u pogledu njihovih polja

Razlike između magnetskih monopola i električnih monopola u pogledu polja

Magnetski monopoli i električni monopoli su dva važna koncepta u elektromagnetizmu, i oni pokazuju značajne razlike u svojstvima i ponašanju polja. U nastavku je detaljno usporedba ovih dvaju tipova monopola u pogledu njihovih polja:

1. Definicije i fizička pozadina

Električni monopol: Električni monopol odnosi se na izoliranu točkastu naboj, bilo pozitivnu ili negativnu. Prema Coulombovu zakonu, električno polje generirano električnim monopolom smanjuje se s kvadratom udaljenosti (1/r2) i pokazuje radijalno vanjski (ili unutrašnji prema) naboj.

Magnetski monopol: Magnetski monopol je hipotetički izolirani magnetski naboj, sličan konceptu električnog monopola. Međutim, magnetski monopoli nisu promatrani u prirodi. Sadašnja magnetska pojave su sve posljedica dipola (para sjevernog i južnog pola). Ako bi magnetski monopoli postojali, proizvodili bi magnetsko polje slično električnom monopolu, ali to ostaje teorijska pretpostavka.

2. Ponašanje polja

Električni monopol

Raspodjela električnog polja: Električno polje E proizvedeno električnim monopolom je sferno simetrično i prati Coulombov zakon:

gdje $\mathrm{<br>}$q je naboj, ϵ0 je vakuum permisivnost, $\mathrm{<br>}$r je udaljenost od naboja do točke promatranja, a r^ je radijalni jedinični vektor.

• Raspodjela električnog potencijala: Električni potencijal   $\mathrm{<br>\; }$V električnog monopola linearno opada s udaljenosti:

Magnetski monopol (hipotetički)

• Raspodjela magnetskog polja: Ako bi magnetski monopoli postojali, proizvodili bi sferno simetrično magnetsko polje   $\mathrm{<br>\; }$B, slijedeći oblik analogan Coulombovu zakonu:

  

• gdje   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; je\; magnetski\; naboj, </span>\; }$μ0 je vakuum permeabilnost,   $\mathrm{<br>\; }$r je udaljenost od magnetskog monopola do točke promatranja, a r^ je radijalni jedinični vektor.

• Raspodjela magnetskog skalarnog potencijala: Magnetski skalarni potencijal   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ϕm također linearno opada s udaljenosti:

  

3. Geometrijske karakteristike linija polja

• Linije električnog polja: Linije električnog polja električnog monopola izlaze iz pozitivnog naboja (ili konvergiraju na negativni naboj) i proširuju se do beskonačnosti. Ove linije polja su divergentne, što ukazuje da električno polje radijalno zrači.

• Linije magnetskog polja: Linije magnetskog polja magnetskog monopola također izlaze iz monopola (ili konvergiraju na njega) i proširuju se do beskonačnosti. Ove linije polja su također divergentne, što ukazuje da magnetsko polje radijalno zrači.

4. Viši redovi multipolnih ekspanzija

• Električni multipoli: Osim električnih monopola, mogu postojati električni dipoli, kvadrupoli itd. Električni dipol sastoji se od dva jednaka i suprotna naboja, a njegova raspodjela električnog polja razlikuje se od električnog monopola, pokazujui složeniju simetriju i karakteristike opadanja.

• Magnetski multipoli: Trenutne magnetske pojave uglavnom su uzrokovane magnetskim dipolima, poput magneta ili petlji struje. Raspodjela magnetskog polja magnetskog dipola slična je raspodjeli električnog dipola, ali u praktičnim primjenama obično govorimo samo o magnetskim dipolima bez viših redova magnetskih multipola.

5. Manifestacija u Maxwellovim jednadžbama

• Električni monopol: U Maxwellovim jednadžbama, gustoća naboja   $\mathrm{<br>\; }$ρ pojavljuje se u Gaussovom zakonu za elektricitet:

• Ovo upućuje na to da prisustvo električnog monopola dovodi do divergencije u električnom polju.

• Magnetski monopol: U standardnim Maxwellovim jednadžbama ne postoji gustoća magnetskog naboja   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ρm, tako da je Gaussov zakon za magnetizam:

To znači da u klasičnom elektromagnetizmu ne postoje izolirani magnetski monopoli. Međutim, ako bi se magnetski monopoli uvodili, ova jednadžba postala bi:

To dopušta postojanje magnetskih monopola.

6. Kvantni efekti

• Električni monopol: Električni monopoli postoje u stvarnosti i njihova električna polja mogu se opisati koristeći kvantnu elektrodinamiku (QED).

• Magnetski monopol: Iako magnetski monopoli nisu promatrani, imaju značajne teorijske implikacije u kvantnoj mehanici. Na primjer, Dirac je predložio da bi postojanje magnetskih monopola dovelo do kvantizacije i električnih i magnetskih naboja i utjecalo na fazu valne funkcije nabijenih čestica.

Sažetak

• Električni monopol: Poznat je kao postojanje, proizvodi sferno simetrična električna polja koja opadaju s kvadratom udaljenosti.

• Magnetski monopol: Hipotetički, teoretski bi trebao proizvoditi slično sferno simetrično magnetsko polje koje opada s kvadratom udaljenosti.

Glavna razlika leži u tome što su električni monopoli fenomen stvarnog svijeta, dok magnetski monopoli ostaju teorijska hipoteza.