Kāda ir magnētiskā monopola un elektriskā monopola atšķirība to lauku ziņā?

Magnētiskie monopoli un elektriskie monopoli saistībā ar laukiem

Magnētiskie un elektriskie monopoli ir divi svarīgi elektromagnetismā izmantojamie jēdzieni, un tos raksturo nozīmīgas atšķirības lauku īpašībās un uzvedībā. Zemāk ir detaļisks šo divu monopolu tipu salīdzinājums to lauku ziņā:

1. Definīcijas un fiziķa fons

Elektriskais monopols: Elektriskais monopols attiecas uz izolētu punkta lādiņu, vai nu pozitīvu, vai negatīvu. Saskaņā ar Kulona likumu, elektriskais lauks, ko ģenerē elektriskais monopols, samazinās ar attāluma kvadrātu (1/r2) un norāda radiāli no (vai uz) lādiņa.

Magnētiskais monopols: Magnētiskais monopols ir hipotētisks izolēts magnētisks lādiņš, līdzīgs elektriskā monopola konceptam. Tomēr, magnētiskie monopoli nav novēroti dabā. Pašreizējie magnētiskie parādības visur ir dēļ dipolu (pāris ziemeļu un dienvidu poli). Ja magnētiskie monopoli eksistētu, tie radītu magnētisko lauku, kas līdzīgs elektriskā monopola laukam, bet tas paliek teorētiska pieņēmums.

2. Lauka uzvedība

Elektriskais monopols

Elektriskā lauka sadalījums: Elektriskais lauks E, ko ģenerē elektriskais monopols, ir sfēriski simetrisks un sekolo Kulona likumu:

kur $\mathrm{<br>}$q ir lādiņa lielums, ϵ0 ir vakuuma dielektrikālais pieredzējums, $\mathrm{<br>}$r ir attālums no lādiņa līdz novērošanas punktam, un r^ ir radiālais vienības vektors.

• Elektriskā potenciāla sadalījums: Elektriskais potenciāls V elektriskā monopola lineāri samazinās ar attālumu:

Magnētiskais monopols (hipotētisks)

• Magnētiskā lauka sadalījums: Ja magnētiskie monopoli eksistētu, tie radītu līdzīgu sfēriski simetrisku magnētisko lauku B, kas sekolo formu, līdzīgu Kulona likumam:

  

• kur   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; ir\; magnētiskais\; lādiņš, </span>\; }$μ0 ir vakuuma permeabilitāte,   $\mathrm{<br>\; }$r ir attālums no magnētiskā monopola līdz novērošanas punktam, un r^ ir radiālais vienības vektors.

• Magnētiskā skalārā potenciāla sadalījums: Magnētiskais skalārais potenciāls ϕm arī lineāri samazinās ar attālumu:

  

3. Lauklinju ģeometriskās īpašības

• Elektriskie lauklinijas: Elektriskie lauklinijas elektriskā monopola iziet no pozitīva lādiņa (vai konverģē uz negatīvu lādiņu) un izplūst uz bezgalību. Šie lauklinijas ir diverģenti, kas norāda, ka elektriskais lauks radiācijā izplūst ārā.

• Magnētiskie lauklinijas: Magnētiskie lauklinijas magnētiskā monopola arī iziet no monopola (vai konverģē uz to) un izplūst uz bezgalību. Šie lauklinijas ir līdzīgi diverģenti, kas norāda, ka magnētiskais lauks radiācijā izplūst ārā.

4. Augstākas kārtas multipoļu paplašinājumi

• Elektriskie multipoļi: Kā augstākas kārtas multipoļi, var būt elektriskie dipoļi, kvadrupoli utt. Elektriskais dipols sastāv no diviem vienādiem un pretējiem lādiņiem, un tā elektriskais lauka sadalījums atšķiras no elektriskā monopola, parādot sarežģītāku simetriju un samazināšanās īpašības.

• Magnētiskie multipoļi: Pašreizējie magnētiskie parādības galvenokārt ir dēļ magnētiskajiem dipoļiem, piemēram, magnētām vai strāvas kontūrām. Magnētiskā lauka sadalījums magnētiskā dipola ir līdzīgs elektriskā dipola, bet praktiskajos lietojumos mēs parasti tikai apspriežam magnētiskos dipoļus, nevis augstākas kārtas magnētiskos multipoļus.

5. Manifestācija Maksvela vienādojumos

• Elektriskais monopols: Maksvela vienādojumos lādiņa blīvums ρ parādās Gausa elektrikuma likumā:

• Tas norāda, ka elektriskā monopola klātbūtne rada elektriskā lauka diverģenci.

• Magnētiskais monopols: Standarta Maksvela vienādojumos nav magnētiskā lādiņa blīvuma ρm, tāpēc Gausa magnētismu likums ir:

Tas nozīmē, ka klasiskajā elektromagnetismā nav izolēti magnētiski monopoli. Tomēr, ja magnētiski monopoli tiktu ieviesti, šis vienādojums kļūtu par:

Tas ļautu magnētiskiem monopoliem eksistēt.

6. Kvantu efekti

• Elektriskais monopols: Elektriskie monopoli eksistē realitātē, un to elektriskie lauki var tikt aprakstīti, izmantojot kvantu elektrodinamiku (QED).

• Magnētiskais monopols: Lai arī magnētiskie monopoli nav novēroti, tiem ir nozīmīgas teorētiskas sekas kvantu mehānikā. Piemēram, Diracs piedāvāja, ka magnētisko monopolu eksistences rezultātā notiktu gan elektrisko, gan magnētisko lādiņu kvantizācija un ietekmētu uzlādēto daļiņu viļņa funkcijas fāzi.

Kopsavilkums

• Elektriskais monopols: Zināms, ka eksistē, radīt sfēriski simetriskus elektriskos laukus, kas samazinās ar attāluma kvadrātu.

• Magnētiskais monopols: Hipotētisks, teorētiski turpmāk radītu līdzīgu sfēriski simetrisku magnētisko lauku, kas samazinātos ar attāluma kvadrātu.

Galvenā atšķirība ir tajā, ka elektriskie monopoli ir reāls pasaulē notikums, savukārt magnētiskie monopoli paliek teorētiska hipotēze.