Apakah perbezaan antara monopole magnetik dan monopole elektrik dari segi medan mereka?

Perbezaan Antara Monopole Magnetik dan Monopole Elektrik dari Sudut Medan

Monopole magnetik dan monopole elektrik adalah dua konsep penting dalam elektromagnetisme, dan mereka menunjukkan perbezaan yang signifikan dalam sifat-sifat medan dan tingkah laku mereka. Berikut adalah perbandingan terperinci antara kedua-dua jenis monopole ini dari sudut medan mereka:

1. Definisi dan Latar Belakang Fizikal

Monopole Elektrik: Monopole elektrik merujuk kepada titik muatan yang terasing, sama ada positif atau negatif. Mengikut hukum Coulomb, medan elektrik yang dihasilkan oleh monopole elektrik berkurang dengan kuasa dua jarak (1/r2) dan mengarah secara radial keluar dari (atau masuk ke) muatan tersebut.

Monopole Magnetik: Monopole magnetik adalah muatan magnetik terasing yang hipotetikal, serupa dengan konsep monopole elektrik. Walau bagaimanapun, monopole magnetik tidak pernah diperhatikan dalam alam. Fenomena magnetik semasa semua disebabkan oleh dipol (pasangan kutub utara dan selatan). Jika monopole magnetik wujud, mereka akan menghasilkan medan magnet yang serupa dengan monopole elektrik, tetapi ini masih merupakan anggapan teori.

2. Tingkah Laku Medan

Monopole Elektrik

Pembahagian Medan Elektrik: Medan elektrik E yang dihasilkan oleh monopole elektrik adalah simetri sfera dan mengikuti hukum Coulomb:

di mana $\mathrm{<br>}$q adalah muatan, ϵ0 adalah permitiviti vakum, $\mathrm{<br>}$r adalah jarak dari muatan ke titik pemerhatian, dan r^ adalah vektor unit radial.

• Pembahagian Potensi Elektrik: Potensi elektrik   $\mathrm{<br>\; }$V dari monopole elektrik berkurang secara linear dengan jarak:

Monopole Magnetik (Hipotetikal)

• Pembahagian Medan Magnetik: Jika monopole magnetik wujud, mereka akan menghasilkan medan magnet yang serupa secara simetri sfera   $\mathrm{<br>\; }$B, mengikuti bentuk yang serupa dengan hukum Coulomb:

  

• di mana   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; adalah\; muatan\; magnetik, </span>\; }$μ0 adalah permeabiliti vakum,   $\mathrm{<br>\; }$r adalah jarak dari monopole magnetik ke titik pemerhatian, dan r^ adalah vektor unit radial.

• Pembahagian Potensi Skalar Magnetik: Potensi skalar magnetik   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ϕm juga berkurang secara linear dengan jarak:

  

3. Ciri-ciri Geometri Garis Medan

• Garis Medan Elektrik: Garis medan elektrik dari monopole elektrik bermula dari muatan positif (atau bertemu pada muatan negatif) dan meluas hingga ketakterhinggaan. Garis-garis medan ini divergen, menunjukkan bahawa medan elektrik bersinar keluar.

• Garis Medan Magnetik: Garis medan magnetik dari monopole magnetik juga akan bermula dari monopole (atau bertemu padanya) dan meluas hingga ketakterhinggaan. Garis-garis medan ini juga divergen, menunjukkan bahawa medan magnet bersinar keluar.

4. Kembangan Multipol Peringkat Lebih Tinggi

• Multipol Elektrik: Selain monopole elektrik, terdapat juga dipol elektrik, kuadropol, dll. Dipol elektrik terdiri daripada dua muatan yang sama dan bertentangan, dan pembahagian medan elektriknya berbeza daripada monopole elektrik, menunjukkan simetri dan ciri-ciri penurunan yang lebih kompleks.

• Multipol Magnetik: Fenomena magnetik semasa sebahagian besarnya disebabkan oleh dipol magnetik, seperti batang magnet atau gelung arus. Pembahagian medan magnetik dari dipol magnetik serupa dengan dipol elektrik, tetapi dalam aplikasi praktikal, kita biasanya hanya membincangkan dipol magnetik tanpa multipol magnetik peringkat lebih tinggi.

5. Manifestasi dalam Persamaan Maxwell

• Monopole Elektrik: Dalam persamaan Maxwell, kerapatan muatan   $\mathrm{<br>\; }$ρ muncul dalam hukum Gauss untuk elektrik:

• Ini menunjukkan bahawa kehadiran monopole elektrik menyebabkan divergensi dalam medan elektrik.

• Monopole Magnetik: Dalam persamaan Maxwell standard, tiada kerapatan muatan magnetik   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ρm, jadi hukum Gauss untuk magnetisme adalah:

Ini bermaksud bahawa dalam elektromagnetisme klasik, tiada monopole magnetik terasing. Walau bagaimanapun, jika monopole magnetik diperkenalkan, persamaan ini akan menjadi:

Ini membolehkan kehadiran monopole magnetik.

6. Kesan Kuantum

• Monopole Elektrik: Monopole elektrik wujud dalam realiti dan medan elektrik mereka boleh digambarkan menggunakan dinamika kuantum elektrodinamik (QED).

• Monopole Magnetik: Walaupun monopole magnetik tidak pernah diperhatikan, mereka mempunyai implikasi teori yang signifikan dalam mekanik kuantum. Sebagai contoh, Dirac mencadangkan bahawa kehadiran monopole magnetik akan menyebabkan kuantisasi kedua-dua muatan elektrik dan magnetik serta mempengaruhi fasa fungsi gelombang bagi zarah-zarah yang bermuatan.

Ringkasan

• Monopole Elektrik: Dikenali wujud, menghasilkan medan elektrik simetri sfera yang berkurang dengan kuasa dua jarak.

• Monopole Magnetik: Hipotetikal, secara teori harus menghasilkan medan magnet simetri sfera yang berkurang dengan kuasa dua jarak.

Perbezaan utama terletak pada fakta bahawa monopole elektrik adalah fenomena dunia nyata, manakala monopole magnetik masih merupakan hipotesis teori.