Kako se razlikujeta monopolen magnet in monopolen elektrika glede na njuna polja?

Razlike med magnetnimi monopoli in električnimi monopoli glede na polja

Magnetni monopoli in električni monopoli sta dva pomembna koncepta v elektromagnetizmu, ki prikazujeta značilne razlike v lastnostih in obnašanju njihovih polj. Spodaj je podrobno primerjava teh dveh vrst monoplov glede na njihova polja:

1. Definicije in fizični ozadje

Električni monopol: Električni monopol se nanaša na izolirano točkovno naboj, bodisi pozitiven ali negativen. Po Coulombovem zakonu električno polje, ki ga generira električni monopol, pada s kvadratom razdalje (1/r2) in kaže radijalno od (ali proti) naboji.

Magnetni monopol: Magnetni monopol je hipotetičen izoliran magnetni naboj, podoben konceptu električnega monopola. Vendar pa magnetnih monoplov v naravi ni bilo opazovano. Trenutni magnetni pojav so vsi zaradi dipolov (para severnega in južnega pola). Če bi obstajali magnetni monopoli, bi ustvarili magnetno polje, podobno električnemu monopolu, vendar to ostaja teoretična predpostavka.

2. Obnašanje polj

Električni monopol

Porazdelitev električnega polja: Električno polje E, ki ga generira električni monopol, je sferično simetrično in sledi Coulombovemu zakonu:

kjer $\mathrm{<br>}$q je naboj, ϵ0 je vakuumna permitivnost, $\mathrm{<br>}$r je razdalja od naboja do opazovalne točke, r^ pa je radijalna enotski vektor.

• Porazdelitev električnega potenciala: Električni potencial   $\mathrm{<br>\; }$V električnega monopola linearno pada s razdaljo:

Magnetni monopol (hipotetičen)

• Porazdelitev magnetnega polja: Če bi obstajali magnetni monopoli, bi ustvarili podobno sferično simetrično magnetno polje   $\mathrm{<br>\; }$B, ki bi sledilo obliki, analogni Coulombovemu zakonu:

  

• kjer   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; je\; magnetni\; naboj, </span>\; }$μ0 je vakuumna permeabilnost,   $\mathrm{<br>\; }$r je razdalja od magnetnega monopola do opazovalne točke, r^ pa je radijalna enotski vektor.

• Porazdelitev magnetnega skalarnega potenciala: Magnetni skalarni potencial   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ϕm tudi linearno pada s razdaljo:

  

3. Geometrijske značilnosti črt polja

• Črte električnega polja: Črte električnega polja električnega monopola izvirajo iz pozitivnega naboja (ali konvergirajo na negativnega naboja) in se širijo v neskončnost. Te črte so divergentne, kar pomeni, da električno polje radiira ven.

• Črte magnetnega polja: Črte magnetnega polja magnetnega monopola bi tudi izvirale iz monopola (ali konvergirale na njega) in se širile v neskončnost. Te črte so podobno divergentne, kar pomeni, da magnetno polje radiira ven.

4. Višje redne večpolne razširitve

• Električni večpoli: Poleg električnih monoplov lahko obstajajo tudi električni dipoli, kvadrupoli itd. Električni dipol sestavlja dva enaka in nasprotna naboja, njegova porazdelitev električnega polja se razlikuje od električnega monopola in prikazuje bolj kompleksno simetrijo in karakteristike padanja.

• Magnetni večpoli: Trenutni magnetni pojavi so predvsem povzročeni magnetnimi dipoli, kot so bar magnetski ali tokovni zanke. Porazdelitev magnetnega polja magnetnega dipola je podobna električnemu dipolu, v praktičnih aplikacijah pa običajno govorimo le o magnetnih dipolah, ne višjih rednih magnetnih večpolih.

5. Izražanje v Maxwellovih enačbah

• Električni monopol: V Maxwellovih enačbah gostota naboja   $\mathrm{<br>\; }$ρ nastopa v Gaussovem zakonu za elektriko:

• To pomeni, da prisotnost električnega monopola vodi do divergencije v električnem polju.

• Magnetni monopol: V standardnih Maxwellovih enačbah ni magnetne gostote naboja   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ρm, zato je Gaussov zakon za magnetizem:

To pomeni, da v klasičnem elektromagnetizmu ni izoliranih magnetnih monoplov. Vendar, če bi bili uvedeni magnetni monopoli, bi ta enačba postala:

To omogoča obstoj magnetnih monoplov.

6. Kvantni učinki

• Električni monopol: Električni monopoli obstajajo v resnici in njihova električna polja se lahko opišejo z uporabo kvantne elektrodinamike (QED).

• Magnetni monopol: Čeprav magnetnih monoplov ni bilo opazovano, imajo značilne teoretične implikacije v kvantni mehaniki. Na primer, Dirac je predlagal, da bi obstoj magnetnih monoplov vodil k kvantizaciji obeh, električnih in magnetnih nabojev, in bi vplival na fazo valovne funkcije nabiti delcev.

Povzetek

• Električni monopol: Znan, da obstaja, ustvari sferično simetrična električna polja, ki pada s kvadratom razdalje.

• Magnetni monopol: Hipotetičen, teoretično bi moral ustvariti podobno sferično simetrično magnetno polje, ki pada s kvadratom razdalje.

Glavna razlika je v tem, da so električni monopoli realni svetovni pojav, medtem ko ostanejo magnetni monopoli teoretična hipoteza.