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

Razlike između magnetnih monopola i električnih monopola u pogledu polja

Magnetni monopoli i električni monopoli su dva važna koncepta u elektromagnetizmu, i oni pokazuju značajne razlike u svojstvima i ponašanju njihovih polja. Ispod sledi detaljno upoređivanje ova dva tipa monopola u pogledu njihovih polja:

1. Definicije i fizički pozadina

Električni monopol: Električni monopol se odnosi na izolovanu tačku nabojnice, bilo pozitivne ili negativne. Prema Kulumbovlom zakonu, električno polje generisano električnim monopolom opada sa kvadratom udaljenosti (1/r2) i pokazuje radijalno van (ili prema) naboju.

Magnetni monopol: Magnetni monopol je hipotetički izolovani magnetni naboj, sličan konceptu električnog monopola. Međutim, magnetni monopoli nisu bili posmatrani u prirodi. Trenutna magnetska pojava su sve uzrokovane dipolima (par severnog i južnog pola). Da bi postojali magnetni monopoli, oni bi proizveli magnetsko polje slično električnom monopolu, ali to ostaje teorijska pretpostavka.

2. Ponašanje polja

Električni monopol

Raspodela električnog polja: Električno polje E proizvedeno električnim monopolom je sferički simetrično i prati Kulumbovlom zakon:

gde je $\mathrm{<br>}$q naboj, ϵ0 permitivnost vakua, $\mathrm{<br>}$r rastojanje od naboja do tačke posmatranja, a r^ radijalni jedinični vektor.

• Raspodela električnog potencijala: Električni potencijal   $\mathrm{<br>\; }$V električnog monopola linearno opada sa rastojanjem:

Magnetni monopol (hipotetički)

• Raspodela magnetskog polja: Da bi postojali magnetni monopoli, oni bi proizveli slično sferički simetrično magnetsko polje   $\mathrm{<br>\; }$B, slijedeći formu analognu Kulumbovlom zakonu:

  

• gde je   $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">g\; magnetski\; naboj, </span>\; }$μ0 permeabilnost vakua,   $\mathrm{<br>\; }$r rastojanje od magnetnog monopola do tačke posmatranja, a r^ radijalni jedinični vektor.

• Raspodela magnetskog skalarnog potencijala: Magnetski skalarni potencijal   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ϕm takođe linearno opada sa rastojanjem:

  

3. Geometrijska karakteristika 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 su divergentne, što ukazuje da električno polje radijalno izlazi.

• Linije magnetskog polja: Linije magnetskog polja magnetnog monopola takođe bi izlazile iz monopola (ili konvergirale na njega) i proširile se do beskonačnosti. Ove linije su takođe divergentne, što ukazuje da magnetsko polje radijalno izlazi.

4. Viši redovi multipolnih ekspanzija

• Električni multipoli: Pored električnih monopola, mogu postojati električni dipoli, kvadrupoli itd. Električni dipol sastoji se od dva jednaka i suprotna naboja, a raspodela njegovog električnog polja razlikuje se od električnog monopola, pokazujuci složeniju simetriju i karakteristike opadanja.

• Magnetski multipoli: Trenutne magnetske pojave uglavnom su uzrokovane magnetskim dipolima, kao što su magnetični štapovi ili petlje struja. Raspodela magnetskog polja magnetskog dipola slična je raspodeli električnog dipola, ali u praktičnim primenama obično govorimo samo o magnetskim dipolima bez viših redova magnetskih multipola.

5. Manifestacija u Maksvelovim jednačinama

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

• Ovo ukazuje da prisustvo električnog monopola dovodi do divergencije električnog polja.

• Magnetni monopol: U standardnim Maksvelovim jednačinama ne postoji magnetska gustoća naboja   ${\mathrm{<br>\; }}_{}$ρm, tako da je Gaussov zakon za magnetizam:

To znači da u klasičnom elektromagnetizmu ne postoje izolovani magnetni monopoli. Međutim, ako bi se uvodili magnetni monopoli, ova jednačina bi postala:

Ovo dopušta postojanje magnetnih monopola.

6. Kvantni efekti

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

• Magnetni monopol: Iako magnetni monopoli nisu bili posmatrani, imaju značajne teorijske implikacije u kvantnoj mehanici. Na primer, Dirak je predložio da bi postojanje magnetnih monopola dovodi do kvantizacije i električnih i magnetskih naboja i utiče na fazu talasne funkcije nabojenih čestica.

Sažetak

• Električni monopol: Poznat je po tome što postoji, proizvodi sferički simetrična električna polja koja opadaju sa kvadratom rastojanja.

• Magnetni monopol: Hipotetičan, teoretski bi trebao proizvoditi slično sferički simetrično magnetsko polje koje opada sa kvadratom rastojanja.

Glavna razlika leži u tome što su električni monopoli fenomen u stvarnom svetu, dok magnetni monopoli ostaju teorijska hipoteza.