物理量和参数、标量和矢量、标量和矢量场

标量和矢量物理量

物理学的主要目标之一是建立观察到的现象的模式。为此,在检查不同情况时,引入了决定物理现象过程以及物质和环境的属性和状态的特征。根据这些特征,可以区分适当的物理量和参数量。后者由所谓的参数或常量定义。

实际量是指现象的那些决定现象和过程的特征,并且可以独立于环境和条件的状态而存在。

这些包括,例如,电荷、场强、感应、电流等。由这些量定义的现象发生的环境和条件主要只能在数量上改变这些量。

我们所说的参数是指决定介质和物质属性并影响数量本身之间关系的现象特征。它们不能独立存在,只能表现在它们对实际大小的作用上。

参数包括,例如,电常数和磁常数、电阻、矫顽力、残余电感、电路参数(电阻、电导、电容、器件中每单位长度或体积的电感)等。

参数的值通常取决于这种现象发生的条件(来自温度、压力、湿度等),但如果这些条件是恒定的,则参数保持其值不变,因此也称为常数.

数量或参数的定量(数值)表达式称为它们的值。

电流测量 - 标量

物理量可以用两种方式定义:一些——仅通过数值,而另一些——既通过数值又通过空间中的方向(位置)。

第一个包括质量、温度、电流、电荷、功等量。这些量称为标量(或标量)。标量只能表示为单个数值。

第二个量称为矢量,包括长度、面积、力、速度、加速度等。它在空间中的作用。

示例(文章中的洛伦兹力 电磁场强度):

洛伦兹力

标量和向量的绝对值通常用拉丁字母的大写字母表示,而向量则用破折号或数值符号上方的箭头表示。

电场强度的测定

标量场和矢量场

根据表征场的物理现象类型,场可以是标量或矢量。

在数学表示中,场是一个空间,其中的每个点都可以用数值来表征。

在考虑物理现象时也可以应用场的概念。那么任何场都可以表示为一个空间,在空间的每个点上都建立了由于给定现象(场源)引起的特定物理量的影响.在这种情况下,该字段被赋予该值的名称。

所以,一个放出热量的受热体被一个以温度为特征的点所包围的场所包围,因此这样的场称为温度场。带电物体周围的场,其中检测到对静止电荷的力效应,称为电场等。

相应地,被加热体周围的温度场由于温度只能用标量来表示,所以是标量场,而以作用在电荷上的力为特征并在空间中具有一定方向的电场称为矢量场。

标量场和矢量场的示例

标量场的一个典型例子是加热物体周围的温度场。要量化这样的场,可以在该场图片的各个点上输入等于这些点温度的数字。

但是,这种表示字段的方式很笨拙。所以他们通常这样做:他们假设空间中温度相同的点属于同一个表面。在这种情况下,这样的表面可以称为等温。从这样一个表面与另一个表面的交点获得的线称为等温线或等温线。

通常,如果使用此类图表,等温线会以相等的温度间隔运行(例如,每 100 度)。然后,给定点处的线条密度可以直观地表示场的性质(温度变化率)。

标量场示例(Dialux 程序中的照度计算结果):

Dialux 程序中的照度计算结果

标量场的例子包括引力场(地球引力场),以及带电荷的物体周围的静电场,如果这些场的每个点都由称为 潜在的.

每个场的形成都需要花费一定的能量。这种能量不会消失,而是在场中积累,分布在整个体积中。当质量或带电物体在其中移动时,它是潜在的并且可以以场力的形式从场返回。因此,一个领域也可以通过一个潜在的特征来评价,它决定了这个领域做功的能力。

由于能量通常不均匀地分布在场的体积中,因此该特性指的是场的各个点。表示场点势特征的量称为势或势函数。

当应用于静电场时,最常见的术语是“势”,而应用于磁场时,则是“势函数”。有时后者也称为能量函数。

潜力具有以下特征:它在场中的价值是连续的,没有跳跃,它在点与点之间变化。

电场的 3D 模型

场点的电势由场力将单位质量或单位电荷从给定点移动到不存在该场的点(场的该特性为零)时所做的工作量决定,或者必须扩展到对场力的作用,以将单位质量或电荷从场的作用为零的点转移到场中的给定点。

功是标量的,所以电势也是标量的。

点可以用势值表征的场称为势场。由于所有势场都是标量,因此术语“势”和“标量”是同义词。

与上面讨论的温度场的情况一样,在任何势场中都可以找到许多具有相同势能的点。等电位点所在的表面称为等电位,它们与绘图平面的交点称为等电位线或等电位线。


静电场

在矢量场中,在各个点处表征该场的值可以由原点位于给定点的矢量表示。为了可视化矢量场,人们求助于构造绘制的线,使其每个点的切线与表征该点的矢量重合。

以一定距离绘制的场线给出了空间中场分布的性质的概念(在线较粗的区域,矢量的值较大,线的位置次数少,值比他小)。

矢量场

涡流和涡流场

场不仅在定义它们的物理量的形式上不同,而且在性质上也不同,也就是说,它们可以是无旋的,由非混合平行射流组成(有时这些场称为层流,即分层),或漩涡(湍流)。

同一个旋转场,根据其特征值,可以是标量势场和矢量旋转场。

如果标量势由场中分布的能量决定,则它们将是静电场、磁场和引力场。但是,如果相同的场(静电场、磁场、引力场)以作用在其中的力为特征,则它是矢量的。

无涡流场或势场始终具有标量势。标量势函数的一个重要特征是它的连续性。

电现象领域中涡流场的一个例子是静电场。涡流场的一个例子是载流导线粗细的磁场。

有所谓的混合矢量场。混合场的一个例子是载流导体外部的磁场(这些导体内部的磁场是涡流场)。

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