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模拟 104:矢量场中的电磁映射

建模电场和磁场

水、火、空气和土壤,磁铁它们是如何工作的?这并不是奇迹,而是科学!我们都曾在冰箱上或科学课上玩过磁铁,但我们可能不明白磁铁到底是什么或者它们的作用是什么。在本文中,我们将学习电场和磁场背后的基本理论,并学习如何建立计算框架来对它们进行建模。

图1:电场示例

在本文中,我们将:

  • 学习基本的电磁理论
  • 创建矢量场
  • 使用矢量场绘制电磁场

电场和磁场

电磁学是宇宙中的四种基本力之一。它是控制带电粒子行为的力,而电场和磁场则是这种力的表现形式。在本节中,我们将逐步解析每个场背后的理论。

电场

电场是带电粒子固有的。它是带电粒子之间可以相互排斥和吸引的原因。按照惯例,我们说正电荷粒子有一个指向外部的电场,而负电荷粒子有一个指向内部的电场,如图2所示。在吸引的情况下,当一个负电荷粒子和一个正电荷粒子靠近时,场线从正电荷开始并在负电荷处终止,如图1所示。

图2:正、负和中性电荷粒子的电场线

带电粒子对彼此施加的力由库仑定律描述。库仑定律规定,电荷之间的力与每个粒子的电荷成正比,与它们之间的距离成反比。具体的方程式如下所示:

方程式1:库仑定律
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