作者sexyman (现在新歌没好听的)
看板comm_and_RF
标题Re: 传输线大哉问~
时间Thu Feb 8 10:05:52 2007
这个板友,如果你是念电机系,我想你的电磁学从大学修过课後
就从来就没有用过了,因为你的推导与观念完全是错误的
第一点是你一直强调要假设 epsilon0 与 mu0 为零的观念为错误
epsilon0 与mu0 是一个物理常数,是不容许你假设为零的
如果你这一点原则都无法柄持,你也不必浪费你的时间去做以下的推导
因为你的推导根本就是在一个错误的假设上
第二点是你的证明用错误的方法去简化不必简化的东西
比方说,由 curl(E) 的公式得到 KVL,不是因为 mu0 = 0
而是因为没有时变磁场而造成的;如果有时变磁场的话
KVL 仍然成立,那个时变磁场所造成的积分量叫做「电感」
而 KCL 是由 Ampere's Law 取 divergence + Gauss Law
所得到的结果 Ampere's Law 取 divergence 後,H 部分不见
得到 div(J)=-d(div(D)/dt, 而 div(D) 由 Gauss Law 代入
得到 div(J)=-dρ/dt,要读成「在一微小空间的电流密度散度(divergence)
等於在这微小空间中的电荷的时变率的负值」,也是所谓的电荷守恒定律
在假设「空间中不累积电荷」的前提下(也就是电路中节点的特性)
才会得到 div(J)=0,而得到 KCL
而不是将 epsilon0 mu0 设成 0 (请见第一点)
第三点就是你完全不懂 Maxwell 方程式的精髓
Maxwell equation 是一个时间与空间的微分函数
在你的「观念」中,处处充满了对「时间微分」的直接忽略
这是相当可怕的!如果要对一个时/空函数做简化,应该是将
物理量转换成 phasor 的形式,如 E(x,y,z,t) -> E(x,y,z)exp(jwt)
这时候 Maxwell equation 的时间微分变成一个常数 jw
(因为只剩下空间的微分或积分,所以在数学运算上变成常数项,
在转回时域时是要代回去的)
第四点就是对你的 P.S. 以及你的一些「小插曲」有一些意见
KVL 与 KCL 比 Maxwell equations 早提出来又怎样
你的意思是要说「KVL 与 KCL」因为比较早提出,所以比较伟大吗?
KVL 与 KCL 仍然受到 Maxwell 方程式的规范
打个比方说好了,伽利略在比萨斜塔做自由落体实验,推翻了
一千多年来亚里斯多德所提的「重物落体比轻物快」的理论
而伽利略在当时并不知道为什麽是这样子,直到牛顿提出万有引力
定律才有一个完整的解释
磨擦生电已经有数千年的历史了,也是可以用 Maxwell 方程式
与能量守恒去解释它
Kirchoff 利用他当时所拥有的资源与理解能力得到了 KVL 与 KCL
当时也没有电路学,就只有欧姆定律,也没人了解 L、C是什麽玩意儿,
就可以得到一个如此漂亮的定理,他的伟大在此;所以未来加上
了时变元件、电晶体等各式奇奇怪怪的元件进去,仍然尊称
一声 KVL、KCL
Maxwell Equations 在 1864 年提出,最大的疑问与质疑
第一个是电磁波是否存在,与光速的值都完全没有实验证明
被质疑了20 多年,直到了 1887 年 Heinrich Hertz 做实验才证明
电磁波的存在,在宏观(>> 原子尺寸)世界里 Maxwell 方程式
还没有遇到没有例外
再来一点就是前篇提到 Thomas Lee 的书用 epsilon0 ->0, mu0 ->0
去解释,这个讲法完全错误,既然你也觉得很扯,就不应该以正面的方式
去去提这件事
Thomas Lee 在他的研究领域名气是很大,但是跟所有的大师都一样
写的书不会完全没有错误,身为读者不应该照盘全收
写了这麽多,我不是针对人,而是针对这个议题必须做解释;
因为这不像在讨论电路设计,每个人都有自己的观念与经验
也有自己对一些做法的解释,理论是对是错重要性比较小,反正工程上做的出来就
是 OK
但是今天在讨论的东西是一个基本的物理观念的问题,有些东西
能简化、有些不能简化,视问题而定;而最基本的原则是不会改变的
如物理常数、公式本身、与数学上的微分与积分运算
做 EE 的,对电磁学/电磁理论做主科的人,其实很少,懂的人更少
KVL 与 KCL 的推导,在网路上有很多资源,许多电磁学的书也都有推导
没有必要自行发挥,因为这些问题都已经经过超过 100 年的考验了
是你还没有读过而已
※ 引述《cpt (post blue)》之铭言:
: 整理一下我的理解
: ▽x H = J + ε0(dE/dt) [Ampere's law, differential form]
: ▽x E = -μ0(dH/dt) [Faraday's law, differential form]
: 从这两个式子可以发现, E 的时变产生 H 的时变
: H 的时变又再度产生 E 的时变..
: 这就是 wave 的来源
: 现在我们假设 μ0 = 0 好了
: H 的时变不再产生 E 的时变
: 这时候 E 的强度就只和电荷分布有关, 不再受 H 影响
: KVL 就可以成立 (line integral of E around closed loop = 0)
: 换成假设 ε0 = 0
: H 不再受 E 的时变而改变
: ▽。J = ▽。(▽x H) = 0
: divergence of J = 0 -> KCL
: 当然, 实际上 μ0 或 ε0 都不是零
: 所以在一段有限长度的传输线, 可以观察到 H 和 E 的交互作用
: 把 μ0 或 ε0 设为零的动作, 只不过是假设 c = 无限大
: 信号不以波的形式传送, 也就不用考虑 H 和 E 的时变了
: 这只是一种想法上的推论, 不是真的要把所有电磁理论推翻..
: P.S 事实上 KCL/KVL 提出时, 根本还没有 Maxwell equations
: 那时候的安培定律还是 ▽x H = J
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 140.112.19.162
1F:推 cpt:虽然不完全同意, 还是感谢你花这麽多时间解释128.237.249.154 02/08 10:42
2F:→ cpt:的确, 我後来做的东西跟电磁学完全无关 XD128.237.249.154 02/08 10:43
3F:嘘 Izangel:敢问阁下既然不是针对人为何要嘘文? 61.220.249.213 02/08 10:48
4F:推 jayyin:帮推回来,会嘘是因为讲的立论是错的 140.112.19.192 02/08 10:58
5F:推 Stockton216:感谢sex大大的回答.但我想原po了解的140.118.123.248 02/08 11:19
6F:→ Stockton216:不是那麽清楚或观念错误才上来问的140.118.123.248 02/08 11:21
7F:→ Stockton216:没有必要生气到嘘人140.118.123.248 02/08 11:21