Теорема двойственности электромагнетизма

Что касается электромагнетизма, учебники часто ссылаются на теорему двойственности. Иногда его представляют так:

«Рассмотрите уравнения Максвелла (с векторами) и известное поле Е 1 , ЧАС 1 :

× Е 1 "=" Дж ю мю ЧАС 1

× ЧАС 1 "=" Дж ю ϵ Е 1

Если Е 1 заменяется на ЧАС 2 (магнитное поле другого электромагнитного поля: Е 2 , ЧАС 2 ) и ЧАС 1 заменяется на Е 2 , мю заменяется на ϵ и ϵ с мю , то приведенные выше уравнения принимают вид соответственно

× ЧАС 2 "=" Дж ю ϵ Е 2

× Е 2 "=" Дж ю мю ЧАС 2 »

Они также являются действительными уравнениями Максвелла. Но что же следует из этой замены?

1) Должно быть Е 1 "=" ЧАС 2 и ЧАС 1 "=" Е 2 ? Это неправильно по размеру.

2) я тоже читал Е 1 "=" η ЧАС 2 и η ЧАС 1 "=" Е 2 .

У меня двойной вопрос: в чем преимущество теоремы двойственности и какая форма является правильной между двумя только что написанными?

В любом случае, спасибо!

Что касается размеров, вы можете использовать множество различных единиц измерения, и хотя E и H имеют разные размеры в единицах СИ, они одинаковы в cgs .

Ответы (2)

Идея состоит в том, что уравнения Максвелла симметричны относительно обмена некоторыми величинами. Это не означает, что вы отождествляете электрическое и магнитное поля, но просто говорите, что они двойственны друг другу. Это решает вашу проблему размерности.

Если распространить этот принцип на два уравнения, содержащие расходимости полей, то наталкиваешься на интересное утверждение: для того чтобы в этом случае имела место двойственность, необходимо существование магнитных монополей. Можно ввести так называемый монопольный заряд, который будет двойственным электрическому заряду. Одним из следствий было бы квантование электрического заряда. К сожалению, магнитные монополи в природе не обнаружены.

Хорошо известное применение двойственности, о которой вы говорите, происходит в конструкции антенн, например, магнитных и электрических дипольных антенн. Магнитный диполь — это рамочная антенна, электрический диполь — это линейная антенна, но их диаграмма направленности похожа, если заменить E на H.