安培力洛伦兹力是什么力（为什么洛伦兹力不会做功而安培力可以）

为什么洛伦兹力不会做功而安培力可以？

安培力指的是带电导线在磁场中受到力的作用，是磁场对电流的作用力；而洛伦兹力是运动电荷在磁场中所受到的力。

洛伦兹力是磁场对运动电荷的磁场力，而安培力是磁场对宏观通电导体的力。它们有本质区别。前者是自由电荷在磁场中运动受到的力，说白了是一种力；后者是磁场对通电导体作用力，从微观上看，是磁场对定向运动电荷的作用力，但是电荷在磁场力作用下并未做圆周运动，这说明电荷必然受到了别的力，它们来自于原子实的库仑力以及散射作用。这些作用力同洛伦兹力合成了安培力——安培力是多种力的合力，因此洛伦兹力和安培力是两回事。在高中物理书里以及大学普通物理电磁学书里，对安培力有一些介绍和讨论。但是从电磁场理论来看，安培力并不是真实存在的力，它只是一种宏观效应，到了微观就彻底消失了。这就是为什么爱因斯坦当年在研究电磁场相对论协变性的时候，没有考虑所谓的安培力协变形式，而只是研究了洛伦兹力的协变形式。洛伦兹力是基本力，它和库仑力一同构成电磁力——这就是爱因斯坦在1905年那篇著名的论文里讨论的结果。

洛伦兹力不做功一般是这样理解的——洛伦兹力始终与运动速度正交，这意味着，洛伦兹力不会对运动电荷做功。但是这个解释小编觉得并不完美。小编认为，关于洛伦兹力不做功的最好的解释，还是来自于麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组是描写电磁场的基本方程组，这个方程组是根据大量实验观测的规律而总结出来的一套理论。它包括电场的有源性、磁场的无源性、电磁感应定律、磁场环路定律。看起来和洛伦兹力无关，因为整个方程组里没有出现静磁场里的运动电荷——注意区分激发磁场的导电体里的电流和磁场力的检测电荷。但是在麦克斯韦完成他的工作几十年后，爱因斯坦横空出世。爱因斯坦证明了麦克斯韦方程服从相对论协变，这就导致我们可以用相对论协变来从电场力里推导出洛伦兹力。这是很神奇的的一件事情。爱因斯坦的推导结果证明，磁场力必须与参考系速度正交，因此就证明了洛伦兹力不做功。换言之，洛伦兹力不做功和电磁理论的相对论协变有关。

至于安培力做功，我们要结合安培力的微观解释来解释。刚才说过了，安培力不是磁场力那么简单的作用力，它是磁场力和导体内的其他作用力的合力。这里的其他里去包括电场力以及非弹性散射相互作用力，这些力是要对电子以及原子实做功的，这就导致磁场切割磁感线运动的通电导体注定要做变速运动（除非有外力抵消安培力）。我们由此可以得出，安培力做功不是在消耗磁场能，而是在消耗导体的电能并把电能变成了导体的动能。

因为这是由能量的守恒决定的。想要明白这个问题，就必须从微观的角度来分析；通过比较可知，不论是安培力还是洛伦兹力，其最基本的受力对象都是带电粒子；其中洛伦兹力是利用带电粒子，如大分子物质，阿尔法粒子，质子等；洛伦兹力直接作用在这些粒子身上。而安培力就有所不同，安培力中最常见的就是电子作为基本粒子，也就是导线中流动的电子电流，宏观作用对象是导体棒。

1：在匀强磁场中，当一个带电粒子以一个速度v垂直于磁场方向射入时，就会在洛伦兹力的作用下做速度大小为v的圆周运动，洛伦兹力只改变速速的方向，不改变速度的大小；也就是说在磁场中做圆周运动的粒子，能量没有转化为其他形式，还是保持在自身上。这就是洛伦兹力不做功的原因。

2：而安培力就不同了；在微观领域，导体中的电子还是会受到洛伦兹力的作用，只不过这种洛伦兹力是不完整的，因为电子无法逃脱导体棒，不能在磁场中做完整的圆周运动；所以大量的电子就会附着在导体棒中的一侧，并朝着一个固定的方向推动导体棒。因此导体棒在宏观上就会表现出受到作用力的现象，这就是安培力的形成。

既然有了力，就必定会做功，所以安培力做功会转化为导体棒的动能，也就是说电能转化为了动能；我们生活中使用到的电动机就是根据这个原理；比如直流电动机，在电动机通电时，不能让转轴固定不动，因为里面的导线电阻很小，通电后就相当于把电源短路，电流过大就会烧毁电源。所以一段小导线在磁场中通电后，虽然只是摆动了一小段距离，但是这个过程是在对外做功的。

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