物理论文 磁荷
等效磁荷法
等效磁荷法等效磁荷法是电磁场理论中的一种常用方法，它的主要思想是将任意复杂的电路结构等效为一组带有某种特定空间分布的磁荷，从而简化电磁场的分析计算。
下面将从以下几个方面来介绍等效磁荷法：一、等效磁荷法的基本原理等效磁荷法的基本原理是基于磁荷和电荷之间的对称性以及麦克斯韦方程组中的一个重要等式——安培定理，即“一个闭合电路的线积分等于该电路所包围的表面上磁场的通量的变化率乘以常数μ0”。
因此，在任意一个给定的电路结构中，只要假设它的各导体中存在一组等效磁荷分布，那么就可以通过相应的磁场计算公式来求解该电路中的磁场分布和力学特性。
二、等效磁荷法的主要应用等效磁荷法在电磁场分析和设计中具有广泛的应用。
例如，它可以用来模拟、分析和设计各种电感器、感应加热元件、电器电脑等电子器件和设备。
同时，等效磁荷法还可以用来估算电路中的耦合效应和散热问题，为各种工程实践提供有力的理论基础和实用方法。
三、等效磁荷法的分析步骤等效磁荷法的分析步骤一般包括以下三个方面：1.导体分析：首先需要将电路中的各导体逐一分析，确定其长度、截面形状、截面积、导体材料、电流大小和方向等基本参数。
2.磁荷分布：根据安培定理，并结合电流连续性原理，可以得到各导体中的磁荷密度分布式，这些磁荷的空间形态和数量是等效磁荷法的核心。
3.磁场计算：利用磁场的叠加原理，并结合麦克斯韦方程组，可以针对任意给定的电路结构，计算出它所涉及的磁场分布、力学特性和其他重要参数，从而为电磁场的分析、模拟和设计提供有力支持。
四、等效磁荷法的优点和缺点等效磁荷法作为电磁场分析和设计中常用的方法之一，其优点和缺点如下：1.优点：a.该方法简化了复杂电路结构的分析，提高了效率；b.等效磁荷分布可以基本不受电路中其他部件的影响，有利于分析磁结构自身的性质；c.该方法的计算量较小，适用于大规模系统的分析和处理。
2.缺点：a.等效磁荷分布只能通过试验测量和数值模拟来获得，这对于磁结构的精确描述和建模有一定的限制；b.该方法暗示电路当中的电流分布为定值，而对于含有非线性器件的电路，该方法的应用有一定的限制；c.等效磁荷分布的选取、构造和参数精度等因素会对计算结果产生一定的影响，需要有一定的经验和专业技能。
§4-3 磁介质(二)——磁荷观点
➢对于无限长磁棒 l ,l / d ND 0 H 0
➢对于很薄的磁介质片 l / d 0 ND 1
H J
0
不同l/d值时退磁因子的数值（ND 介于0和1之
间）
l/d
ND
l/d
ND
0.0 1.000000 3.0 0.108709
0.2 0.750484 5.0 0.055821
H 0
H
H
的方向和大小各处不同
➢当 H 0 时，J 取决于 H
➢退磁场的方向与磁化场的方 向相反
➢退磁场越大，介质越不容易 磁化，退磁场总是不利于介质 磁化的。
退磁因子
m
r J
nr
Jnຫໍສະໝຸດ ➢将右侧几根磁棒磁的化J，到从同而样端大面小上
有同样的磁荷面密
度 。m
➢介质棒内中点附近 的退磁场H= ?
Hm
H J
➢当J给定时，H与 棒的几何因素有关 故 H NDJ / 0
★ND是一个纯数，其大小由棒的几何因素l/d决 定，ND叫做介质的退磁因子
★l/d愈大， ND是愈小， l/d愈小， ND是愈大，ND
随l/d的增大而减小
退磁因子的定量计算
棒端面上的磁荷面密度 m J 书4.19 4.60 4.61掉平方2
a. l d b l d 较大
c l/d较小
d l/d→0
●细而长的磁棒，端面积小，总磁荷 qm mS小， 磁荷离中点远，在中点附近的退磁场 较H弱
●短而粗的磁棒，端面积大，总磁荷 qm mS大， 磁荷离中点近，在中点附近的退磁场 较H强
➢退磁场
m J
固体物理论文
固体物理论文题目：固体铁磁性的物理本质学生姓名：邹之全学号： 20114380104 撰写日期：2014年4月30日摘要本文用半经典方法、唯象的方法以及微观角度分别讨论抗磁性、顺磁性和铁磁性固体的物理本质关键词磁化率, 原子磁矩, 磁场，温度，自发磁化，铁磁性目录1、引言： (1)2、固体磁性的分类及其特征 (1)3、正常抗磁性的半经典理论解释 (2)4、顺磁性的半经典理论解释 (3)5、铁磁性固体唯象理论 (5)5.1居里定律 (5)5.2外斯(Weiss)“分子场”理论 (5)5.3居里外斯定律 (6)5.4铁磁性的随温度变化的本质 (6)6、结束语 (8)7、参考文献 (9)1、引言：物质的磁性按他的不同特点可以分为强磁性以及弱磁性。
弱磁性只有在具有外磁场存在时才会有所表现，并且随着外磁场强度的增加而增大。
依据磁化强度的不同，弱磁性将分为顺磁性与抗磁性。
而强磁性表现在，不存在外场的时候物质本身会自已发生磁化现象，我们将这种现象称之为自发磁化现象。
为了减少体系中含有的能量，铁磁体内部自发的被分为许多小的区域，自发磁化在每个区域的方向都不相同，在这种没有外场的情况下，由自发磁化所产生的各个方向的磁矩就相互抵消了。
也就是总磁矩为零。
因此，在没有外加磁场作用在铁磁体上时，铁磁体并不显像出磁性。
【1】2、固体磁性的分类及其特征[2]固体的磁性按其不同性质，可分为抗磁性、顺磁性以及铁磁性三钟。
固体的原子的磁矩的相互作用和对外磁场的响应强度将导致固体的磁性发生变化。
固体的磁性一般是以磁化率χ来描述。
在外磁场中B，磁化率定义为：BM0μχ=其中M 为磁化强度，B为外磁场感应强度，0μ为真空磁导率。
根据大量实验结果，我们可以估计磁化率的大小，抗磁性固体磁化率的χ大小约-10-5~-10 -6数量级, 并且在温度变化时几乎不会发生改变;顺磁性固体磁化率的χ大小约10-2~10-5数量级。
χ与温度的变化呈现下式关系TC=χ（C 为居里常数），铁磁性固体χ拥有一个临界的温度C T ,当温度高于C T 时，铁磁性固体将变为顺磁性并满足关系cT T C-=χ（C T 为居里温度）。
磁荷库仑定律
磁荷库仑定律库仑定律可以说是一个实验定律，也可以说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推论”。
如果说它是一个实验定律，库仑扭称实验起到了重要作用，而电摆实验则起了决定作用；即便是这样，库仑仍然借鉴了引力理论，模仿万有引力的大小与两物体的质量成正比的关系,认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也成正比关系。
如果说它是牛顿万有引力定律的推论，那么普利斯特利和卡文迪许等人也做了大量工作。
因此，从各个角度考察库仑定律，重新准确地对它进行认识，确实是非常必要的。
人类对电现象的认识、研究，经历了很长的时间。
直到16世纪人们才对电的现象有了深入的认识。
吉尔伯特比较系统地研究了静电现象，第一个提出了比较系统的原始理论，并引入了“电吸引”这个概念。
但是吉尔伯特的工作仍停留在定性的阶段，进展不大。
18世纪中叶，人们借助于万有引力定律，对电和磁做了种种猜测。
18世纪后期，科学家开始了电荷相互作用的研究。
富兰克林最早观察到电荷只分布在导体表面。
普利斯特利重复了富兰克林的实验，在《电学的历史和现状》一书中他根据牛顿的《自然哲学的数学原理》最先预言电荷之间的作用力只能与距离平方成反比。
虽然这个思想很重要，但是普利斯特利的结论在当时并没有得到科学界的重视。
在库仑定律提出前有两个人曾作过定量的实验研究，并得到明确的结论。
可惜，都没有及时发表而未对科学的发展起到应有的推动作用。
一位是英国爱丁堡大学的罗宾逊，认为电力服从平方反比律，并且得到指数n=2.06，从而电学的研究也就开始进行精确研究。
不过，他的这项工作直到1801年才发表。
另一位是英国的卡文迪许。
1772～1773年间，他做了双层同心球实验，第一次精确测量出电作用力与距离的关系。
发现带电导体的电荷全部分布在表面而内部不带电。
卡文迪许进一步分析，得到n=2.02。
他的这个同心球实验结果在当时的条件下是相当精确的。
但可惜的是他一直没有公开发表这一结果。
库仑是法国工程师和物理学家。
1785年，库仑用扭称实验测量两电荷之间的作用力与两电荷之间距离的关系。
磁单极子文档
磁单极子1. 引言磁单极子是指只有北极或南极的磁荷。
与电荷有正负之分不同，磁荷只存在单个的北或南极。
磁单极子自19世纪初被理论物理学家提出以来，一直是研究的焦点之一。
本文将介绍磁单极子的概念、性质以及应用。
2. 磁单极子的概念磁单极子的概念最早由英国物理学家伯恩特（P.W. Dirac）在1931年提出。
他认为，如果存在独立的磁单极子，那么磁感线的起点和终点将不再相同，从而违背了传统的磁感线闭合回路的原理。
磁单极子的存在将会对电磁学理论和应用产生革命性的影响。
然而，尽管一些科学家曾经希望发现磁单极子，但至今为止还没有被观察到确凿的实验证据。
物理学理论中并未明确证明磁单极子的存在。
但尽管实验证据暂时缺失，研究者们仍持续致力于磁单极子的研究。
3. 磁单极子的性质3.1 基本性质磁单极子是一种类似于磁针的物体，它们具有自身的磁矩。
磁单极子可以感应产生磁场，与磁场之间可以相互作用。
然而，与电荷不同，磁单极子的磁荷总和恒为零。
3.2 磁单极子的磁场分布虽然尚未观测到独立的磁单极子，但研究表明，如果存在磁单极子，其磁场分布将呈现球对称性。
不同于电荷形成的电场分布，磁单极子的磁场呈现出一种不同寻常的特征。
3.3 磁单极子的量子化与电荷量的量子化规律不同，磁单极子的磁荷量是连续的，没有量子化的特性。
这意味着，如果存在磁单极子，磁荷可取任意实数值，而不受量子化的限制。
4. 磁单极子的应用虽然磁单极子尚未被观察到，但科学家们仍然探索其潜在的应用领域。
4.1 量子计算磁单极子可以作为量子比特的载体，用于量子计算。
与传统的基于电荷的量子比特不同，基于磁单极子的量子比特可以克服一些电荷比特上的限制，从而可能实现更强大的量子计算能力。
4.2 磁单极子传感器磁单极子的特殊性质使其有望应用于磁场传感器的领域。
由于磁单极子独特的磁场分布特征，磁单极子传感器可能能够实现更高灵敏度、更广泛的测量范围，在磁场测量领域具有潜在的应用前景。
物理论文1000字
物理论文1000字摘要本文主要讨论了物理学中的一些重要概念和理论，包括牛顿运动定律、能量守恒定律、电磁学、相对论等。
同时，还介绍了物理学在现代科学和工程领域的应用。
通过对这些内容的探讨，可以更好地理解物质世界的本质和基本规律。
引言物理学作为自然科学的重要分支，研究了物质、能量和力的本质，以及它们之间的相互作用。
物理学的发展为人类认识自然界提供了重要的工具和途径。
本文将从牛顿力学、能量守恒定律、电磁学和相对论等方面阐述物理学的基本理论和应用。
主体1. 牛顿力学牛顿力学是经典力学的基础，奠定了物理学的理论基础。
它由三条运动定律组成：第一定律（惯性定律）、第二定律（力学基本定律）和第三定律（作用-反作用定律）。
牛顿力学描述了物体的运动规律，以及力的作用和反作用。
它在天体力学、机械工程等领域有广泛的应用。
2. 能量守恒定律能量守恒定律是能量学的基本原理，它指出能量在封闭系统中总是守恒的，能量不会凭空消失或产生。
能量守恒定律可以应用于各种物理过程的研究中，例如能量转换、能量传递等。
在能源利用和环境保护等领域，能量守恒定律也起着重要的作用。
3. 电磁学电磁学是研究电荷、电场和磁场之间相互作用的学科。
它的基本理论由麦克斯韦方程组组成，描述了电磁波的传播和电磁场的性质。
电磁学在通信技术、电力工程、电子技术等方面有广泛的应用。
例如，无线通信、电力输送和电子设备都离不开电磁学的原理。
4. 相对论相对论是爱因斯坦提出的重要理论，包括狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论基于洛伦兹变换，描述了高速运动物体的物理现象。
广义相对论进一步推广了狭义相对论，将引力解释为时空弯曲的结果。
相对论在宇宙学、黑洞物理学等领域有重要的应用。
结论物理学是科学发展的重要组成部分，它以实验观测和理论分析为基础，揭示了自然界的规律和基本原理。
通过对牛顿力学、能量守恒定律、电磁学和相对论等内容的讨论，可以更好地理解物理学的核心概念和理论。
物理学在现代科学和工程领域的应用广泛，为人类社会的进步做出了重要贡献。
等效磁荷理论
等效磁荷理论磁荷人类最早发现磁现象是从磁铁开始的，后来才逐渐认识到磁与电的关系。
磁铁有N/S两极，他们同号相斥，异号相吸，这一点同正负电荷有很大的相似性。
概念人们假定，在N极上聚集着正磁荷，在S极上聚集着负磁荷。
由此可以将磁现象与电现象类比，得出一系列相似的定律，引入相似的概念。
例如磁的库仑定律、磁场强度、磁势、磁偶极矩等与分子电流观点的等效性安培提出“分子电流”假说，开启了近代磁学，这实际上是否定了原先流行的磁荷观点。
在分子电流观点中，磁感应强度B是基本量，而磁场强度H是辅助量；在磁荷观点中则正好相反。
现在科学界普遍认为分子电流观点更好地揭示了磁现象的本质。
但是在计算磁介质的磁化时两种观点是等效的：即无论采用哪种观点，在自己的体系内进行运算，可以得到同样的宏观效果。
分子电流分子电流，物理学定义。
根据物质电结构学说，任何物质（实物）都是由分子、原子组成的，而分子或原子中任何一个电子都不停的同时参与两种运动，即环绕原子核的运动和电子本身的自旋。
这两种运动都等效于一个电流分布，因而能产生磁效应。
把分子或原子看成一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。
这种分子电流具有一定的磁矩，称为分子磁矩。
安培分子电流假说磁铁和电流都能产生磁场，磁铁的磁场和电流的磁场是否有相同的起源呢？电流是电荷的运动产生的，所以电流的磁场应该是由于电荷的运动产生的．那么，磁铁的磁场是否也是由电荷的运动产生的呢？我们知道，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场很相似．法国学者安培由此受到启发，提出了著名的分子电流的假说．他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极. 安培的假说能够解释一些磁现象．一根铁棒，在未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性．当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极．磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性．这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了.在安培所处的时代，人们对物质内部为什么会有分子电流还不清楚．直到20世纪初，才知道分子电流是由原子内部电子的运动形成的．安培分子电流的假说，揭示了磁铁磁性的起源，它使我们认识到：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．。
磁场问题中的三大重要模型
磁荷定布和磁场作用的基 本物理量，类似于电场中的电荷。磁 荷分为北极磁荷和南极磁荷，分别对 应磁场的N极和S极。
磁荷性质
磁荷具有极性，即北极磁荷和南极磁 荷不能单独存在，它们总是成对出现 。此外，磁荷还具有不可分割性，即 一个磁体的北极磁荷总数和南极磁荷 总数总是相等的。
磁流体力学模型
优点在于能够描述大尺度、强磁场的复杂行为， 如磁场重联、湍流等；缺点在于计算复杂度高， 需要高性能计算机支持。
磁弹性力学模型
优点在于能够描述磁场与固体材料相互作用的复 杂行为，如磁致伸缩、磁弹性波等；缺点在于模 型复杂度高，计算量大。
模型之间的联系与转换
磁偶极子模型与磁流体力学模型的转换
作用来解决磁场问题。该模型适用于描述铁磁性物质的磁场问题。
03
电磁场模型
将电场和磁场看作是一个统一的电磁场，通过求解麦克斯韦方程组来研
究电磁场问题。该模型适用于描述大尺度、强磁场的磁场问题，以及电
场和磁场的相互作用。
02
模型一：磁偶极子模型
磁偶极子定义及性质
磁偶极子定义
磁偶极子是由两个等量异号磁荷 构成的系统，具有一定的磁矩。
性质
电流元具有方向性，其方向与电流方 向一致；同时，电流元具有矢量性， 可以叠加和分解。
电流元间相互作用力
电流元间相互作用力遵循安培定律， 即两电流元之间的作用力与它们的电 流强度、长度以及它们之间的夹角有 关。
电流元间相互作用力表现为吸引力或 排斥力，具体取决于电流元的相对方 向和位置。
电流元在磁场中的运动规律
电机、电磁铁、磁悬浮等。
掌握磁场问题的解决方法对于理 解物理现象、推动科技进步和提
高生活质量具有重要意义。
三大模型概述
有磁荷的麦克斯韦方程组
有磁荷的麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组（Maxwell's equations）是由前英国科学家怀特博士斯特林博士提出的物理学方程，它主要用于描述电磁场的物理行为并表征电磁场的源。
它也可以理解为电磁力学的基本方程，因为它可以用来研究电磁场的产生和传播。
麦克斯韦方程根据电荷的守恒来表示，电荷守恒也反映了磁荷的守恒，可以用磁荷的守恒来表示麦克斯韦方程。
磁荷守恒状态仅描述特定位置上的磁质量（或电磁荷）是不变的，因此，它描述了在无外部电磁场的情况下，磁场是不变的。
麦克斯韦方程组中磁荷守恒状态表达了对电磁场变化的描述，以及它们之间的关系。
整个麦克斯韦方程组可以通过描述电磁感应的磁荷守恒得到：磁荷守恒表达了电磁场的变化以及这些变化之间的关系。
由此可见，麦克斯韦方程组是表征电磁场的源和物理性质的基本理论方程组，也可以说它们是电磁力学的基本方程组。
它们是非常有用的，用来解释物理现象、计算电磁力学量等。
在现代技术的发展下，麦克斯韦方程组的作用日益显现。
它们常用于研究电路，例如它们可以用来描述信号的传输，以及描述电磁波的传播。
由于它们焕然一新的清晰的描述了电和磁的性质，因此在很多领域发挥着重要的作用。
未来，麦克斯韦方程组将在电磁学领域和其他领域发挥更大的作用，推动人类文明今后发展。
走向磁单极子
电磁学探究性学习成果理学院第24研究小组 2011-5-31磁单极子魅影辛晓旭武龙程鹏张海超（西北工业大学理学院应用物理系11051001/11041001班）论文摘要：系统的阐述了磁单极子理论的探索发展之路，较为全面的总结了近几十年来科学界对磁单极子的探索历程。
我们研究小组集合了众多参考文献中的主流思想，求同存异，将诸多观点恰当的融合为一体。
前辈们很多探索方法很值得我们借鉴，在学习前人经验的基础上，我们将尽力大胆实践新的探索方法，来探寻磁单极子。
关键词：磁单极子，磁荷，磁单极子分离，电磁对称。
目录一、磁单极子设想的提出及定义…………………0 4二、磁单极子研究对物理学的重大意义 (06)三、物理学历史上对磁单极子的研究历程 (07)四、学术界对磁单极子是否在现实中存在的论述 (02)五、总结——磁单极子魅影闪烁 (13)六、参考文献 (14)一、磁单极子设想的提出及定义英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）早在1931年利用数数学公式预言了磁单极子的存在。
当时他认为既然带有基本电荷的电子在宇宙中存在，那么理应带有基本“磁荷”的粒子存在。
从而启发了许多物理学家开始了他们寻找磁单极子的工作。
通过种种方式寻找磁单极子包括使用粒子加速器人工制造磁单极子均无收获。
1975年，美国的科学家利用高空气球来探测地球大气层外的宇宙辐射时偶尔发现了一条轨迹，当时科学家们分析认为这条轨迹便是磁单极子所留下的轨迹。
1982年2月14日，在美国斯坦福大学物理系做研究的布拉斯·卡布雷拉宣称他利用超导线圈发现了磁单极子，然而事后他在重复他先前的实验时却未得到先前探测到的磁单极子，最终未能证实磁单极子的存在。
内森·塞伯格（Nathan Seiberg）和爱德华·威滕（Edward Witten）两位美国物理学家于1994年首次证明出磁单极子存在理论上的可能性。
所谓磁单极子，它是理论物理学弦理论中指一些仅带有N极或S极单一磁极的磁性物质，它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。
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物理学家麦克斯韦曾经作出如此假设：变化的磁场在其周围激发电场，变化的电场在其周围激发磁场。
这个假设是如此突兀.因为我很难相信机械的物理变化竟会产生出化学变化的结果: 磁场(变化)→电场电场(变化)→磁场这使得我不得不做出如此解释:电磁场是始终存在的；它只不过因为太过均匀才隐藏到了我们的感觉之外;只有等到电场变化或磁场变化的时候（不妨称之为电扰动或磁扰动），这种均匀才被打破，于是我们感觉到场的存在。
这就像只有等到风的出现我们才会感觉到空气存在一样。
如果基于以上假设，那么始终存在的磁场产生的根源是什么呢？会不会是分子电流？显然不准确！因为分子电流的实质仍然是电扰动。
一个没有扰动对象的过程又怎会产生出扰动结果呢？分子电流只不过是使得原本因为太过均匀而隐藏的磁场现身出来了，而不是由它产生了新的磁场。
这样我假设:磁荷是确实存在的--它作为磁产生的根源存在着；而且一个磁单极会像一个电荷一样产生库仑场。
所谓次单极子是一种理想中的物理模型，即只有N或S极的单极磁子，其磁感线类似于点电荷的电场线呈发散或会聚装这样我们就能建立起整个宇宙的电磁大背景了宇宙中电荷与磁荷的分布是如此的均匀以致于它们产生的电磁场也几乎是处处均匀的-这个场的存在就好比一潭平静的湖水。
当没有突兀的电磁变化时，这个场就始终是平静的，而一旦发生了电磁变化，比如说，出现了一个能导致电荷分布不均的突兀的带电体，这种平静的状态就将改变——至少会在局部上改变。
因为大环境总是平衡的，所以不会有什么来平衡这种变化。
一个突兀带电体存在的结果就是出现库仑电场。
这时如果我们再不断的增加突兀带电体的个数，以引起局部范围内电荷分布的再次均匀，所有突兀带电体产生的库仑电场必将平衡，从而局部再现场的均匀——这种结果就好象什么场都不存在了——而这正是宇宙电磁大环境的现状。
平衡并不等于消失。
我们可以如此证明：使某个局部上发生磁扰动，如果电场消失就不应出现电现象。
但事实是，磁扰动的结果是出现涡旋电场。
反之电扰动的结果是出现涡旋磁场。
形象地说，磁扰动对一个均匀电场的作用就相当于一颗石子扔进了平静的湖水里。
磁荷的引入，使得关于电荷的许多结论都可以直接搬过来使用，实现了电与磁的真正对称。
电场: 磁场:F=Q*q/（4επr*r ）F=Q’*q’/（4πμr*r）E=F/Q H=F/Q’D=εε。
E B=μμ。
HP=(ε-1)ε。
E J=(μ-1)μ。
HGuass定律：∫∫D·dS=∑q ∫∫B·dS=∑q’而且它并不排除分子电流假说反而使该假说以一种更合理的方式起作用-------分子电流以扰动的形式影响磁场如果磁单极真的存在，它会存在哪里呢？我觉得至少是电子这一级结构的下一级结构中。
——因为我们至今找不到磁单极我们甚至可以依据电场与磁场的相似性大胆的猜测：磁南极子·磁北极子形成的微粒结构与电子·原子核形成的微粒结构完全一样——也就是磁南极子围绕着磁北极子旋转——这种假设使得我们可以把关于原子结构的一套理论完全拿过来使用。
(a) 磁单极子捕集器（b）检测月岩样品在麦克斯韦电磁场理论中，就场源来说电和磁是不相同的：有单独存在的正的或负的电荷，而无单独存在的“磁荷”——磁单极子，即没有单独存在着的N极或S极。
根据“对称性”的想法，这似乎是“不合理的”。
因此人们总有寻找磁荷的念头。
1931年，英国物理学家狄拉克（P.A.M Dirac，1902-1984年）首先从理论上探讨了磁单极子存在的可能性，指出磁单极子的存在与电动力学和量子力学没有矛盾。
他指出，如果磁单极子存在，则单位磁荷g0与电子电荷e应该有下述关系：g0＝68.5e由于g0比e大，所以磁库仑定律给出两个磁单极子之间的作用力要比电荷之间的作用力大得多。
在狄拉克之后，关于磁单极子的理论有了进一步的发展。
1974年荷兰物理学家特霍夫脱和苏联物理学家鲍尔亚科夫独立提出的非阿贝尔规范场理论认为，磁单极子必然存在，井指出它比已经发现的或是曾经预言的任何粒子的质量都要大得多。
现在关于弱电相互作用和强电相互作用的统一的“大统一理论”也认为，有磁单极子存在，并预言其质量为2×10-11g，即约为质子质量的1016倍。
（a）通过前（b）通过后图7-23 磁单极子通过超导线圈使线圈产生电流突变磁单极子在现代宇宙论中占有重要地位。
有一种大爆炸理论认为，超重的磁单极子只能在诞生宇宙的大爆炸发生后10-35s产生，因为只有这时才有合适的温度（1030K）。
当时单独的N极和S极都已产生，其中一小部分后来结合在一起湮没掉了，大部分则留了下来。
今天的宇宙中应该还有磁单极子存在，并且在相当于一个足球场的面积上，一年约可能有一个磁单极子穿过。
以上都是理论的预言，与此同时也有人做实验试图发现磁单极子。
例如1951年，美国的密尔斯曾用通电螺线管来捕集宇宙射线中的磁单极子（图7-22a）。
如果磁单极子进入螺线管中，则会被磁场加速而在管下部的照相乳胶片上显示出它的径迹。
实验结果没有发现磁单极子。
有人利用磁单极子穿过线圈时引起的磁通量变化能产生感应电流这一规律来检测磁单极子。
例如在20世纪70年代初，美国埃尔维瑞斯等人试图利用超导线圈中的电流变化来确认磁单极子通过了线圈。
他们想看看登月飞船取回的月岩样品中有无磁单极子，当月岩样品通过超导线圈时（图7-22b）并未发现线圈中的电流有变化，因而未发现磁单极子。
1982年，美国的卡勃莱拉也设计制造了一套超导线圈探测装置（图7-23），并用超导量子干涉仪（SQUID）来测量线圈内磁通的微小变化，他的测量是自动记录的。
1982年2月14日，他发现记录仪上的电流有了突变。
经过计算，正好等于狄拉克单位磁荷穿过线圈时所应该产生的突变。
这是他连续等待了151天所得到的唯一的一个事例，以后虽经扩大线圈面积也没有再测到第二个事例。
总结：1，涡旋场（我们常见的磁场均是涡旋磁场，事实上只有等到发现磁单极才能找到库仑磁场）的产生源于电磁变化对宇宙电磁大环境的扰动；2，宇宙电磁大环境的产生根源是电荷磁荷产生的库仑场；3，磁荷假说与分子电流假说并无冲突,它们是电磁场的两个方面；4，磁荷的捕捉实验更为重要的是，在具体的对磁单极子进行探索过程中，对物理学特别粒子研究技术如加速器的发展，具有很大的促进作用。
虽然磁单极子假说到现在为止，还没有能在实验上得到最后的证实，但它仍将是当代物理学上十分引人注目的基本理论研究和实验的重要课题之一，因为今天的磁单极子已成为解决一系列涉及微观世界和宏观世界重大问题的突破口，如果磁单极子确实存在，不仅现有的电磁理论要作重大修改，而且物理学以及天文学的基础理论又将有重大的发展，人们对宇宙起源和发展的认识也会再深入一步。
电的基本单元是电荷。
正负电荷可以分开，自由电荷能单独存在，因而我们可以引进电荷密度ρe和电流密度Je等概念。
但是另一方面，磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁荷的组合。
然而，这种正负磁荷却不能分开，自由磁荷不能单独存在。
所以，在电磁理论中我们不能引入磁荷密度ρe和磁流密度Je等概念。
这种电和磁的不对称性明显地体现在麦克斯韦方程组之中。
韦电磁方程组也显得不对称，例如电通密度的散度为电荷密度，而磁通密度的散度却为零(0)1931年狄喇克从理论上提出磁单极子(带正磁荷或负磁荷的粒子)可能存在的论证。
目前，实验上的探测主要从三方面着手：高能加速器的实验，宇宙线的观测，古老岩石的观测。
用第—种方法还未观测到磁单极子，一般认为这是能量尚不够高的缘故。
从宇宙线中找磁单极子的物理根据有两方面；—种是宇宙线本身可能含有磁单极子，另一种是宇宙线粒子与高空大气原子、离子、分子等碰撞会产生磁单极子对。
近年，人们曾采用超导量子干涉式磁强计在实验室中进行了151天的实验观察记录。
据1982年初报道，测量到一次磁单极子事件。
在排除了各种可能的于扰因素后，计算出到达地球表面的磁单极子上限为每立体角的单位面积上每秒有6.1×10－10个磁单极子，即每年用这种装置可测到1.5次磁单极事件。
这一实验探索还在进一步进行中，人们不断改进实验装备，以求得到更加可靠的观察结果。
另外，如果磁单极子含量很少，那么异号磁单极子复合湮没的几率就很低，因而它们就有可能保存下来，能在地球上的古岩石、陨石或其他天体的岩石中找到。
可是，迄今还没有找到确凿的证据。
与此同时，关于磁单极子的理论研究也在积极进行之中。
施温格(1966年)和兹万齐格(1971年)分别克服了狄喇克理论中的若干困难和不足之处，利用两个电磁势建立了电荷与磁荷完全对称处理的理论。
1976年，杨振宁等利用纤维丛的新数学方法，建立了没有无物理意义的奇点的磁单极子理论，在磁单极子理论的发展中开辟了新的途径。
近年来，也出现了一些超越麦克斯韦电磁方程组框架的非传统理论，例如统一规范理论、爱因斯坦-麦克斯韦耦台场理论和超光速参考系理论。
而且，有关理论还在基本粒子的微观世界和宇宙演化的宇观世界得到了应用。
总而言之，在关于磁单极子实验探索和理论研究的半个多世纪中，人们进行了遍寻天上、地下的各种现代实验探测，采用了量子论、相对论和统一场论的复杂理论手段，联系到最广袤的宇观世界(宇宙论)和最细微的微观世界（粒子物理），涉及到极漫长的(古岩石)和极短暂的(宇宙演化早期)时间尺度。
当前，这一探索和研究仍在继续之中，它不仅给物理学带来了活力，而且也向两极不可分离的哲学信条提出挑战。
磁单极子学说自从1931年提出以来，到现在一直受到实验观测和理论研究的重视。
这是因为磁单极子问题不仅涉及物质磁性的一种来源，电磁现象的对称性，而且还同宇宙极早期演化理论及微观粒子结构理论等有关，故成为科学界关注的一个重要问题。
在磁单极子的理论研究方面，也曾提出过多种的学说，各有其特点和根据。
例如，除狄拉克最早提出的磁单极子学说外，还有：磁荷和电荷完全对称并具有新的量子化条件的全对称磁单极子学说；由著名华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授等提出的采用纤维丛新数学方法的量子力学磁单极子学说；应用统一规范场理论的规范磁单极子学说；应用爱因斯坦-麦克斯韦耦合场的相对论性耦合场磁单极子学说；应用超弦理论和4维规范模型的超重磁单极子学说；超对称和超弦磁单极子学说等。
1．赵凯华《电磁学》高等教育出版社，1985年6月，北京，p574 (6.41—6.43式)；2．张三慧主编《大学物理学》清华大学出版社，2000年8月，北京，p248 (8. 8式)；3．赵凯华《电磁学》高等教育出版社，1985年6月，北京，p564 (6. 17式)；。