為什麼洛倫茲力不會做功而安培力可以？

安培力指的是帶電導線在磁場中受到力的作用，是磁場對電流的作用力；而洛倫茲力是運動電荷在磁場中所受到的力。

洛倫茲力是磁場對運動電荷的磁場力，而安培力是磁場對宏觀通電導體的力。它們有本質區别。前者是自由電荷在磁場中運動受到的力，說白了是一種力；後者是磁場對通電導體作用力，從微觀上看，是磁場對定向運動電荷的作用力，但是電荷在磁場力作用下并未做圓周運動，這說明電荷必然受到了别的力，它們來自于原子實的庫侖力以及散射作用。這些作用力同洛倫茲力合成了安培力——安培力是多種力的合力，因此洛倫茲力和安培力是兩回事。在高中物理書裡以及大學普通物理電磁學書裡，對安培力有一些介紹和讨論。但是從電磁場理論來看，安培力并不是真實存在的力，它隻是一種宏觀效應，到了微觀就徹底消失了。這就是為什麼愛因斯坦當年在研究電磁場相對論協變性的時候，沒有考慮所謂的安培力協變形式，而隻是研究了洛倫茲力的協變形式。洛倫茲力是基本力，它和庫侖力一同構成電磁力——這就是愛因斯坦在1905年那篇著名的論文裡讨論的結果。

洛倫茲力不做功一般是這樣理解的——洛倫茲力始終與運動速度正交，這意味着，洛倫茲力不會對運動電荷做功。但是這個解釋小編覺得并不完美。小編認為，關于洛倫茲力不做功的最好的解釋，還是來自于麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組是描寫電磁場的基本方程組，這個方程組是根據大量實驗觀測的規律而總結出來的一套理論。它包括電場的有源性、磁場的無源性、電磁感應定律、磁場環路定律。看起來和洛倫茲力無關，因為整個方程組裡沒有出現靜磁場裡的運動電荷——注意區分激發磁場的導電體裡的電流和磁場力的檢測電荷。但是在麥克斯韋完成他的工作幾十年後，愛因斯坦橫空出世。愛因斯坦證明了麥克斯韋方程服從相對論協變，這就導緻我們可以用相對論協變來從電場力裡推導出洛倫茲力。這是很神奇的的一件事情。愛因斯坦的推導結果證明，磁場力必須與參考系速度正交，因此就證明了洛倫茲力不做功。換言之，洛倫茲力不做功和電磁理論的相對論協變有關。

至于安培力做功，我們要結合安培力的微觀解釋來解釋。剛才說過了，安培力不是磁場力那麼簡單的作用力，它是磁場力和導體内的其他作用力的合力。這裡的其他裡去包括電場力以及非彈性散射相互作用力，這些力是要對電子以及原子實做功的，這就導緻磁場切割磁感線運動的通電導體注定要做變速運動（除非有外力抵消安培力）。我們由此可以得出，安培力做功不是在消耗磁場能，而是在消耗導體的電能并把電能變成了導體的動能。

因為這是由能量的守恒決定的。想要明白這個問題，就必須從微觀的角度來分析；通過比較可知，不論是安培力還是洛倫茲力，其最基本的受力對象都是帶電粒子；其中洛倫茲力是利用帶電粒子，如大分子物質，阿爾法粒子，質子等；洛倫茲力直接作用在這些粒子身上。而安培力就有所不同，安培力中最常見的就是電子作為基本粒子，也就是導線中流動的電子電流，宏觀作用對象是導體棒。

1：在勻強磁場中，當一個帶電粒子以一個速度v垂直于磁場方向射入時，就會在洛倫茲力的作用下做速度大小為v的圓周運動，洛倫茲力隻改變速速的方向，不改變速度的大小；也就是說在磁場中做圓周運動的粒子，能量沒有轉化為其他形式，還是保持在自身上。這就是洛倫茲力不做功的原因。

2：而安培力就不同了；在微觀領域，導體中的電子還是會受到洛倫茲力的作用，隻不過這種洛倫茲力是不完整的，因為電子無法逃脫導體棒，不能在磁場中做完整的圓周運動；所以大量的電子就會附着在導體棒中的一側，并朝着一個固定的方向推動導體棒。因此導體棒在宏觀上就會表現出受到作用力的現象，這就是安培力的形成。

既然有了力，就必定會做功，所以安培力做功會轉化為導體棒的動能，也就是說電能轉化為了動能；我們生活中使用到的電動機就是根據這個原理；比如直流電動機，在電動機通電時，不能讓轉軸固定不動，因為裡面的導線電阻很小，通電後就相當于把電源短路，電流過大就會燒毀電源。所以一段小導線在磁場中通電後，雖然隻是擺動了一小段距離，但是這個過程是在對外做功的。

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