物理量分為標量和矢量,矢量又分為極矢量和軸矢量。
矢量是既有大小又有方向并按平行四邊形法則相加的量。矢量有極矢量和軸矢量兩種,其間的區別是在鏡像反射變換下遵循不同的變換規律,許多物理量都是矢量,同樣,其中也有極矢量和軸矢量的區分,在力學中,例如位矢r、速度v、加速度a、力F等是極矢量。角速度、角加速度、力矩L等是軸矢量。在電磁學中,例如電場強度E、電偶極矩P等是極矢量,磁感應強度B、磁矩m等是軸矢量。了解極矢量和軸矢量的異同,對于正確理解相關物理量是十分必要的。
何謂鏡像反射變換(空間反向變換)呢?如圖所示,鏡面前的右手坐標系Oxyz在鏡面后成的像是左手坐標系O’z’y’z’,若x軸、y軸與鏡面平行,z軸與鏡面垂直,則x’軸、y’軸也有鏡面平行,z’軸與z軸反平行。這就是坐標系的鏡像反射變換。
對于位矢r,經鏡像反射變換后,與鏡面垂直的分量反向,與鏡面平行的分量不變,其他如速度v、加速度a、力F以及電場強度E、電偶極矩P等矢量,經鏡像反射變換后,都與位矢r遵循相同的變換規律,這一類矢量稱為極矢量。
另一類矢量經鏡像反射變換后遵循與極矢量不同的變換規律,如圖4.22所示是載流線圈經鏡像反射變換后,電流方向的變換。因此,按照右手定則,經鏡像反射變換后,磁矩m、磁感應強度B等矢量與鏡面垂直的分量不變,與鏡面平行的分量反向。這一類矢量稱為軸矢量。力學中的角速度矢量就是軸矢量,它的方向也是按右手定則規定的。(因為極矢量的鏡像變化,引發軸矢量的分量反向。)
極矢量和軸矢量的區別來源于其方向的規定,極矢量方向的規定與其自然指向一致,不依賴于坐標系的左旋或右旋性質。軸矢量的方向則按人為的右手法則規定,依賴于坐標系的左旋或右旋性質。
兩個極矢量叉乘,得到軸矢量。(數學里空間向量中的基本概念。)