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科学发现:面电流磁场及其性质
[楼主] 作者:王普霖  发表时间:2013/02/01 15:36
点击:638次

    一根通直流电的无限长直导线,在其周围会产生环绕导线的磁场,可以用铁屑显示出磁力线分布。

    两根这样的导线,之间就存在安培力。流向相同则吸引,反向则排斥。如果两导线做成环,两环相对放置,也是电流相同绕向时两环吸引,反之相斥。也是安培力的作用。

    条形磁铁、马蹄型磁铁,不管是电磁铁还是永久磁铁,都是N、S两极吸引铁屑,中间段落并不吸引铁屑。当把磁铁打成两段,断面上又出现了新的磁极。原来不吸引铁屑的部位就是可以吸引的了。这是为什么呢,原来铁屑被磁场磁化,很多磁畴顺向排列起来了,微小的分子环流方向从杂乱无章到有规则排列,形成一个可观的等效环流。而磁铁中的等效环流是沿横截面周长流动的,可看作无数具有相同电流流向的线圈紧密叠合成的。在N极端面上,可以看到等效电流是逆时针旋转的,在S极端面上,可以看到是顺时针旋转的。当铁屑的环流感受到磁极端面上环流的时候,两个环流就作用起来,安培力使它们吸引,于是磁极上就有铁屑了。当把这个磁铁做成环形,这个磁极端面就不存在了,外面的铁屑无法感受到它环形旋转的电流,它也就不能吸引铁屑了。因此这样的磁铁是买不到的,因为它不再具有“磁性”,就是我们通常看到的吸引铁的特性。在端面闭合的磁铁外,虽然看不到旋转的磁场了,但是等效在表面的电流依然存在,我们看到的是彼此平行的电流,就象在通电螺线管外看一侧的导线电流一样。这个电流是平行的,形成的磁场就是和端面上的不同了,它是面电流产生的磁场。面电流产生的磁场,铁屑感受不到它的存在、测量线圈感受不到它的存在、霍尔元件也感受不到。因此它对我们此前的人来讲,就没有一点概念。至今,所有的教科书都是说这种环形铁心的线圈外的磁场为零,磁通都集中在铁心内部。这是极大的认识错误。

    一般的环形变压器或者电感器,当通以直流电流,就可以看作一个端面闭合的电磁铁。在这个电磁铁周围,存在这种面电流磁场。它不吸引铁屑,也不吸引整片的铁片。如果通以交流电流,用检测线圈也感应不到磁场。这是磁场在检测线圈的此半圆环和彼半圆环产生的电势相互抵消了。

    我用两个环形铁心的变压器,把它们用细线悬挂起来,相隔一个距离,同轴相对放置。初级通以直流电,即可见到很强烈的吸引或排斥。这是两个同样的面电流相互作用的结果。能够吸引很重的通电变压器,但是却吸引不了铁屑、铁片,一点作用都没有。这个就是我所发现的面电流磁场的性质。

    把导线截面做成矩形,然后无数根紧密并联起来,不留空隙,就形成了无限大通电平面。无限大通电平面产生的磁场是处处相等的。该磁场的特性是不吸引铁、镍等物质。

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[楼主]  [2楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/02/01 15:55 

张三慧先生的《大学物理学》中有一个例题,是求无限大均匀面电流的磁场分布的。只是给出了两面的磁场是均匀并且反向的结论,并没有对其性质做描述。实际上这是把一根无限长直导线(有一定直径),用机器压成无限薄的片,导线宽度无限大的线的结果。
[楼主]  [3楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/02/01 15:55 

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