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拨开笼罩在电磁学领域上空的层层迷雾
[楼主] 作者:马国梁  发表时间:2015/04/27 10:53
点击:1754次


最近,在本论坛展开了一场激烈的争论。朱顶余和王普霖先生就安培力方向和牛顿第三定律问题各执一词,唇枪舌剑,互不相让,至今难分胜负。朱先生用他那聪明绝顶还有余的头脑首创“牛顿第三定律不成立”的违例,并因此激动不已;而王先生虽然知识渊博、经验丰富,可这次却也打破常规,认为出现了安培力方向与导体不垂直的情况。在这场论战中,笔者也难免被卷入其中,结果被忽悠的是晕头转向,失去了自我。在这种情况下,笔者不得不静下心来,痛定思痛,终于慢慢走出迷局,弄清了事情的本质。

事实上,在朱先生特此设计的空心球面上,两个端点间的电流根本不可能均匀分布。因为球内导线AB的中间部分偏离了直径位置,球面上各经线方向的电流都与之有相互排斥的作用,并在可能的情况下,偏移到最远的经线上(且同向电流相互吸引),从而实现电路包围面积的最大化。因此朱先生设计的立体电路实质上是一个左边横V形、右边半圆形的闭合电路。该电路上共有三个安培力:朝左上方的力、朝左下方的力,水平向右的力。这三个力相互平衡,整个电路所受的合力为零。

左边V形电路及它的两个边ACBC都可以拿出来进行受力分析。其中每个边的安培力都与导体相垂直,每个边的左端都受竖直方向的约束力,右端则都受水平向右的拉力。每个边在三力作用下都能够达到平衡状态;整个V形电路在两个安培力和右向拉力作用下也能够达到平衡状态。

但是独立的V形电路在现实中是不可能存在的,因为它无法形成持续的电流,因此也就不存在安培力的方向问题。如果非要假设它内部通有电流并判断安培力的方向,那就必然出现无法克服的矛盾:一方面是朱先生坚持的“安培力与导线垂直,牛顿第三定律出现了违例”;另一方面就是王先生坚持的“牛顿第三定律正确无疑,安培力与导体出现了不垂直的情况”。然而现实中真实存在的一切都是不矛盾的。所以我们之间的争论就变成了一场闹剧。採住人家的辫子打了一顿,可仔细一看竟然是个和尚。

在任何电路(包括网络)中,每一边所受的安培力都是由剩余的其它边共同决定的;反过来,每一边也都对其它边施加着反作用力。所有边的安培力之和应该为零。只拿出其中的一部分进行受力分析,这是一种常用的“隔离”法,但不能忽略其它部分的作用。分析被隔离物体的受力,一旦有了遗漏,那就无法实现力的平衡。

任何两个电流元间的相互作用都不是直接的相互作用,而是通过磁场施加的,因此在一般情况下两力不存在相等的关系。只有电流元和附近磁场的直接相互作用力才是永远相等的。

两个电流元,只有在相距不太远(因为力的传播需要时间),没有绝对运动(防止电流周围的磁场分布不均匀),电流方向都与连线垂直(防止出现横向分力)的情况下,相互作用的安培力才能相等。

然而,由无数电流元组成的任何闭合电路,却能通过磁场的叠加,让所有电流元的安培力都能够相互平衡。虽然从理论上难以证明这个,但我们相信这一论断的正确性。

安培力的方向在任何情况下都与导体相垂直。其原因不仅是因为“电流所受的磁场力总与电流相垂直,而电流只能在导体中流动”,还因为电是一种可以流动的物质。电荷所受的力其中方向与导体一致的分力将改变电流的大小,所以只有与导体垂直的那个分力才能作用到导体上,形成外在的安培力。这就像容器中的水对器壁的作用力只有垂直压力一样。

在安培力的作用下,每个电流都有兼并同向电流、排斥异向电流的意图。由软导线构成的单孔电路在自由状态下将呈正圆形,并在可能的范围内达到面积最大。每段软导线在通电后都有变直的趋势。在有约束的情况下,安培力还会对约束物产生反抗作用。

约束物可能是周围的绝缘体,但也可能是导体本身。由电流、磁场、导体、绝缘体组成的电磁系统,其内部有着复杂的力学关系。但不管怎样,牛顿第三定律仍然是成立的。作用力和反作用力总是成对出现,性质相同。所有内力的总和一定为零。整体不可能受到任何内力的作用,其质心不会产生任何加速度。

但是整体的内力平衡,并不意味着其内部的各部分电路的受力也都平衡,所以它们很可能发生相对质心的移动,引起局部或整体的变形,直到受力达到平衡为止。

任意闭合电路,所有的安培力之和都一定为零。但如果把它分为两部分,那么两部分的合安培力将是一对作用和反作用力。但对其中每部分电路来说,只有一个合安培力是不可能平衡的,因此必须借助于两个端面上的约束力和约束力矩才能达到平衡。

即便所有的安培力能够相互平衡,所有的约束力也能够相互平衡,但约束力系也仍然是必需的。例如环形电路就是这样,不然它就会无限膨胀。它需要约束力进行限制。

朱先生的V形电路,如果再加上一个反向的V形电路,那么就构成了一个对称的菱形闭合电路。其中四个边上的安培力都靠近顶角小的一侧,彼此相互平衡的。

但如果把菱形电路绕较短的对角线弯折一下,那么就构成了一个立体电路,形成空间力系。此时四个安培力将向折轴方向移动并绕着导体转动,到达新的平衡位置。其特征是:四个力仍然共平面,并仍与各自的导体相垂直。

而当四个顶角都相等时,那么这个电路就变成了完全对称的了,四个力的作用点将在各自导体的中点上。

即便是立体电路中的空间力系,它也应该同样遵从经典的静力平衡规律。

综上所述,笔者认为:直接的作用和反作用力将永远相等,安培力与导体将永远垂直,两者没有丝毫的矛盾。朱先生和王先生的争论至此可以休矣,两人都是对错参半。虽然两位先生都是智者千虑,但终究难免一失。希望我的话没有伤害他们。

经典物理学内容已经相当完善,在电磁学领域目前也还没有真正违背经典力学规律的事例。至于以后怎样我不敢随便乱说,但对任何新发现的情况我们都必须慎之又慎,应该首先考虑是不是我们自己错了,然后再怀疑传统的理论体系才是。

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 [2楼]  作者:王普霖  发表时间: 2015/04/27 11:33 

请马老师分析一下我那两根相错但平行的导线受力情况。
 [3楼]  作者:wqqw7758521  发表时间: 2015/04/27 12:22 

就两小段电流源的相互作用来说,赵凯华推导过可以有不符合牛顿第三定律的情况。
但可惜的是孤立电流源不存在,整体看还是符合牛顿第三定律。
 [4楼]  作者:王普霖  发表时间: 2015/04/27 13:31 

http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-410995.html

这个帖子光有人看没有人答。
[楼主]  [5楼]  作者:马国梁  发表时间: 2015/04/27 14:33 

对【2楼】说:
王老师问的是“两无限长的异面直导线”?那需要积分的哟!挺麻烦。
 [6楼]  作者:541218  发表时间: 2015/04/27 15:34 

对【3楼】说:

赵凯华 曾在长途电话里主动向我提出,两个(不保持正面平行的)电流元(载流导棒段)之间的安培力并不服从牛三,即作用力与反作用力虽然大小相等但其方向不一定相反更不一定处在同一条直线上。其合力当然不一定等于零。

当然,“安培力总是垂直于载流导线”这是客观事实;毋庸置疑,千万别指望从这里找到突破口。

王普霖 居然冒天下之大不韪,声称 安培力 并不永远垂直于载流导体,王普霖 毫无依据 仅仅凭借 一厢情愿的主观愿望 强加于客观事实一种主观臆想;太蛮横霸道,太野蛮,太霸道,太不讲理,胡搅蛮缠   无稽之谈 想入非非 胡思乱想 捏造理由 负隅顽抗 文过饰非 不敢认错  虚荣心十足 与真理对抗无异于自绝于客观世界。

我再次警告王普霖 立即停止妖言惑众 决不允许任何人肆意亵渎真理,误导他人;言论必须指出出处。言之有理 论之有据。决不允许 信口开河 主观想象 用猜想或愿望替代客观事实。

新的结论,尤其是离经叛道的结论 必须来自于严格的推理与计算的结果。

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

 

现在 再对马老师说:至于 电流会不会均匀分布于每一条经线,那是另外一回事;暂且,我们就不妨先假定球壳上面的电流均匀分配给每一条经线,其实这也不难做到,即可以沿着经线铺设很细的漆包丝,迫使自由电荷均匀地沿着每一根漆包丝流动,这在工艺上并不太难,绝非理论上的办不到。现在我们并不是在讨论实用型产品的生产方案以及具体的可操作的工艺流程,而是纯粹的在讨论一种理想实验模型,是在探索一种新理论;而不是在发明一种新产品新工艺。所以 完全不必用商品设计者的思维风格对待理想实验模型的设计;即不必介意 铜球表面的经线电流是否均匀;因为这并不是原则问题。

马老师,霖除了 对铜球表面的经线电流分配不均匀,还有什么实质性致命的否决意见?

正如 wqqw7758521 所说,赵凯华所编著的《电磁学》已经给出明确的分析结果:电流元之间的相互作用可以不服从牛三,【赵凯华也曾在电话里主动向我流露出这个意见】只是因为电流元不存在,只要能够制造出不闭合的电路,就等于获取了 牛三的违例。

我正是沿着这条思路才走到这里的。我之所以 苦心孤诣 绞尽脑汁 挖空心思 费尽心机 精心设计了这个铜球壳替代直角三角形闭合回路中的斜边,就是为了设法逃避第三边的存在,从达到制造出“不闭合”的稳恒电流回路之罪恶目的。这样 第三边(铜球壳)的回路电流就等效于不存在。剩下的两个直角边AC与CB之间的相互作用力 就相当于两个不平行的电流元之间的相互关系,当然不服从牛三啦,其实 王普霖 一眼就看出了这个理想模型的绝妙 本来理应拍案叫绝 为之喝彩鼓掌,但出于嫉妒恨的本能心理反应 所以才丧心病狂地 炮制出:连王普霖自己都不准备当真的所谓 安培力 不一定都垂直于载流导线的罪恶假设。幸亏及时遭到了马国梁老师以及wqqw7758521高手的严词驳斥,从而挽救了安培力尊严

奢望 朋友们 凭借天良 说句良心话:鄙人所构思的这个球壳模型是否等价于不闭合电路?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………

其实,谐振子模型即 辐射天线也等价于不闭合交变电路,如果将直线状天线改造成 V 形,那么这  V 形部分的安培力之矢量和必然不等于零,这就是 通常所说的辐射反冲。因为 只有直线状天线的辐射才均匀地分布于四面八方,对于 V 形天线的辐射就不再均匀分布于四面八方了 而是主要集中于喇叭口的方向。这样 电磁波所携带的动量之和就不等于零了 这就要求天线再做反冲运动 以保障动量守恒。

但对于 稳恒电流 (原则上可以设法实现)均匀地分配给球壳表面的每一条经线时,且并未发出电磁辐射,球壳内部必将不存在由球壳表面的经线电流所激发的剩余磁力线。这样 就等价于不存在第三边电流回路,即等价于创造出稳恒电流的不闭合回路;当然也就等价于创造出牛三违例。

敬请 马老师 以及wqqw7758521高手继续点拨   鄙人 已经觉得 马老师 以及wqqw7758521等诸位高手都有权署名作者,所以热忱欢迎马老师 以及wqqw7758521等诸位高手乐意参与创作。破除迷信(不盲目迷信牛三,即勇敢怀疑牛三的辖区也存在着盲点) 解放思想 客观公正 不偏不倚,努力寻找牛三  、(角)动量守恒以及(角)动能守恒 的 辖区盲点。务请大家明白,这个课题绝不姓朱。鄙人 也是受 网友们如王春元的聒噪声的启迪 才突发奇想的。

 [7楼]  作者:王普霖  发表时间: 2015/04/27 15:56 

马老师:
“朱先生的V形电路,如果再加上一个反向的V形电路,那么就构成了一个对称的菱形闭合电路。其中四个边上的安培力都靠近顶角小的一侧,彼此相互平衡的。”

这和我解剖 朱顶余 的L的方法是一致的,补充了AD、DC就是完整的环路。他所要的垂直于导线的安培力不是不能产生,而是它那个电路不能产生。他那个电路只能产生沿AB正反方向的安培力和反安培力。

我们可以先画上AD、DB,但不通电。单独BCA通电,产生AC方向安培力,方向同BA。然后断开BC,连上AD,单独CAD通电,可在AC上产生又一个方向的安培力,方向同DC。

也就是说AC的两个邻边分别导电,分别得到安培力Fba和Fdc,大小相等,方向差90度。当把BC、CA和AD同时通电,就相当于前两次单独通电得到的两个力的矢量和。这个合矢量就垂直于AC,是真正轴对称场产生的垂直安培力。当缺少第三边AD时,就是不对称场产生的安培力。它的大小只有三边形成的垂直安培力F=Fba+Fdc的根号2分之一。可见,垂直于导线AC的安培力F,只是两个邻边对导线AC单独作用的叠加。那么这种分析方法叫做各个击破。我的分析也证明了只有单边BC贡献磁场时,对AC电流的安培力就是BA方向的!这就是不对称磁场在导线AC中贡献的,不垂直于导线的安培力!
 [8楼]  作者:王普霖  发表时间: 2015/04/27 16:17 

对[5楼]说:
马老师,我那是一个平面上的两条等长错位平行线,请看

http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-410995.html
 [9楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2015/04/29 01:17 

[6楼]
朱先生,你的铜球是否可以实现非闭合电流元,并不是一目了然,毫无争议的,因此你不如直接跟赵凯华说采用空气电容放电而形成的非闭合电流元,看看他坚持牛3还是洛伦兹力?

※※※※※※
空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。
 [10楼]  作者:541218  发表时间: 2015/04/29 08:54 

对【9楼】说:

赵老师,要你带着示意图与他当面比划着讨论  当然要将他老人家请到王府井大街的宾馆去交谈,他的太太需要安静,

同时还要供上水果花篮,脑白金 冬虫夏草 长白山人参,悬崖绝壁的燕窝,还有鳗鱼以及熊掌

 [11楼]  作者:刘振永  发表时间: 2015/06/05 15:30 

国梁先生:不知近段时间又在研究哪些方面的问题;而你一直关心的本人拙著《自然之然》一书,已于今年早些时候经由中国原子能出版社出版,只是由于不便明说的原因而迟至近日方才公开发行。倘若你的接收地址没有什么变动的话,那么我将按此前的老地址给你快递过来一本,以资雅正。
科学探索之路异常艰难,没有谁敢保证说他就一定确切地走在毫无错误的道路之上;论坛里的朋友从青髯到华发,盖凡有所思考者,其甘苦自知而大多莫为人知;因此,必要的沟通与相互指出问题十分重要,否则一味地沉浸在探索的海洋里而不关心彼岸,将十分的麻烦。
当然,此刻希求国梁先生及其他各位朋友(倘若愿意的话)所做的,正是那指路明灯式的灯塔作用,还望不吝赐教。
由于手中之书十分有限,尽管很想但却难以给每位朋友都奉上一本,因此有所好奇的朋友将不免要慷慨解囊了。
鉴于本书刚刚发行而销售平台尚未完全铺开,因此提供一些网上的购书途径以供参考。(北发图书网、中国图书网、淘书网、当当网、新华书店,等等。)可对比一下价格,有的网站相对比较经济点。
《自然之然》内容简介:
《自然之然》一书,是对自然的存在本质、运转规律,以及自然所含主要存在的存在特性,还有我们人类惯常使用的一些基本概念、关注的重大问题等,分别给予一定程度之系统性阐释的一部综合性著作。
本书对其述及理论的探究与阐释,有别于以往绝大多数的旧有方式;它直接以物质这种自然界的最基础性存在为出发点,通过对物质微观终极构成单元的先验性剖析与分类,从而将长期困扰着我们人类的那些有关于自然本质的最重大问题的解析,直接架构在了物质——这一整个自然存在之基础的基础之上。
自然的真实,远复杂于以往我们所可能尝试过的全部想象。尽管本书之内容,没有穷尽、也不可能穷尽自然界的所有秘密,但是它已基本上将自然的全貌整体性地展现出来,而且是以那种不违逻辑,合理、可信的方式,描绘出的一个美妙、壮观、和谐的自然。

目录:
绪论
0.1 神奇的自然
0.2 人与自然
0.3 所谓自然
第Ⅰ部分 自然与存在
第1章 自然
1.1 自然诸存在的基础、种类及相互间的关系
1.2 自然的特性
第2章 物质
2.1 物质的基本结构单元及其部分特性
2.2 基本粒子各种组合体的层级结构
2.3 基本粒子及其各级组合体单独或相互间的作用
2.4 自然界各层级普通物质之间的循环演化
2.5 质量、能量与物质三者之间的关系
2.6 物质的存在对于自然的意义
第3章 意识
3.1 关于意识
3.2 意识与生物体之间的关系
3.3 意识的分类
3.4 意识与物质、作用以及意识与意识之间的关系
3.5 意识的存在对于自然的意义
第4章 作用
4.1 关于作用
4.2 作用的分类
4.3 部分作用类型的特性
4.4 作用与运动、发展、变化之间的关系
4.5 作用的存在对于自然的意义
第5章 规律
5.1 关于规律
5.2 规律的特性
5.3 规律的分类
5.4 规律与运动、发展及变化之间的关系
5.5 规律的存在对于自然的意义
第Ⅱ部分 时空与光
第6章 时间与空间
6.1 时空概述
6.2 广义空间
6.3 狭义空间
6.4 广义时间
6.5 狭义时间
第7章 不同参照系之间的时空转换关系及光的传播特性
7.1 时间与空间的关系
7.2 不同观测系统之间的狭义时空转换关系
7.3 光在匀静广义空间中的传播特性
7.4 光在相对于惯性运动观测者静止的透光介质中的传播特性
7.5 光在相对于惯性运动观测者运动的透光介质中的传播特性

第8章 光的多普勒效应及相对绝对静止空间探测实验方案
8.1 光的多普勒效应
8.2 光的多普勒效应的应用以及存在的问题
8.3 相对绝对静止空间探测实验
第Ⅲ部分 关于宇宙
第9章 星系红移、宇宙膨胀以及时间、空间、距离、光速等相关概念之间的内在本质联系
9.1 均衡变化空间情况下的宇宙膨胀、星系红移以及时间、空间、距离(尺度)、光速等概念之间的联系
9.2 非均衡空间膨胀或收缩情况下的时间、空间、距离(尺度)、光速等概念之间的联系
9.3 关于传统引力理论以及小宇宙某些相关问题的讨论
9.4 时空的量子特性、狭义时空的量子尺度以及光速三者之间的
关系
9.5 参照系在不同空间环境下静止或运动时的时空特性分类

第10章 宇宙的演化
10.1 黑、白洞的特性以及各级别黑、白洞的形成与演化
10.2 宇量级黑、白洞的融合
10.3 本小宇宙黑、白洞融合后的大爆炸与暴胀
10.4 本小宇宙的空间缓慢膨胀期
10.5 本小宇宙的稳定演化期
10.6 本小宇宙的衰亡期
第11章 宇宙的时空特性
11.1 大宇宙的时空特性
11.2 小宇宙本身的时空特性
11.3 小宇宙内代表性天体的时空特性
第Ⅳ部分 微观世界
第12章 微观基础
12.1 基本粒子的种类及特性
12.2 场及基本相互作用
12.3 作用包型粒子与普通物质型粒子
第13章 量子力学
13.1 波粒二象性
13.2 测不准原理与不确定性原理
13.3 微观粒子的干涉现象
第14章 基本粒子及粒子间的相互作用
14.1 基本粒子与粒子间的相互作用
14.2 引力相互作用
14.3 电磁相互作用
14.4 强、弱相互作用
14.5 四种基本作用的功能特性及相互间的关系
14.6 在基本粒子与基本作用的层面上对惯性、质量、能量、质能关系及质能守恒等诸概念的再认识
第15章 暗物质与暗能量
15.1 暗物质
15.2 暗能量
第16章 传统宇宙学
16.1 传统宇宙学理论的问题
16.2 对部分传统宇宙学概念及宇宙热点问题的解析和讨论
第Ⅴ部分 宇宙生命及文明
第17章 宇宙生命及文明
17.1 宇宙生命及文明的普遍性
17.2 宇宙伦理
17.3 星际旅行

~刘振永 2015.6.5


 [12楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2015/06/06 10:18 

星际旅行是根本不可能的,人的身体不能长时间处于无重力环境中,那样的环境会让人体骨架消化掉。飞船跨越星系的往返飞行也是根本办不到的。
 [13楼]  作者:刘振永  发表时间: 2015/06/06 10:56 

失重问题不难解决,目前技术就能达到;关键是快速旅行的问题。就目前所知的人类飞行技术以及设想的各种飞行方案而言,确实那星际旅行的梦想是根本不可能实现的,不过由于我们人类当下还对大自然了解甚少,而究竟存不存在超光速旅行的可能,则是我们并不能轻易去肯定或否定的。《自然之然》一书剖析了人类为何难以实现星际旅行梦想的原因,但是却也从新的视角给出了超光速旅行的可能以及实现此梦想的方案;当然,至于人类能不能有机会达到那样的技术层次,则就不好说了。
[楼主]  [14楼]  作者:马国梁  发表时间: 2015/06/06 11:27 

振永先生:
刚刚看到你的帖子,很高兴你的书得以出版发行。我的地址没有变化,很期盼能读到你的书。希望我们能有更多的交集。
我前边和网友讨论物理问题,曾经非常激烈。近段搞了汉字的“起笔部首检字法”的研究,并和网友交流。我把最近的文章通过信箱给你发去一份吧,如有兴趣可以鉴赏一下。
 [15楼]  作者:刘振永  发表时间: 2015/06/07 01:41 

国梁先生:书将尽快寄来,请注意查收。你的“起笔部首检字法”我已收到,很有新意,我会用时间研读一下的。

~刘振永
[楼主]  [16楼]  作者:马国梁  发表时间: 2015/06/07 11:38 

谢谢振永。

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