磁场的方向是什么呢?长久以来,人们都一直认为载流直导线周围环绕着闭环的磁力线,而磁场方向就是按右手螺旋法则确定的、沿闭环磁力线的方向。这种认识的起源就是导线周围的铁屑会在导线电流的驱使下聚集成一个个环绕导线的闭合圆环的表面现象。 载流直导线周围环绕着的那些铁屑形成的同心圆、那个按右手螺旋法则给出的方向并不真实。真正的磁场方向应该是沿导线径向的。理由有两个,从磁场传播方向的角度讲,一个偶极子的磁场在t=0时,在偶极子位置,在t时刻,它沿导线轴向和径向向外以介质的电磁波速率v向外扩散到了vt位置(按介质场速各向同性),这是微观现象。轴向的扩散有互相抵消的成分,而径向的扩散则没有被抵消。无线电天线的长度越长(保持和波长的倍数关系),天线的定向性越强、垂直于天线的方位电磁场越强。可以说磁场的扩散是沿径向的,这是宏观统计效果。从导线受力上分析,任何处于力场中的物体,其受力方向都是垂直于等势面的。万有引力是这样、电场力是这样,磁场力也应该是这样。定义任何场的方向都应该是物体受力方向或场势能梯度方向。不光是电场、万有引力场,一切场的方向都应该这样的。比如气压场,液压场,分子的受力方向也都是梯度方向,磁场力当然不能例外。你们有谁见过磁场中的物体受力是沿着闭环磁力线的?没有!从来就没有任何物体能在通电直导线周围受磁场力旋转。通电直导线周围的那些同心圆不过是一圈圈的等势线、套在直导线外面的同心柱面只不过是一个个等势面。一个套在载流直导线上的磁环,它的极化是由半径小的地方向半径大的方向进行的,因此导线的磁场方向真正是沿径向的。 任何场,只有它们的等势面的法向方向才配得上场的方向。 世界上的科学家,从来没有对磁场的方向究竟是什么有过正确认识。你们得知磁场方向是环绕导线的唯一的一个途径是铁屑在通电直导线周围的环状分布,除此,你们再也没有别的可佐证磁场方向是环绕导线的实验了。 微观的磁场方向是有平行分量和垂直分量的。微观磁场是偶极电场,偶极电场的场力是万向的。长直导线的磁场平行分量得到抵消或部分抵消,垂直分量就凸显出来了,这是统计效果。 你们只会用铁屑的分布来证明磁场是环绕导线的,而我会用我的偶极子理论对这一现象给你们另类的解答。 首先从平行载流导线的基本受力进行分析,两个平行载流直导线电流同向时互相吸引,反向时互相排斥。机理我已经用偶极子和图给你们表示过了。安培力是偶极电场力。具体图示见我的主贴《我已证明μ0ε0cc=1》。 把两根互相吸引的直导线,弯折成环,只要电流同绕向,它们还是互相吸引的。在一个平面上的一根载流直导线和一个载流环状导线之间的力又是什么关系呢?比如我在水面上漂浮一个载流圆环,旁边再漂一个载流直导线。那么圆环上接近直导线一侧的半环的电流如果和直导线电流方向一致,两导体就吸引,否则排斥。 接近直导线一侧的半个载流圆环侧面的电流只要和直导线电流方向一致,它们就互相吸引无误。远离的半环电流虽然反向,但距离远,斥力小于引力。 我们就奠定了一个认识基础:载流导线环总以一个电流同向的侧面和直导线接近。这可以算是一个定论。在空间中漂浮的载流导线环一定会以一个侧面去接近直导线,接近直导线的总是电流同向的半环,而另一半反向电流的环被排斥。因此,稳定吸引时的状态是它们共平面。如果电流环的电流是反向的,则空间中的电流环会翻个跟斗,掉转180°后再和直导线接近、吸引。 铁屑是铁磁物质,铁磁物质中有固有分子环流,这些环流如同载流导线环,在直导线周围,它们也取向如此。比如直导线是直立的,电流方向由下至上。那么在直导线周围水平纸面上的那些极细的铁屑,它们中的环流也会直立起来,即每个环流的轴都是水平的,这些水平轴的包络线形成的就是环绕直导线的圆环。这就造成了接近直导线的半环分子环流向上,远离直导线的半环分子环流向下。这样每个铁屑的环流方向都会被理顺成一致,这些环流N极接S极,也互相吸引,形成环绕直导线的铁屑线分布。 如果取一条铁屑线进行分析,用一个平行于直导线、垂直于我们水平视线的平面将铁屑布成的环切开,我们可以看到,直导线左边面对我们视线的铁屑环截面上流动的是逆时针电流,在直导线右边面对我们视线的铁屑环截面上流动的是顺时针电流。 现在你们应该已经清楚了,每个分子环流靠近直导线的内侧都顺应直导线的电流,这样形成的铁屑排列,只能算是铁磁质的环形极化排列。这种排列只有对铁磁物质才有效,因为铁磁物质中有固有分子环流。但是,场物质不是铁磁物质,很多抗磁性物质也不是铁磁物质,它们就不能在直导线周围形成这种细屑的排列。对于抗磁性物质,如果人为把它们摆成环状,这些环甚至会在直导线电流作用下四散分开。非铁磁物质在磁场作用下形成的是偶极子极化,而不是环形极化,虽然环形也是偶极子的一种特殊极化排列。 通过对直导线周围铁屑环形成机理的了解,我们就知道了并不存在天然环绕直导线的“磁力线”。磁场的最小单位是偶极子,磁场的偶极子定义法表明,磁场并不是有旋场。宏观磁场的有旋是偶极子排列成环状结构所形成的一种宏观表现。导线弯成环,磁场就在环上等势、导线是直的,磁场就在直线上等势。磁场中物体的受力(不管是铁磁质、顺磁质、抗磁质,导体还是绝缘体)总垂直于等势线(面)。垂直于等势线(面)的方向是磁场的真矢量。 场的方向应该是物体受力方向。重力场中,物体受力向下,重力场也是向下。电场中,正电荷受力方向是电场方向。流体压力场中,流体受力方向是流体场方向。同样,磁场不能有例外,磁荷(偶极子)受力方向才应该是磁场方向。 因此,磁力线应该是径向的。那为什么直导线周围的铁屑又都是环状的呢?铁屑之间又为什么互相吸引呢? 前面我说了,直导线周围本没有环绕的磁力线。铁屑中分子环流的理顺,使得理顺了环流的铁屑之间也产生了相互作用力,把铁屑首尾吸引起来的力是铁屑环流之间的力,并不是直导线对每个铁屑的力。如果把大部分铁屑都移走,只看一个铁屑的受力,你们会惊奇地发现,铁屑受力向直导线,是沿直导线径向的! 我们已经看到,不管是铁磁物质还是非铁磁物质,它们的受力都是沿着直导线径向的。磁场对铁磁、顺磁物质吸引、对抗磁物质排斥,但力都沿径向的。径向是无限长载流直导线真正的磁场方向。 什么叫力线?它是物体在不同位置受力方向所包络出的线。任何物体都是按照力线受力的。力线的切向永远是受力方向。 直导线周围的同心圆并不是磁力线!没有任何物体,电荷、磁荷会沿着它的切线受力!因此这些同心圆都是假象。不仅是我,你们所有人也都没见过直导线周围的物体会受力旋转!放在无限长载流直导线周围的铁屑相互吸引成为一个个同心环状,这些铁屑之间的力就是属于主场诱导出来的力。这些铁屑之间互相吸引的力并不是主场对铁屑们的力,而是铁屑之间的力。我告诉大家,即使把支撑铁屑的纸面做成不受任何阻力的旋转圆盘,这些铁屑也不可能旋转起来! 因此传统的按右手定则判断出的磁场方向是不存在的。 两个本无相互作用力或相互作用力很小的物体,当它们处于同一个主场中,它们互相之间会产生额外的力。这个力是主场诱导出来的。比如在太空引力很微弱的场合,两个相隔1米的物体之间的引力是1,当这两个物体都在地面上时,还是相距1米,它们之间的力会大于1。 铁磁物质也是一样,两个铁块之间本无安培力,但把它们放入同一磁场,它们之间产生安培力了。这是因为物体或铁块都被主场所极化,才产生的相互作用力。这个力并不是主场对它们的力。 这些同心环代表的只是铁屑之间力的闭环,并不是直导线给出的力线!因此,直导线周围的那些圆环,并不是它产生的磁力线。这就是我否定右手定则的逻辑、这就是我否定传统理论的逻辑、这就是我指出的:磁场方向不是右手螺旋法则定义出来的方向。 前面我也说过,单独的铁屑微粒,或其他物体微粒在直导线产生的主场中受到的是径向力。这个径向所指方向才是磁场方向。磁感应强度大小是随径向距离变化而变化的,因此B对位移的变化率是在径向敏感的。无限长直导线的磁场方向是径向的。任何场线都是用一个试验物体点在场中的受力来描述的,磁场线也不应该例外。那么这个磁场中的试验物体是不应该有固有磁场的,它应该是一个自由物体。 “两个本无相互作用力或相互作用力很小的物体,当它们处于同一个主场中,它们互相之间会产生额外的力。”这一认识,是我在研究物理机理过程中领悟到的。“诱导出来的力”这一观念也是很难见于一般的理论论述中的。这个概念说出来大家都会同意,确实是那么回事。但是司空见惯的事情就视而不见了,因此人们就没有这个意识。当我把这一概念、这一认识用来解释铁屑集成环状的机理时,就看穿了直导线周围这些环状物的秘密。我就直截了当地说:直导线周围不存在环状磁力线。那些“力线”不属于直导线。 |