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载流直导线周围不存在闭合磁力线
[楼主] 作者:王普霖  发表时间:2016/04/15 12:06
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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。 

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[楼主]  [2楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 13:49 

两个平行于x轴的同方向电偶极子A、B,如果保持平行状态和方向不变,A在原点不动,B绕A以半径R做圆周平动,半径R>>极距l,B的中心在(R,0)和(R,π)时,两电偶极子互相感受到的是纯电场力,双方视对方为电荷。B的中心在(R,π/2)和(R,-π/2)时,双方感受到的都是纯磁场力,双方视对方为磁荷。在其它角度,电性、磁性共显。这就是我说的磁场就是偶极电场的核心思想。它们本是同一物,只是在不同角度就得到不同的力的性质。

因为同性,所以B在除(R,π/2)和(R,-π/2)时两个特殊点(在这两个完全对齐的特殊点相斥)外,它们都受相吸的平行分力。同样,B在除(R,0)和(R,π)时两个特殊点外,它们都受相吸的垂直分力。

偶极子磁场理论指出,偶极子之间的力既显电性又显磁性。两个偶极子在一条直线上时,它们之间的单极库仑电场力最大,偶极库仑电场为零。这是一种稳定状态。两个平行同极性对齐的偶极子之间存在最大偶极电场排斥力。这是偶极子不稳定状态。自然状态下,它们一定会在这种排斥力下完成错位,转而取吸引的稳定状态。偶极子前后距离比之偶极矩之比是相差极其悬殊的数,因此这种错位不影响电流的同向流动。

平行方向的偶极电场分力是和垂直方向偶极电场分力有不同的性质,但都是角度θ的函数,因为那两个完全对齐时的不稳定点,因为实际上它们也不取那个不稳定状态,因此我们可以忽略掉这个点。显现磁性的垂直分量为Fmsin θ,显示电性的平行分量为Fmcosθ。两个偶极子之间的力既有垂直分量又有平行分量。这里的Fmsinθ就是计算电流元磁场时时常要用到的求垂直分量因子,我在其它帖子中对此有说明。显示电性的平行分量为Fmcosθ在对称分布的平行分量积分结果为零。

同样,如果两导线电流反向,则这对电偶极子是也是互相反向的,则它们平行分力和垂直分力在大部分时间内都是相斥的。在两个特殊点,它们有瞬间相吸,但因为两导线中的偶极子又必须在各自的电场驱动下相对运动(因导线中运动的偶极子是异偶极子),因而相吸不能持久,如同白驹过隙,所以这瞬间的吸引也可忽略。
[楼主]  [3楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 16:48 

两个电偶极子平行相处,它们之间力的表现和两个圆柱形永久磁铁一模一样。

两圆柱形磁铁,同极性平行放置如上面的A、B偶极子,使B磁铁环绕A磁铁旋转平动起来,也是在(R,π/2)和(R,-π/2)两个特殊点相斥,在其它地方相吸。

两圆柱形磁铁,反极性平行放置如上面的A、B偶极子,使B磁铁环绕A磁铁旋转平动起来,也是在(R,π/2)和(R,-π/2)两个特殊点相吸,在其它地方相斥。

由此可见,导线中流动的异偶极子实际上就是自旋着的被极化电子。一个这样的电子,它就相当于一个小的柱形永久磁铁。
[楼主]  [4楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 17:24 

各种分析都表明,两平行导线之间的偶极电场力只取决于异偶极子的极化程度,和它们之间的相对速度无关。异偶极子的极化程度可以用偶极电量Q来表示,不再使用偶极矩的方式表示。

这里要再次重申一下异偶极子的概念:电子自身带负电荷,但它也带正电荷。在电场作用下它也能极化出正负极性。形成带净电荷的偶极子,我把它叫异偶极子。

偶极电量Q并不考虑电子带多少净电荷,它只考虑极化出的偶极电量部分。把它和电流之间建立起一种关系,那就是λ=I/c。

λ是单位长度导线在电流I的作用下,极化出的偶极电量。它是偶极电量线密度,单位为库仑/米。c是真空中光速。

不论导体是什么形状的,只要它带有偶极电量,它就可以按照计算单极带电体一样的方式进行力的计算。
[楼主]  [5楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 18:09 

磁场是偶极电场的学说,能够完美解决平行载流导线的受力问题。它告诉大家,两导线之间力的大小和导线中电子的相对运动速度无关,也和两导线的绝对速度无关。电流同向时,两导线中电子运动相对速度为零,电流反向时电子相对运动速度为二倍导体中电子速度,但力只改变了方向,力的大小和速度无关。因此磁场不是电荷相对运动的效应。

这个学说也告诉大家,在低速情况下,把这两导线平行相对运动起来(差模)或放到飞机上运动起来(共模),它们的受力都不会改变。

该学说对“磁场是电场的二级效应”、“磁场是电场的相对论效应”是一个否定。磁场只取决于当地物质的受偶极极化程度,和观察者速度无关。
[楼主]  [6楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 18:09 

同样,我们也可以通过换算计算出偶极电量体密度。

当把偶极极化程度用偶极电量表示出来后,高斯定律等一切对单极电荷有效的式子也能用于偶极电荷了。这时就可以对磁场也求散度。
[楼主]  [7楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 18:53 

事实上,万有引力场也是磁场,它是物质被力致极化(即加速度极化)的结果。万有引力的极化方向是辐射状偶极子排列,它并不是漩涡形排列。因此,万有引力磁场并不会产生宏观的地磁场。

地磁场的形成是地球自转和掠过地球的带电体形成的自东向西的相对运动产生的。其中也包括带有正电荷的大气环流、被极化的场物质。万有引力场就是可求散度的磁场之一。
[楼主]  [8楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 19:11 

言归正传。前面说了无限长载流直导线的磁场方向是沿径向的,磁感应强度是和直导线距离反比,因此对磁场可求散度,计算结果是沿径向(x轴方向)的散度是和距离平方成反比的负数。
[楼主]  [9楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/16 21:51 

从【1楼】到【8楼】这些知识你们从书本里是找不到的。我的分析、研究都是一步步有根据的、是一个台阶一个台阶往深处走的。一下子看不明白或转不过弯来不要紧,改变人的认识是要有过程的。我一点都不着急。
[楼主]  [10楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/18 14:39 

我的偶极子极化理论向大家阐述了一个事实:空间中物体之间的力,并不是简单的线性叠加关系。A和B之间力的大小还取决于C对它们的力。C对A、B的施加的力为诱导力,A、B在诱导力的作用下产生感生力。这就是被极化的物质间产生感生力的物理作用机理。有人说我喜欢创造新名词,这其实都是迫不得已的。思维到了这里,想到了人们没有想到过的物理机理,必须要将它用语言形象地表达出来。

诱导力是产生主场的载体对场中每一个物体的力,也就是我们平时正常表达的场力。如电容器极板间的电场对介质的场力、载流直导线的磁场对身边物质的磁场力。感生力是物体相应主场诱导力的同时,产生的附加的、对身边其它物体的力。比如铁屑互相之间的吸引、电容器极板中介质颗粒之间的力。

感生力有区别于反作用力。它不是对产生主场的物体的反作用力,而是主场中各物体之间产生的力。

传统电磁理论显然没有看到这一点。它把载流直导线外铁屑之间的力当成直导线产生的磁力,这个错误到今天已经延续了几百年了。

通过本主题帖,我向公众展示了几个观点:
一、指出了诱导力和感生力在作用对象上的的区别,它们不是作用力和反作用力。
二、指出载流直导线周围环绕的“闭环磁力线”不是诱导力的力线。
三、力不是简单的线性叠加关系。
[楼主]  [11楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/18 14:45 

更正【10楼】第二段第二行“感生力是物体相应……”为“感生力是物体响应……”
[楼主]  [12楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/19 01:39 

诱导力一词原本是有的,诱导本是动词,它应该是主动力,但过去人们把我这里说的感生力叫做诱导力显然是很不恰当的。感生力是被动的,这个词是我提倡的。诱导力和感生力是因果关系的力。
[楼主]  [13楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/04/19 05:53 

感生电动势就是感生力,它就是在诱导力下产生的附加力。它和主场的诱导力不构成作用力和反作用力的关系,但是产生感生力的能量来源于诱导力。如在载流导线产生的面磁场(线磁场)中的导线,受到的就是面电流磁场(线电流磁场)的诱导力,导线中电子受到极化,电子和电子之间产生的就是感生力。感生力产生全导线回路的电子极化,就会形成电动势和电流。
[楼主]  [14楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/05/04 15:16 

一块云彩正在下雨,云彩中心的下面雨量最大,边缘雨量最小。这就形成了和中心距离有一定规律的雨场。凡是向雨场跑去的人,都会被雨水所淋湿,都会感觉到雨量的变化率(对应的电磁学就是∂B/∂t、∂H/∂t、∂E/∂t、∂D/∂t)是和自己速度ds/dt成正比例的。如果人原地不动,云彩向你以ds/dt的速度走来,你感受到的雨量变化率依然是和云彩的速度成正比例的。

∂B/∂t∝ds/dt、∂H/∂t∝ds/dt、∂E/∂t∝ds/dt、∂D/∂t∝ds/dt

从这些比例关系上看,根本不存在B∝ds/dt、H∝ds/dt、E∝ds/dt、D∝ds/dt的关系。因此,B、H、E、D这些物理量之间和V的叉乘关系不存在。
[楼主]  [15楼]  作者:王普霖  发表时间: 2016/05/04 15:46 

世界上根本不存在H=V×E、E=V×H这种关系。 


事实上,静态场中H、E这些物理量也确实是以位移为变量的函数。它们不是相对速度的函数。

【14楼】和本楼层说的东西并不是本专题讨论的内容,只是在此议论一下,不另行发帖了。

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