惯性系中,一个圆形表盘,中间O点有一可转动的导体轴,轴上端安装一平行于表盘的、长度为r的直导线段OA,导线段O端固定于轴心O点,导线段A端与半径为r的环形金属导电轨道滑动接触。导体轴和一个电刷接触连接到直流电枢电源的正极,环形金属轨道接在直流电源的负极。电流从电源正极流出,经过电刷、轴,到达导线O端,再流到导线A端,通过环形轨道流回电枢电源负极。这个导线段OA就相当于一个钟表的表针,只是它是能通电的一段表针。我再在表盘外边沿放一个平行于表盘的、半径为R的环形载流线圈(R>r),也固定于盘面上,环形线圈的馈电也由电刷引到直流激磁电源上,电流逆时针流动。所有情况下都不考虑摩擦,也不考虑电源引线电流、轴电流、导轨电流和磁场的作用,也不考虑地磁场、太阳磁场等作用,我专门考察OA这一段导线和载流线圈之间的受力。初始时刻,导线段指向12点位置。装置整体不受外力,可在惯性系空间自由转动。 环形线圈通电后,逆时针电流在环内产生的磁场是N极指向眼睛,环内的磁场方向全都是“点”。这时再把导线段OA通电,此时导线段OA受力向右。这是因为导线段OA的电流加强了11点一侧的场强,削弱了1点方向的场强。导线段OA向右顺时针旋转,可在其上产生反电势。该反电势的产生可以减小导线段OA的电流。导线段OA的反电势吸收电枢电源的能量,开始加速绕O点加速转动。随着转速增加,反电势也不断增加,电枢电流不断减小,直到某一个转速,电枢电流完全回到零,电枢OA不再吸取电源能量,转速也就维持在当前转速下了。这时激磁线圈内的磁场回到未加电枢电源的时左右密度相同的状态。 这个装置是在惯性系中悬浮不受外力的,具有质量的导线段OA顺时针转动,表盘及其固着为一体的线圈必然逆时针转动。这是根据角动量守恒原理得出的判断。 因此,线圈必然受到了来自导线段OA的电枢电流的切向内力F才可以使线圈转动起来,而这个切向力正是电流和磁场之间互相作用的安培力。 在这个例子里,我看到了不对称导线在对称磁场中,表现出的切向安培力。 |