在地磁场的作用下,棒形磁铁停在南北方向某个角度上,此时磁铁受到的扭矩是零。你从零逐渐加大直导线电流,磁铁棒会发生偏转,偏离零扭矩线。地磁场对磁铁棒就有了扭矩。你给的电流小,磁铁棒偏转的角度小、你给的电流大,磁铁棒偏转的角度大。 |
在地磁场的作用下,棒形磁铁停在南北方向某个角度上,此时磁铁受到的扭矩是零。你从零逐渐加大直导线电流,磁铁棒会发生偏转,偏离零扭矩线。地磁场对磁铁棒就有了扭矩。你给的电流小,磁铁棒偏转的角度小、你给的电流大,磁铁棒偏转的角度大。 |
地磁场是非常微弱的,在磁铁棒或磁针的一端放一根直导线,根本用不了多大电流就能克服地磁场的扭矩。 |
没做过实验的人和做过实验的人说出的话,一个是胡乱瞎猜,一个是有理有据。 |
我讲了这么多,正着讲、反着讲、讲有地磁场的情况、讲没地磁场的情况,都是为了说明事实:磁铁磁极端面处的载流直导线可使磁铁受到不为零的扭矩! |
这个不为零的扭矩就使得你的M1=M2的说法变成一塌糊涂的说法。 |
不管你给多大电流,磁铁棒总会在一个新的角度(相对零扭矩线)下停住。新角度下地磁场给磁铁棒造成的扭矩相当于游丝造成的反扭矩,这个扭矩的大小等于载流直导线作用到磁铁棒上的扭矩。 |
所以说,有了地磁场,不但不是坏事,反而是好事。它能让我们清楚地看到,给定电流的大小和偏转角大小的关系。 |
指针式电流表的游丝提供指针偏转后的反力矩,这个力矩和电流给出的力矩平衡,表针指向相应的刻度。 |
真实实验中的是两根矩形磁铁棒。为了叙述简单,我对它们进行几次简化: |
首先,把两根磁铁简化成两根矩形截面的载流螺线管。其次,只取两螺线管距离直导线最近的第一匝和最远的第n匝。 |
和直导线电流方向相反的电流边是A11、A1n、A21、A2n,和直导线电流方向相同的边是C11、C1n、C21、C2n。 |
B和D因为和直导线垂直,对扭矩产生的贡献是零,不予讨论。 |
由于是N极对N极,所以A11和A21对称、C11和C21对称、A1n和A2n对称、C1n和C2n对称。 |
把这些固定在圆盘上的边,看成是钉在圆盘上的钉子,垂直于圆盘。 |
在没有载流直导线插在圆盘的中间时,这些对称的边中流过的电流都是两两同方向。 |
它们相互的作用是相互吸引,但因为是中心对称距离比较大,所以引力不大。 |
而A11和C11、A21和C21、A1n和C1n、A2n和C2n,它们的距离更近,它们之间表现出的斥力更大。 |
所以载流的这些“钉子”是相斥的。它们依靠圆盘的固定才不会跑开。 |
在圆盘的中间插入载流直导线后,它对每个线匝都产生了扭矩,但都在盘上抵消了。它对两面的A边都排斥,但A边固定在圆盘上,力都传导到圆盘上了。它对两面的C边都吸引,但C边也固定在圆盘上,力也都传导到圆盘上了。这些力都是中心对称的,所以圆盘是不会转的。 |
这么叙述,如果还有哪位大先生、小先生不明白,你们就找一块木版,对称钉上8颗钉子(最少要4颗)试一试。 |
4颗钉子时,中间的直导线对A11、A21排斥,对C11、C21吸引,这些力都过心,它们只能在圆盘上产生应力,不能产生扭矩。 |
再加4颗钉子,中间的直导线对A1n、A2n排斥,对C1n、C2n吸引,这些力也都过心,它们也只能在圆盘上产生应力,不能产生扭矩。 |
后加的4颗钉子,是处于S极的最后两匝上的边,距离是远的,当然它们的推力和拉力也都是小的。 |
这就是说,无论载流直导线周边的B是和半径的多少次方反比,这个实验装置都不会转。 |
那么用这样的不会转的装置就不能给出直导线外的B是和半径成一次方反比的判断结论,哪怕它就是和半径成一次方反比的。 |