原文地址：揭开正交电磁场的神秘面纱--电场与磁场并非严格正交作者：宇宙密码
(摘自《系统相对论》第二版第六章第2节)
2.4
19世纪60年代，麦克斯韦总结前人的实验和理论，先后提出了涡旋电场假说（即变化的磁场会在空间激发感生电场）和位移电流假说（即变化的电场会在空间激发磁场），从而把整个电磁规律用四个方程组来概括，这就是著名的麦克斯韦电磁理论。在电磁理论中，充满变化电场的空间，同时也充满变化的磁场，空间的电场和磁场相互激发，形成电磁场。电磁场由近及远地向前传播，形成电磁波。在电磁波中，电场矢量、磁场矢量和传播方向三者两两垂直。后来发现计算出的电磁波传播速度等于光速，据此麦克斯韦认为，光也是电磁波。于是，光自然成为电磁波存在的实体形式。
对此，系统相对论有着不同的观点。首先，“电场激发磁场”就是电流的磁效应，这个磁场的涡源是定向运动的自由电子，但是“变化的磁场激发感生电场”必须以导体存在为前提。换言之，如果这个导体不存在，所谓“感生电场”也就不存在。可见，“电场和磁场相互激发而形成电磁场”的观念值得商榷。
其次，无论电场还是磁场都是有源场，它们相对场源都是静止的，不存在所谓的“以光速传播”。但它们的强度随电流大小或自由电子密度的相对大小而变化；另外，如果将导线的方向视为与电场矢量方向平行，从上述实验（见2.2节）可知，电场矢量方向与磁场矢量方向并非垂直关系。因此，电磁波的概念值得商榷。
由此可见，将光理解为电磁波存在的实体形式是不正确的。那么，赫兹实验应如何解释呢？这个问题我们放在第八章第三节讨论
原文地址：揭开安培力的神秘面纱--场间的耦合力与剪切力作者：宇宙密码
(摘自《系统相对论》第二版第六章第2节)
2.3.4
根据上述原理，不难理解两平行导线间电流同向相吸、异向相斥的现象。如图6-6所示，同向电流产生的磁场场线方向相同，在两导线间电流磁场场线方向相反而相互耦合，耦合场线（场环）对两导线产生彼此牵引的耦合力F，这就是电流同向相吸原理。异向电流产生的磁场场线方向相反，在两导线间电流磁场场线方向相同而产生彼此排斥的剪切力，这就是电流异向相斥原理。
可见，磁相互作用本质上是定向运动的自由电子间的相互作用，即所谓库伦作用。因此磁作用与库伦作用是相统一的。
值得一提的是，根据系统相对论的电流模型，形成电流磁场的每个电子所贡献出的极性涡通量，至少是电子四个极性侧面中的一个，即1/4电荷；电子所贡献出的极性涡通量最大值应不超过1/2电荷，否则这些电子就会从导线表面溢出（即所谓放电）。可见，电流中每个电子所贡献出的极性涡通量介于1/2至1/4电荷之间。物理学家劳克林提出的“电流是由1/3电子电荷组成的”观点，正好位于这个电荷区间内。
安培力的本质就是上述耦合力或剪切力。如上所述，容易导出电流导线在磁场中的受力（耦合力与剪切力的合力）在此不作赘述。
[转载]揭开磁力线的神秘面纱--电子链耦合场线的包络线
(2013-05-13
02:02:29)
2.3.4
根据上述原理，不难理解两平行导线间电流同向相吸、异向相斥的现象。如图6-6所示，同向电流产生的磁场场线方向相同，在两导线间电流磁场场线方向相反而相互耦合，耦合场线（场环）对两导线产生彼此牵引的耦合力F，这就是电流同向相吸原理。异向电流产生的磁场场线方向相反，在两导线间电流磁场场线方向相同而产生彼此排斥的剪切力，这就是电流异向相斥原理。
可见，磁相互作用本质上是定向运动的自由电子间的相互作用，即所谓库伦作用。因此磁作用与库伦作用是相统一的。
值得一提的是，根据系统相对论的电流模型，形成电流磁场的每个电子所贡献出的极性涡通量，至少是电子四个极性侧面中的一个，即1/4电荷；电子所贡献出的极性涡通量最大值应不超过1/2电荷，否则这些电子就会从导线表面溢出（即所谓放电）。可见，电流中每个电子所贡献出的极性涡通量介于1/2至1/4电荷之间。物理学家劳克林提出的“电流是由1/3电子电荷组成的”观点，正好位于这个电荷区间内。
安培力的本质就是上述耦合力或剪切力。如上所述，容易导出电流导线在磁场中的受力（耦合力与剪切力的合力）在此不作赘述。
[转载]揭开磁力线的神秘面纱--电子链耦合场线的包络线
(2013-05-13
02:02:29)
原文地址：揭开磁力线的神秘面纱--电子链耦合场线的包络线作者：宇宙密码
(摘自《系统相对论》第二版第六章第2节)
2.3.3
如上所述，自由电子的定向运动，使电子的极性趋于同向，导致临近的自由电子相互耦合，多个电子相互耦合呈链状结构，即电子链，如图6-4所示。这时，自由电子的运动形态从无规则的角运动和线运动转变为电子链沿导线表面的螺旋运动，如图6-5所示。
电子链中相邻电子的同位侧面极性方向相同，相对端极都是一对N极和S极，因此它们的场线相互耦合，耦合场线如同绳索一样将它们捆在一起，这个结合力系统相对论称作极性耦合力，电磁理论中称作磁力。
电子耦合后，耦合体的场域半径增大，耦合场线溢出临界场进入导线周围空间。电子耦合场线在导线周围形成的场，电磁学上称作磁场，系统相对论称之为电流磁场。电子链包含的电子越多，电子链的场域半径就越大，导线周围的磁场强度也就越强。
由此可见，磁场并非是一个无源场，而是一个以定向运动的自由电子为涡源的有源场。磁场的磁力线随这些自由电子一起运动，由于自由电子在导线表面呈均匀分布，宏观上磁场呈现出一种静态的特性。从这个角度看，磁场与电场是相统一的。
值得一提的是，经典电磁学中所画出的磁力线，本质是
电流电子耦合场线的包络线（参见图6-8），它并不是一条真实存在的力线
2.3.3
如上所述，自由电子的定向运动，使电子的极性趋于同向，导致临近的自由电子相互耦合，多个电子相互耦合呈链状结构，即电子链，如图6-4所示。这时，自由电子的运动形态从无规则的角运动和线运动转变为电子链沿导线表面的螺旋运动，如图6-5所示。
电子链中相邻电子的同位侧面极性方向相同，相对端极都是一对N极和S极，因此它们的场线相互耦合，耦合场线如同绳索一样将它们捆在一起，这个结合力系统相对论称作极性耦合力，电磁理论中称作磁力。
电子耦合后，耦合体的场域半径增大，耦合场线溢出临界场进入导线周围空间。电子耦合场线在导线周围形成的场，电磁学上称作磁场，系统相对论称之为电流磁场。电子链包含的电子越多，电子链的场域半径就越大，导线周围的磁场强度也就越强。
由此可见，磁场并非是一个无源场，而是一个以定向运动的自由电子为涡源的有源场。磁场的磁力线随这些自由电子一起运动，由于自由电子在导线表面呈均匀分布，宏观上磁场呈现出一种静态的特性。从这个角度看，磁场与电场是相统一的。
值得一提的是，经典电磁学中所画出的磁力线，本质是
原文地址：揭开导线电流的神秘面纱--电子链沿导线表面螺旋运动作者：宇宙密码
(摘自《系统相对论》第二版第六章第2节)
2.2
在著名的奥斯特实验中，导线沿南北方向（即与地球磁力线平行）放置，导线下方有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地球磁场的作用下沿南北取向。当导线中通过电流时，磁针就会发生偏转。作者查阅了描述奥斯特实验的许多资料，没有找到将导线东西方向放置的实验，奥斯特当时是否做过该实验也不得而知，下面我们来做这个实验。
2.2.1
根据磁针指向调整方格板，使方格板上的纵线与磁针方向（即地球磁力线）平行；导线与方格板的横线相平行，即导线与地球磁力线相垂直，导线与方格板间距为4cm。将磁针置于导线下方，如图6-3所示。
当导线上电流方向由西向东时，磁针发生顺时针偏转。不同导线随电流改变对应的磁针偏转角度θ见下表。
2.2.2
如果电流磁场（见2.3.3节）的磁力线与载流导线垂直，也就是说，在磁针位置电流磁场与地磁的磁力线方向一致，那么磁针应不会发生偏转。因此，磁针发生偏转的事实表明，在上述实验中，电流磁场与地球磁场的磁力线并不平行。
显然，磁针产生的偏角θ，是地磁对磁针的逆时针磁矩L地与电流磁场对磁针的顺时针磁矩L流大小相等的位置，即L地= L流。因此电流磁场磁力线的偏角α应大于磁针偏角θ，否则磁针不会发生顺时针偏转，即：α＞θ。
由于电流磁场源于电流，即源于导线表面自由电子的运动，因此电流磁场偏角α的存在事实，反映了自由电子并非沿导线直线运动。这与我们一直沿用的电流模型（参见图1-1a）是不协调的，对此经典电磁理论无法给出解释。下面给出一个系统相对论的解释。
2.3
2.3.1
100多年前，当美国物理学家密立根首次通过实验测出电子所带的电荷后，这一电荷值便被广泛看作电荷的基本单元。然而如果按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，将使我们对电子在某些物理情境下的行为，感到极端困惑。比如，当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。
为了解决这一难题，1980年，美国物理学家劳克林提出一个新的理论。该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论是要付出“代价”的：由该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。
现代物理学认为，电子是物质的相对基本形式，同质子相比是一种相对单纯的存在，电子同质子不在一个级别，是质子的下一级别。通过撞击，电子可以产生任何形式的基本粒子。
在一项新的实验中，科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来，他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大并分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。
由此他们得出电子并非自然界基本的粒子，而是由更“基本”、更“简单”且无法再被分割的亚原子粒子组成。
系统相对论认为，虽然上述电流模型没有揭示出电流的本质，但实验充分表明了不同运动形式的电子呈现出不同的“电荷值”，这无疑为我们理解“高速电子束中电子的荷质比变小”和电流的本性提供了思路。下面我们讨论系统相对论的电流模型。
2.3.2
我们知道，电源负极端的自由电子密度ρe大于正极端，电压V越高，正负极之间的自由电子密度差△ρe越大。设电压与自由电子密度差的转换系数为kV（取值与电极材质有关），则自由电子密度差△ρe可用电压V表示为：
2.2
在著名的奥斯特实验中，导线沿南北方向（即与地球磁力线平行）放置，导线下方有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地球磁场的作用下沿南北取向。当导线中通过电流时，磁针就会发生偏转。作者查阅了描述奥斯特实验的许多资料，没有找到将导线东西方向放置的实验，奥斯特当时是否做过该实验也不得而知，下面我们来做这个实验。2.2.1
根据磁针指向调整方格板，使方格板上的纵线与磁针方向（即地球磁力线）平行；导线与方格板的横线相平行，即导线与地球磁力线相垂直，导线与方格板间距为4cm。将磁针置于导线下方，如图6-3所示。
当导线上电流方向由西向东时，磁针发生顺时针偏转。不同导线随电流改变对应的磁针偏转角度θ见下表。
2.2.2
如果电流磁场（见2.3.3节）的磁力线与载流导线垂直，也就是说，在磁针位置电流磁场与地磁的磁力线方向一致，那么磁针应不会发生偏转。因此，磁针发生偏转的事实表明，在上述实验中，电流磁场与地球磁场的磁力线并不平行。
显然，磁针产生的偏角θ，是地磁对磁针的逆时针磁矩L地与电流磁场对磁针的顺时针磁矩L流大小相等的位置，即L地= L流。因此电流磁场磁力线的偏角α应大于磁针偏角θ，否则磁针不会发生顺时针偏转，即：α＞θ。
由于电流磁场源于电流，即源于导线表面自由电子的运动，因此电流磁场偏角α的存在事实，反映了自由电子并非沿导线直线运动。这与我们一直沿用的电流模型（参见图1-1a）是不协调的，对此经典电磁理论无法给出解释。下面给出一个系统相对论的解释。
2.3
2.3.1 100多年前，当美国物理学家密立根首次通过实验测出电子所带的电荷后，这一电荷值便被广泛看作电荷的基本单元。然而如果按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，将使我们对电子在某些物理情境下的行为，感到极端困惑。比如，当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。
为了解决这一难题，1980年，美国物理学家劳克林提出一个新的理论。该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论是要付出“代价”的：由该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。
现代物理学认为，电子是物质的相对基本形式，同质子相比是一种相对单纯的存在，电子同质子不在一个级别，是质子的下一级别。通过撞击，电子可以产生任何形式的基本粒子。
在一项新的实验中，科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来，他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大并分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。
由此他们得出电子并非自然界基本的粒子，而是由更“基本”、更“简单”且无法再被分割的亚原子粒子组成。
系统相对论认为，虽然上述电流模型没有揭示出电流的本质，但实验充分表明了不同运动形式的电子呈现出不同的“电荷值”，这无疑为我们理解“高速电子束中电子的荷质比变小”和电流的本性提供了思路。下面我们讨论系统相对论的电流模型。
2.3.2
我们知道，电源负极端的自由电子密度ρe大于正极端，电压V越高，正负极之间的自由电子密度差△ρe越大。设电压与自由电子密度差的转换系数为kV（取值与电极材质有关），则自由电子密度差△ρe可用电压V表示为：
△ρe=kVV
不考虑外界影响和金属体的结构形状，金属表面的自由电子是在临界场中做无规则运动的。当我们将一段导线与电源的两极相连时，电源正极上的自由电子密度低于导线，导线表面的自由电子（还包括导线中的游离态电子）会向电源正极扩散运动；同时电源负极上的自由电子密度高于导线，电源负极上的自由电子会向导线扩散。如图6-5所示，导线上自由电子从无规则运动转变为有规则的定向运动，于是形成电流。
No comments:
Post a Comment