磁場動態模型理論

彭永磊

【摘 要】在經典磁場理論中，大多數的公式都是正確的并且一直沿用至今，但經典磁場的理論中最根本的問題是，它建立在一個實際上并不存在的所謂單獨的磁極的假設，這也是庫倫方法的一個致命弱點。電流和電流之間的相互作用也是通過磁場產生的，磁場是存在于磁體、電流和運動電荷周圍空間的一種特殊形態的物質，磁極或電流在自己的周圍空間產生磁場，而磁場的基本性質就是對放入其中的磁極或電流有力的作用。運用電流與磁極的關系是磁極定向方法的基本原理，本文也是運用該原理構建磁場動態模型，以闡述磁場動態模型理論。

【關鍵詞】左手定則 右手定則 安培定則 楞次定律 磁極

1 關于磁場力理論的解釋

磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質，磁場不是由原子或分子組成的，但磁場是客觀存在的。磁場具有波粒的輻射特性。磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的，所以兩磁體不用接觸就能發生作用。電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態的物質。由于磁體的磁性來源于電流，電流是電荷的運動，因而概括地說，磁場是由運動電荷或電場的變化而產生的。用現代物理的觀點來考察，物質中能夠形成電荷的終極成分只有電子（帶單位負電荷）和質子（帶單位正電荷），因此負電荷就是帶有過剩電子的點物體，正電荷就是帶有過剩質子的點物體。運動電荷產生磁場的真正場源是運動電子或運動質子所產生的磁場[1]。例如電流所產生的磁場就是在導線中運動的電子所產生的磁場。

經典磁場理論中，絕大多數的公式都是正確的，并且也一直沿用至今，但是在整個理論中最根本的問題是它采用了一個實際上并不存在的所謂單獨的磁極的假設。這就是經典磁學理論中的所謂庫倫方法的一個致命弱點。

電流在周圍空間產生磁場，小磁針在該磁場中受到力的作用。磁極和電流之間的相互作用也是通過磁場發生的。

電流和電流之間的相互作用也是通過磁場產生的，磁場是存在于磁體、電流和運動電荷周圍空間的一種特殊形態的物質，磁極或電流在自己的周圍空間產生磁場，而磁場的基本性質就是對放入其中的磁極或電流有力的作用。

2 磁場動態模型的構建定則

2.1 左手定則

左手定則（又稱電動機定則）：（1）判斷安培力：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。這就是判定通電導體在磁場中受力方向的左手定則。（2）判斷洛倫茲力：將左手掌攤平，讓磁感線穿過手掌心，四指表示正電荷運動方向，則和四指垂直的大拇指所指方向即為洛倫茲力的方向。）

可以用右手的手掌和手指的方向來記憶導線切割磁感線時所產生的電流的方向，即：伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內；讓磁感線從手心進入，并使拇指指向導線運動方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向。這就是判定導線切割磁感線時感應電流方向的右手定則。

磁場現象的左手定則、右手定則和楞次定律中的動生電動勢都可由導線電流同向相吸異向相斥的效應解釋。因此我構建了一個磁場動態模型并能證明磁場不存在南北極，也不存在磁單極子。如圖1。

圖1圓圈表示電流旋轉所產生的磁場切面，方向為電流方向，中間是導線，方向為電流方向。實際上磁場是由無數個上圖的動態圓重疊而成，導線在磁場中無論怎樣都概率性的被包含在這些動態圓里。根據兩導線電流方向相同時相吸，電流方向相反時兩導線相斥，則可看出導線電流方向與左半圓呈相對運動，與右半圓為相向運動，則會與左邊產生相對運動形成相斥，與右邊同向運動產生相吸形成導線向右運動。根據安培定則磁感線方向紙外，符合左手定則的現象[2]。

2.2 右手定則

同樣可以解釋右手定則。如圖2中導線向右運動，導線中的電子與上半圓呈相對運動產生相斥與下半圓產生相向運動相吸，造成電流方向向下。磁感線向外，符合右手定則。

解釋磁鐵同極相斥異極相吸：可用上圖的磁場切面解釋，假設順時針旋轉的圓圈為N極，逆時針旋轉的圓圈為S極。如圖3，當兩個旋轉的圓圈面對面靠近就像是同方向旋轉的電流，雖然是圓形運動但與直線運動的同向相吸的效應一致，所以相吸。如圖4，當兩個都是順時針或逆時針旋轉的圓圈（即同極）面對面靠近就像是方向逆向旋轉的電流，與異向相斥的效應一致，所以相斥。順時針的反面就是逆時針才有了南北極的假象，則得出磁鐵沒有南北極只有電流的旋轉方向，也沒有磁單極子。

2.3 楞次定律

解釋楞次定律中的感應電流的磁場總要阻礙磁體和閉合導線間的相對運動[3]。如圖5，閉合導線不動磁場切面向下運動，磁場的切面為順時針電流方向，則切面內導體的自由電子與右半圓呈相對運動與左半圓呈相向運動造成電流向左。但可以看出感應電流方向與上半圓呈相對運動與下半圓呈相向運動，由于導線不動則使磁場切面作用于磁體有一個向上的力阻礙了磁體與閉合導線間的相對運動，用虛線箭頭表示。則解釋了楞次定律的動生電動勢作用。可以利用這個理論發明一種沒有楞次定律的阻礙作用的磁場，如圖6。

六條線均為導線且在同一平面內，方向均為電流方向，兩個間隔很開的電流方向相反的導線為一組，每組之間離的很近，沒有橫向電流只有縱向電流，因此可以沒有楞次定律的阻礙作用。

這個圖像模型理論揭示了部分磁現象的本質即電流方向同向相吸異向相斥的效應，對電磁理論做出了更形象的理解。

參考文獻：

[1] 楊波，姬廣忠.時移磁測方法正反演研究[J].工程地球物理學報，2007，02：146-151.

[2] 吳志東，周穗華，陳志毅.磁場梯度張量在磁性橢球體跟蹤中的應用[J].華中科技大學學報（自然科學版），2013，11：103-107.

[3] 唐波，文遠芳，劉紅志，等.直流輸電線路對地磁場觀測的影響[J].高電壓技術，2011，04：952-960.