利用電荷電量與速度關(guān)系推導(dǎo)幾個電磁學(xué)基本定律

摘 要：由電荷與速度關(guān)系，導(dǎo)出電流元相互作用的安培定律，導(dǎo)出電荷在磁場中運動所受洛侖茲力，并對J.J湯姆遜測電子荷質(zhì)比過程的分析，說明其結(jié)果并未違反運動電荷與速度關(guān)系。

關(guān)鍵詞：運動電荷與速度關(guān)系；安培定律；洛侖茲力；荷質(zhì)比實驗

5 磁體磁性來源等反例

以下的說明是在當(dāng)代量子力學(xué)和粒子物理學(xué)基礎(chǔ)上的猜測：對一個原子來說，原子核中的質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相等，質(zhì)子電量又與電子電量相等。因此，原子中正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等。不同的原子的質(zhì)子數(shù)不同，且運動狀態(tài)也不同，且同一個原子質(zhì)子和電子運動狀態(tài)也不同。由此，經(jīng)典理論認(rèn)為如果運動對電量有影響，由于原子中質(zhì)子與電子運動狀態(tài)不同，且核外電子運動也有差異，所以，電荷電量只要與運動速度有一點關(guān)系，原子核中的正電荷與核外的負(fù)電荷就不能精確相等了。并且，物體在加熱和冷卻時，核外電子比核內(nèi)質(zhì)子更容易受影響，如果運動對電量有影響，就可以用加熱或冷卻方式獲得電量，但是從未發(fā)生過這樣的事。

在經(jīng)典理論框架下這些認(rèn)識是有道理的，但這些結(jié)論的前提是電子是點電荷，它在原子核周圍的運動類似于行星模型，當(dāng)原子接受能量時，電子電子這種運動加強。

這個前提是有疑問的，電子在做宏觀運動時確實可以看做質(zhì)點，在原子這樣小的區(qū)域，電子就不能看做點粒子，而是存在于一個范圍內(nèi)的物理態(tài)，或者說是個電子包。

可以認(rèn)為電子在原子核周圍沒有做宏觀運動，接受外界能量后，對其對外場的大小并沒有影響。磁石的磁效應(yīng)，也應(yīng)該是電荷運動導(dǎo)致，但絕不會是分子電流。磁石磁場可能是電子作為一團物質(zhì)類似于轉(zhuǎn)動的結(jié)果。這種轉(zhuǎn)動應(yīng)該看做電子存在的一種屬性，是電子結(jié)構(gòu)的一部分。

電子不因轉(zhuǎn)動而使外觀電量改變，電子轉(zhuǎn)動使磁石形成類似于環(huán)形電流的狀態(tài)。將電子看成一個有體積的電子波包，其它電荷定向運動時，相對于電子包的一部分速度較大，相對于另一部分速度較小，則定向運動電荷對此“電子包”不同位置產(chǎn)生大小不同的力。相對磁石靜止的電荷，磁石的正負(fù)電荷作用力平衡抵消，看不出效應(yīng)。

磁石中的電子雖運動，但不對外顯電量增加，所以總體電量仍平衡。對電子自身結(jié)構(gòu)的認(rèn)識還有待發(fā)展，但電子自身有結(jié)構(gòu)，不是點電荷，電子在原子核周圍的運動與電子的宏觀運動不同，這一點是肯定的。

新理論還需要有甄別性的實驗來驗證。

參考文獻：

[1]李冬雪.平衡力是洛侖茲變換下的不變量[J].科學(xué)中國人，2016（20）：19-20.

[2]愛因斯坦，李灝，譯.相對論的意義[M].北京：科學(xué)出版社，1961：30.

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作者簡介：李冬雪，中學(xué)一級教師，研究方向：電磁學(xué)。