變化電流的作用

摘 要：從變化電流的作用入手，粗略總結變化電流的作用規律，解決了上期《電磁感應研究》中的問題；順著電流的思路，設計新實驗，猜想電流間的相互作用。

關鍵詞：變化電流；螺線管；感應電流；磁通量；磁力

一、變化電流的作用

上期《電磁感應研究》中圖6所示ab段和ab段的變化磁場雖然是相同的，但是和它們臨近的螺線管線圈的電流方向卻是相反的，我認為因為和ab、ab鄰近的電流方向相反，所以ab和ab處產生的感應電場方向相反。

我認為abcd和abcd 回路中之所以產生感應電流是因為通電螺線管中的電流變化——是變化電流對ab和ab中的自由電子作用而使兩個回路中檢測有感應電流。變化電流對相鄰導線的作用，可以分為兩個方面：

（1）電流不變，導線和電流距離變化時導線受到的變化電流作用；

（2）電流和受作用導線距離不變，電流變化時導線受到的變化電流作用。

這兩種作用同時的情況則效果疊加。

變化電流對相鄰導線中自由電子作用的受力分析：

（1）電流不變，電流和受作用導線距離變化的情況：

（2）電流和受作用導線距離不變，電流變化的情況：

回路閉合，當電流變大或者距離上靠近回路導線時，導線中產生和變化電流反向的感應電流；反之則產生同向的感應電流。變化電流產生“感應電場”。

下面看兩個實驗。

實驗一：密繞螺線管密繞30層，螺線管高50厘米，內徑21厘米，外徑24厘米，所用漆包線直徑為0.1厘米。用相同的導線做圖一（a）和圖一（b）實驗。

實驗顯示：閉合螺線管電源，圖一（a）回路（導線在螺線管腔內中間挨著螺線管線圈繞一個圓后導線兩端緊挨著向上平行延伸出螺線管在遠處連接電流計。）中產生的瞬間感應電流明顯小于圖一（b）回路（導線在螺線管外中間挨著螺線管線圈繞一個圓后導線兩端緊挨著射線狀平行延伸遠離螺線管大于4米后反方向繞成大圓連接電流計，所繞小圓和大圓的圓心都是螺線管中心）中產生的瞬間感應電流。

這說明，螺線管通電時在中間位置，腔內磁通量小于管外磁通量。

用“變化電流的作用”解釋實驗一：比較圖一（a）和圖一（b）可知，在螺線管中間，因為腔內靠近EF的電流長度小于管外靠近E′F′的電流長度——EF是圖一（a）繞成圓的導線，E′F′是圖一（b）繞成小圓的導線，因此圖一（a）產生的瞬間感應電流小于圖一（b）產生的瞬間感應電流。

對EF和E′F′的作用，除了螺線管中間的電流外還有螺線管上、下兩部分電流的作用，全面考慮則E′F′比EF受到的變化電流作用會更大。

實驗二、比較圖一（b）和圖一（b）繞一個圓的情況：

圖一（b）繞一個圓的情況：導線在螺線管外中間如圖一（b）繞一個圓后，導線兩端緊挨著射線狀平行延伸遠離螺線管連接電流計。

實驗顯示，足夠長導線的情況下用相同的導線做圖一（b）實驗和圖一（b）繞一個圓的實驗，閉合螺線管電源，儀器檢測到這兩個實驗產生的瞬間感應電流相等。

用“變化電流的作用”解釋實驗二：實驗二的兩個實驗都是導線E′F′在螺線管外側繞成圓受變化電流的作用，而且，發生作用的變化電流也相同，因此產生的感應電流相同。采用長導線是為了圖一（b）增大距離，以減少大圓導線受變化電流的作用——大圓導線和小圓導線（ E′F′）受螺線管變化電流作用產生的感應電流相互抵消，大圓距離螺線管較遠時，大圓中自由電子所受感應電場作用很小（儀器檢測不到）。

二、電流間的相互作用

如圖（一）所示，上下兩個面是相同的長方形，上下兩面上有緊密排列的同向均勻電流I和AB平行（為了方便，電流畫稀疏了），上下兩面如果連接起來則是個長方體，H在長方體的中心。

實驗1：在上下兩面中間的面上（S面）有短電流ab（I′）在H左側，I′和I平行，Aa和Bb長度相等。實驗顯示，ab向右平移——ab在原始位置至H之間的任意位置，I′都受水平向右的磁力，受力逐漸減弱。

實驗2：在ab中點至H之間的直線上用短電流cd（I′）做實驗，c點在ab上，電流cd和ab相等且垂直，實驗顯示，電流cd（I′）不受磁力作用；cd在S面上平移——c在ab間任意位置時，電流cd都不受磁力作用。

圖（一）實驗用磁場解釋是矛盾的：實驗1說明有豎直向下的磁場，而實驗2說明沒有豎直向下的磁場——目前的磁場理論無法解釋在S面相同的范圍內電流cd不受磁力作用不移動而電流ab受磁力作用發生移動。

以上現象用電流間的相互作用解釋：電流ab因為在H左側和上下兩層電流同方向平行，因此受引力合力水平向右；電流cd因為和上下兩層電流異面垂直因此不受磁力作用。由此看來，用目前的磁場理論說明磁力和用電流間的相互作用說明磁力是有差別的。

我猜想“磁力是電流間的相互作用”是根本，我猜想“電流在磁場中運動的理論”要在符合電流間相互作用“理論”的前提下才能成立。我猜想可以這樣描述磁力：磁力是電流間的相互作用，同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，異面電流垂直則相互間沒有磁力作用。下面再看兩個實驗現象。

現象一：如圖（二）上圖情況，異名磁極間也會表現為斥力；如圖（二）下圖情況，同名磁極間也會表現為引力。圖二現象可用電流間的相互作用解釋，而這樣磁極概念的意義呢？

現象二：如圖（三）所示，磁鐵長寬高分別為5厘米、5厘米、3厘米。實驗顯示，電流I在磁鐵中間受斥力和在S極處受斥力大小基本相等，這個現象可以用電流間的相互作用解釋，但是卻說明磁鐵中間的磁場未必弱。

作者簡介：趙繼廣，男，河北獻縣祝莊人，中國郵政集團公司保定市分公司職工。