磁作用力的本質(zhì)2007

1、磁作用力的本質(zhì)2007-02-22 20:01分類：物理科學(xué) 字號： 大大  中中  小小 我以前一直有個(gè)疑問,就是:磁場是一種物質(zhì)？磁場是電流產(chǎn)生的，而電流的定義里包含了運(yùn)動(dòng)這個(gè)詞，但運(yùn)動(dòng)本身是個(gè)相對的概念，而宇宙中又沒有絕對參考系，這就導(dǎo)致了如果說磁場是一種物質(zhì)，那么它相對一些物質(zhì)是存在的，相對另外一些則不存在。這個(gè)怎么解釋？相信大家也有同樣的疑問,我找到答案了,大家有興趣的看看!電荷與電荷間作用力（質(zhì)量光子物理學(xué)中電磁部分摘錄）尹報(bào)華1.質(zhì)量微粒模型    客觀世界是在一定時(shí)間內(nèi)保持相對穩(wěn)定的空間關(guān)系的各種物質(zhì)形態(tài)。綜合物理學(xué)尤其是粒子物

2、理學(xué)的既有成果，我們作出如下基本假說：1，物質(zhì)的各種形態(tài)，最終可以歸結(jié)為質(zhì)量數(shù)不同的各種質(zhì)量微粒；2，任何質(zhì)量微粒都是密實(shí)的、極化的；3，質(zhì)量微粒的極化性質(zhì)有三種，即中性極化、正極化和負(fù)極化，在電性上分別體現(xiàn)出電中性、正電性和負(fù)電性。中性極化又稱為勻質(zhì)極化，正極化和負(fù)極化都稱為非勻質(zhì)極化；4，有些質(zhì)量微粒具有自旋動(dòng)量矩。2.相對靜止非勻質(zhì)極化質(zhì)量微粒間的作用電荷間庫侖力    相對靜止的非勻質(zhì)極化質(zhì)量微粒之間存在著相互作用，表現(xiàn)為引力作用或斥力作用。這種作用的實(shí)質(zhì)是非勻質(zhì)極化質(zhì)量間的相互極化作用，我們定義這種質(zhì)量微粒間極化為感應(yīng)極化，感應(yīng)極化的作用稱為感應(yīng)。感應(yīng)是

3、相互的且量值相等。    感應(yīng)的獨(dú)立作用原理（疊加原理）：相互靜止電荷之間的電作用的性質(zhì)和強(qiáng)弱由各自的固有極化性質(zhì)和集度（即電荷數(shù)）決定，不因感應(yīng)極化的發(fā)生而改變，也就是說，一個(gè)電荷對另一個(gè)電荷的作用力的大小和方向，不因第三個(gè)電荷的存在而改變。    從本質(zhì)上說，電荷是質(zhì)量的固有極化狀態(tài)，電荷作用是極化質(zhì)量微粒間的相互作用。我們把電荷的空間稱為該電荷的電場。所謂電場并不是真實(shí)存在的物質(zhì)形態(tài)（它不能給處于其中的中性極化質(zhì)量以任何電作用），它只是電荷相互作用與其空間關(guān)系的一種數(shù)學(xué)關(guān)系。電荷之間作用強(qiáng)度對其空間相對位置的相關(guān)性，證明了空間的

4、客觀實(shí)在性。    電荷之間的相互作用無需媒介，但并非超距的，電荷間的相互作用在真空中的傳播速度為光速c；如果空間中存在介質(zhì)，則電荷所受作用力除了與其空間位置有關(guān)，也與介質(zhì)的極化狀態(tài)相關(guān)。    孤立電荷的固有極化集度可以用電來表示。在作用距離內(nèi)的兩個(gè)電荷，發(fā)生感應(yīng)極化，感應(yīng)極化的集度可以用相互作用力的大小來代表，符合庫侖定律3.電荷間的相對運(yùn)動(dòng)與磁作用力3.1磁作用時(shí)參照系的特定性    我們已經(jīng)知道運(yùn)動(dòng)電荷的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式是磁場中運(yùn)動(dòng)電荷所受洛侖茲力為我們來考察如下兩個(gè)問題：  &

5、#160; 問題1：設(shè)A、B為兩個(gè)帶電粒子，對觀察者的相對速度，問AB間有無磁作用？    問題2：設(shè)A、B為兩個(gè)帶電粒子，對參照系的運(yùn)動(dòng)速度分，對參照系的運(yùn)動(dòng)速度分別為問AB間的磁作用力如何？    對于問題1，顯然AB相對靜止，如果按“靜電荷”處理則AB間僅有庫侖力，無磁力作用；如果按運(yùn)動(dòng)電荷A產(chǎn)生的磁場對運(yùn)動(dòng)電荷B的洛侖茲力計(jì)算，則有    對于問題2，應(yīng)用公式（1）及公式（2）將得到大小、甚至方向（如果其中一電荷對參照系、的速度方向相反）不同的結(jié)果。    顯然，在問

6、題1、2中，AB間磁作用力只能有一個(gè)確定的值，而不能用對任意參照系的相對速度來套用公式（1）及公式（2）。我們必須揭示相對速度 后面所掩蓋著的絕對意義及磁作用力的本質(zhì)。3.2磁作用及磁力的產(chǎn)生    電荷之間的磁作用力的產(chǎn)生和大小只應(yīng)與它們之間的相對運(yùn)動(dòng)有關(guān)。兩個(gè)電荷對任意參照系的運(yùn)動(dòng)，最終歸結(jié)為兩個(gè)電荷間的相對運(yùn)動(dòng)。我們從兩個(gè)電荷的相對運(yùn)動(dòng)入手來研究磁現(xiàn)象及磁力的產(chǎn)生。    如圖1所示，設(shè)有作用距離內(nèi)的兩個(gè)電荷之間的感應(yīng)集度用其作用力F來表示。    之間發(fā)生感應(yīng)極化，極化集度（庫侖力）為 

7、               象這種只改變感應(yīng)集度的大小、不改變感應(yīng)方向的作用，稱為運(yùn)動(dòng)電荷間的電作用。    同樣，不改變之間的電作用的改變。    我們從能量角度對電荷間運(yùn)動(dòng)進(jìn)行闡述。兩個(gè)獨(dú)立電荷在庫侖力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩電荷組成的系統(tǒng)將產(chǎn)生動(dòng)能，同時(shí)電荷的感應(yīng)極化狀態(tài)改變，電荷質(zhì)量系統(tǒng)的內(nèi)能（也即常說的電勢能）減少，系統(tǒng)動(dòng)能的增加等于其內(nèi)能的減少。    的作用。  

8、60;     磁作用是客觀存在的電荷間相對轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)而非整體的空間轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，可用以下簡單實(shí)驗(yàn)判定。    如圖2所示，A、B為一絕緣連桿兩端的兩個(gè)帶電金屬球，其中B球剛性固定在連桿上，在A球的下部為一轉(zhuǎn)軸，可用電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，測磁儀固定在轉(zhuǎn)軸上方。在(a)中，A球及轉(zhuǎn)軸均與連桿剛性固結(jié)，轉(zhuǎn)軸可在軸套中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸、連桿及A、B球均繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)；在(b)中，A球與轉(zhuǎn)軸剛性固結(jié)，軸套固定在連桿上，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸及A球繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)而軸套及連桿保持不動(dòng)。    磁作用理論斷言：使轉(zhuǎn)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在(a)中將不

9、會(huì)測到磁場強(qiáng)度的變化，在(b)中將測到磁場強(qiáng)度的變化。使B球單獨(dú)帶電，仍有此結(jié)論。最一般地，在旋轉(zhuǎn)的帶電金屬球外應(yīng)測到由該帶電體產(chǎn)生的磁場。對于磁作用可以這樣理解：當(dāng)電荷孤立存在時(shí)，其固有極化方向是隨機(jī)的，當(dāng)兩個(gè)相對靜止的電荷相互作用時(shí)，其固有極化和感應(yīng)極化將固定方向；當(dāng)兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)但距離保持不變（即相對轉(zhuǎn)動(dòng)）的電荷相互作用時(shí)時(shí)，其極化方向?qū)l(fā)生相對于自身電荷質(zhì)量微粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是磁作用。磁作用的表觀效應(yīng)就是磁力。3.3運(yùn)動(dòng)電荷間磁作用力的大小    上式與式（1）的結(jié)果完全相同，這說明電荷對作用對象的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于電荷感應(yīng)強(qiáng)度與作用對象間相對轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的乘積

10、。    上式即相對運(yùn)動(dòng)速度為之間相互作用的磁力大小的計(jì)算公式（對其方向的討論同經(jīng)典理論，略去）。    我們對磁作用作進(jìn)一步討論：1.磁場本質(zhì)是強(qiáng)度不為零、方向變化的電場空間。磁作用由電荷間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)電荷間的相對運(yùn)動(dòng)具有角速度（相對速度的切向方向分量不為零）時(shí)，電荷之間就產(chǎn)生磁作用。2.在磁場中，如果電荷作沿磁力線方向外的任何運(yùn)動(dòng)，則該電荷將受到磁力的作用，反過來，該電荷也將對產(chǎn)生該磁場的電荷產(chǎn)生反作用。通電的直線螺旋管中的磁場是說明磁場的產(chǎn)生及對處于磁場中的運(yùn)動(dòng)電荷的作用的典型例證。3.實(shí)驗(yàn)室中常用的磁場相當(dāng)于由電荷的純相

11、對轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的“靜磁場”，或者產(chǎn)生磁場的電荷的徑向運(yùn)動(dòng)速度很小，近似于“靜磁場”，故可以用相對于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的相對速度來計(jì)算磁力的大小。4.如果空間某處的磁場的強(qiáng)度或方向發(fā)生變化，則說明產(chǎn)生該磁場的電荷的數(shù)量或相對于該空間的運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生了變化，相應(yīng)地，對處于該空間的靜電荷產(chǎn)生庫侖力變化，即認(rèn)為變化的磁場產(chǎn)生電場。現(xiàn)在來看問題1、2，就非常簡單易解了。    對于宏觀磁力現(xiàn)象，可由式（3）或（4）進(jìn)行計(jì)算。但需注意，對于載流導(dǎo)線之間的磁力作用，應(yīng)取一根為“靜”，將其中的流動(dòng)電荷看作靜電荷（因?yàn)閷?dǎo)線中的電荷具有動(dòng)態(tài)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，導(dǎo)線受力相當(dāng)于動(dòng)態(tài)“靜”電荷所受洛侖茲力）

12、，然后求另一根導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的磁場對其作用的磁力。4.磁作用理論的應(yīng)用    在地球表面某處應(yīng)用上式，即可分析計(jì)算地球磁場的形成和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。    由磁力產(chǎn)生的必要條件可以解釋超導(dǎo)現(xiàn)象及邁斯納效應(yīng)。    通常，導(dǎo)線中的電阻由兩部分形成，一是原子及其電子系統(tǒng)的熱運(yùn)動(dòng)，可稱之為熱電阻；二是導(dǎo)線電流磁場對導(dǎo)電電子的洛侖茲力作用，使電子的運(yùn)動(dòng)路線受到阻礙，形成電流磁場附加電阻（此電阻不帶來能量損失），它比原子系統(tǒng)的熱運(yùn)動(dòng)電阻大得多。    對那些超導(dǎo)材料來說，存在著這樣的溫度區(qū)間：在區(qū)間高限，原子的熱運(yùn)動(dòng)仍不足以形成熱電阻；在區(qū)間低限，材料中仍有足夠密度的自由電子。在該溫度區(qū)間內(nèi)，初始起動(dòng)電壓使電子感應(yīng)定向并立即達(dá)到較高的流動(dòng)速度（可能遠(yuǎn)高于一般導(dǎo)體中的電子漂移速度）形成強(qiáng)大電流，電子靠慣性維持恒定的速度而形成穩(wěn)流。由于回路中失去了電壓，電子極化方向不受電源的感應(yīng)定向而成為“擬自由電子”，而電子之間的感應(yīng)定向是充分雜亂、均勻的，按照磁力的作用條件，在超導(dǎo)體內(nèi)部就沒有