涡旋电场和电磁感应定律(修订稿)

1涡旋电场和电磁感应定律吴克电话[phone]陕西商州牛槽中学邮编726009前言我找到了有真实形式的涡旋电场。麦克斯韦150年前假说的这个电场，今天揭开面纱与世人见面。面纱揭开，迷雾吹散,因而我能够推翻法拉第电磁感应定律和建立新电磁感感定律。新电磁感应定律能计算导体在两点间运行所生电动势的大小，还能用于发电机、变压器的制造和无线电技术。公式的使用，将结束电力设备中诸量叫“参数”的时代，因为用新公式能求得准确数据。本文从涡旋电场概念讲起,不断出现新名词,新定律,新公式。文章末尾是新定律的应用举例和实验。一、什么是涡旋电场?原子由原子核和核外电子构成。电子绕核运转,我叫它环形电流,简称电流环。既是电流,据奥斯特实验,此环必有磁场。电流环的磁场受变化磁场作用会发生增强和削弱两种奇妙变化。这变化就是涡旋电场。涡旋电场一旦形成,电流环中许多电子就不绕核转了,而是沿环上某点的切线方向飞出,形成感生电动势。（本文不用“感应电动势”、“磁感应强度”等词）。我不是说神话,我能绘出示意图讲解。⊙M是放置在我们右前方的一个电流环。设它水平。L1、L2是环左右两侧磁场中的磁力线。一侧一根为代表。D是放置在我们左前方的电磁铁。设它正立坐在水平面上。N是它的一根磁力线。它竖直射向天空,返回时垂直穿过电流环的环面。D方是信号发射装置,M方是信号接收装置。这是题设,你要识图。实验开始。把K闭合。闭合的刹那,一个外磁场向M飞来。b表示外磁场传播方向。N表示外磁场的磁场方向。怎样飞来?像火车一样飞来。磁场有头,叫场首,像火车有头一样。一个磁场产生,不是同时充满宇宙，而是由近而远渐生。有迟早之分。场首是空间中,磁场从无到有的分界线。就是说,传播中的磁场前沿是场首。在我们的图中,场首N到电流环M的左沿,接着进入环(越过A点)。又从环的右沿出来(越过B点)。N接着就离开地球远走了。这一过程中,你见到两个现象吗?我见到了。它是:首N靠近环,未进入环时刻,L1与N反向。所以L1被削弱。首N进入环,未出环时刻L2与N同向。所以L2被加强。这就是强弱现象。这就是涡旋电场.不信吗?请读下文。二、一次来首和一次离尾强弱现象是外磁场给电流环的力。我们知道,物体受外力作用要改变运动状态或方向。这里,电流环受力后环中电子脱轨,生成感生电动势。这是一次来首生势。首过之后,生势停止。为什么停止?因为首进入环,A两侧受力平衡.削弱现象停止。首出了环,B两侧也受力平衡。加强现象停止(同一根磁力线L在电流环的内外两方,同时受大小相等,方向相同的力N作用,L受力必平衡。杠杆是⊙A、⊙B的直径。支点分别是A、B)。因此,强弱现象是电流环某时刻发生的现象,不是持久现象。只有外磁场的首尾来到时才发生。下边讲尾对电流环的作用.火车有尾,外磁场也有尾。这个尾是图3中电键K断开的刹那出现的磁场变化。K断开,2磁场灭亡。磁场很大,充满宇宙，近处先灭,远处后灭。灭与未灭的分界叫场尾。换句话说,场尾是退走的磁场后沿。图3中,场尾N始于磁源D向电流环M走来。b示尾的走向,N示外磁场的作用力方向。尾N进入环未出环时刻,环内L1与N同向,故L1被加强.尾N出了环,未远离环时刻,环外L2与N反向.故L2被削弱.这又是强弱现象.又是涡旋电场.又有电子脱轨.这是一次离尾生势.尾过之后，一切平静，和首走过、尾未到时刻完全一样。与来首生势相比,离尾生势中,电流环的加强侧不同,因而电动势方向不同.图1中,电流环B侧加强.电动势方向是“向我来”(射线BC)。图3中,电流环A侧加强,电动势方向是“离我去”(射线AE)。为什么是这个方向?因为这个方向符合楞次定律。所以环的加强侧环的电流方向是新生电动势方向。此向和电子运动方向相反。所以电流环受力后，电子脱轨之处是环的削弱侧。上文主要讲了场首、场尾的概念和作用。由此，我想到一个比喻。天平两盘失去平衡的两个时刻是什么？匀雨的雨首击左盘，尚未击右盘时刻。雨尾击过左盘，正击右盘时刻。匀雨中的两盘始终平衡，和无雨时刻相同。三、连续来首和连续离尾进一步研究。我们把图1、图3中的磁源换成用滑动变阻器控制的磁源。那么,滑片P向强电流方向滑，发出随时间增强的外磁场。我们设这种磁场为台梯，由先后到达的无数场首构成。这时生成持续电动势。这是连续来首生势。同理，滑片P向弱电流方向滑，发出随时间减弱的外磁场。我们也设磁场为台梯。由先后到达的无数场尾构成.这时也生成持续电动势。这是连续离尾生势。注意，我们要更进一步研究。我们将变阻器控制的磁源拿走,换成永磁铁。我们叫电流环做靠近永磁铁运动。这时生成持续电动势。这是因为电流环M仍能得到随时间增强的电磁波。同理，我们叫电流环做远离永磁铁运动,这时生成持续电动势。这是因为电流环M仍能得到随时间减弱的电磁波。因此，我们得出结论：改变电磁铁的电流方向及强度(变流)和改变导体与磁体的距离(变距)，生势原理相同。四、说电磁波凡变化磁场必由场首、场尾二者或二者之一构成。没有首尾的磁场非变化磁场。而首尾必传播。因此,变化磁场就是电磁波。简称电波。电磁波分完整电波和残片电波两种。LC电路和旋转磁极发射的电波是完整电波。完整电波有周期。它是S极方向的波尾,接N极方向的波首,N极方向的波尾,接S极方向的波首。因此一周期含两组场首和两组场尾。可使导体产生两次来首生势和两次离尾生势。若一次生势时间为△t,则电波的一个周期T=4△t我们把无周期的电波都叫残片电波。导体、磁体相对无规则运动所生电波,变阻器滑片任意滑动所生电波,皆是。下面,我们来看四种残片电波。设西安火车站一磁体A不动。又设某列车B为一段闭合导体。B由西安向兰州飞驰时,A即向B发来由强变弱的电波。火车开出的第一秒,全车同时变弱。可是从第二秒起,总是车尾先弱,车头后弱。所以电波从车尾向车头传。磁源不动,导体中出现的电波,传不出导体。总是从导体面磁源侧传到导体背磁源侧。这里,电波从车尾传到车头就终止。波不出车厢。又设兰州向西安开来一闭合导体列3车C。C向A靠近。A即向C发来由弱变强的电波。火车开出的第一秒,全车同时变强。可是从第二秒起,列车上的每一个变化都始于车头。即车头先变强,车尾后变强。故电波从车头向车尾传.我们又令磁体A乘机西飞。因A向西走,故欧州方向的所有空间都得到由弱变强的电波(强波)。同时,太平洋方向的所有空间都得到由强变弱的电波(弱波)。空间中的这两种电波传向是什么?我不单答此问。电波不论强波、弱波,完整的、残片的,都是离开磁源向外传(不说“从磁源向外传”。因为离开磁源而走的电波不一定都始于磁源)。电波传播学说是：导体靠近磁源,导体上磁场强度要增强。面磁源侧先增,背磁源侧后增。故电波离开磁源向外传。导体远离磁源,导体上磁场强度要减弱,面磁源侧先减,背磁源侧后减。故电波离开磁源向外传。最后要说：电磁波前后两时刻总是以不同形式穿过有限空间和无限空间。空间中一切由原子核、电子层构成的物质都被它冲击,先生涡旋电场,后生感生电动势。这是电磁波的特点和性质。最后还要说：电波传播与磁源变化同速。电流光速变化,波也光速传播(“你能变多快,我能传多快。”波说)。发电机中,波与运行磁极或电枢的线速度同速。上文前两个波与火车B、C同速；后两个波与磁源D同速。总之,导体、磁源相对运动产生的电波,传速就是相对运动速度。导体、磁源一动一静者,波速与动者同。二者异向动者,波速是二速之和。二者同向动者,波速是二速之差。二速无差,则是无波。五生势与不生势的电流环不敢说电磁波到来时，空间中的所有电流环都产生涡旋电场。但是，我这里画的四种不同姿势的电流环，受同一个电磁波作用时，不仅都产生涡旋电场,且能产生方向一致的感生电动势。图7中,ABCD四个电流环的姿势是：A环正立,B环倒立,CD两环躺着。C环头向右,D环头向左。环中极棒是立体感的参照物。设N极是环的头,S极是环的脚。同一个场首N来到时,A环强侧在左，感生电动势方向是I1。B环强侧在右,感生电动势方向是I2。CD两环特殊：首到环平面左,未到环平面右时刻,在环左侧,加强、削弱两个现象同时进行。C环强侧在上,D环强侧在下。感生电动势方向是I3、I4。四个方向都是“向我来”。同一个场尾N来到时,这四环同时改变加强侧。电动势方向都改为“离我去”。我不画了。读者自已画出看。CD两环特殊。强弱现象是：尾离环平面左,未远离环平面右时刻,在环右侧,加强、削弱两个现象同时进行。不产生涡旋电场的环是什么姿势?图8就是。左环头对读者躺。右环脚对4读者躺。场首从读者左方来。我们看到,环的头脚两方,场首N总是同时到达。环的磁场L1、L2总是受力平衡。又看到,N与L3、L4也无力的关系。若场尾来到,情况相同。若首尾从读者右方来,情况也相同。总之,这个姿势不好。要产生涡旋电场,须变姿势,或变首尾传播方向。六、切割磁力线问题导体运动须切割磁力线。否则不生电。为什么?不切割磁力线的情况有两种。第一种,见图9.图中,导体ab纵向向右走。右手定则得电动势方向是“离我去”。这个方向是导体的横向。横向排列的原子队伍短,电动势的总和小得很，测不出来。不是导体中未生涡旋电场和电动势。第二种见图10.图中,导体ab横向和磁力线N平行移动。此时导体中没有电波。因为导体、磁体相对位置未变。磁体周围是非匀强磁场。导体须改变与磁体的距离,才能获得电波。七生势定律涡旋电场向人提示：产生电动势的物体是导体，不是回路内空间。导体生势时，外磁场强弱变化，且磁力线切割导体。于是有以下定律：第一生势定律：导体切割磁力线时，若导体上前后两时刻的磁场强度不相等，该导体才产生感生电动势。第二生势定律：导体切割磁力线时，若穿过导体的磁通量发生变化，该导体才产生感生电动势。据第一生势定律有：△B＝B2-B1。这是将导体上前后两时刻的电波强度用B1、B2表示，电磁波首尾的大小用△B表示得到的公式。公式说：△B是电磁波的末波强度B2与初波强度B1之差。据公式，电动势类型有强波生势、弱波生势，磁通变大生势、磁通变小生势。上文有来首生势、离尾生势。八、法拉第电磁感应定律错了法拉第电磁感应定律的实验装置中,回路内磁通量虽有变化,但是涡旋电场认为生电物体是导体,不是回路内空间。穿导体的磁通量变化没有?匀速运行于匀强磁场中的导体,前后两时刻，不会有磁场强度差的。就是说,匀速在匀雨中行走的人,前后两时刻，鼻尖碰的雨点数必相等。因此,这个定律错了。插语：若人时快时慢地在匀雨中行走,前后两时刻，鼻尖碰的雨点数必不等。或人匀速,而雨非匀，前后两时刻鼻尖碰的雨点数也不等.九第二电磁感应定律我们由匀强磁场中的匀速运动导体不生势，得到如下定律。闭合回路的部分导体在匀强磁场中匀速切割磁力线运动，是绝不生电动势的。若此导体变速运动，则一定生势。此时，导体具有的电动势的大小与这部分导体的长L成正比，与导体的加速度a成正比，与这个匀强磁场的磁场强度B成正比。数学表达式是：LBLBatvvt0式中v0是导体的初速度,vt是导体的末速度。△t是导体通过这段路程所用时间。此公式叫匀强磁场生电定律。又叫第二电磁感应定律。是我命名，是传统电学中没有的定律。有人一见就火,说我随便5说话是定律。我认为先假设，后验证,有何不对!定律的第二句话,若用第二生势定律说,匀强磁场中，在不同时刻,因导体速度变化,穿导体的磁通量也变化,故导体生势。定律中的“这部分导体”及下文的“生电导体”指切割磁力线的导体。为什么与a成正比呢?因为相等时间内,行路快者鼻尖碰雨多。加速度a为导体争得的磁通量变化值，与成正比。九、第一电磁感应定律据涡旋电场理论，我们找到了第一电磁感应定律。这定律是：金属棒中的电动势的大小与生电导体的长L成正比，与导体上电波强度随时间的变化率△B/△t成正比。数学表达式是LtB=tBB12式中△B=B2-B1是上文出现过的公式，用于计算外磁场首尾的大小。为什么这样描写电动势呢？因为电动势是电子从原子电子层中飞出作用于导体截面的压强。电子有质量，有惯性。它离开电子层时以极大的惯性撞击导体截面。电子惯性造成的这个压强与生电导体的长度L成正比，像液柱的压强与液柱的高h成正比一样。△B