加速器實(shí)驗(yàn)證實(shí)變化電流產(chǎn)生“感生電場(chǎng)”

摘 要：通過分析實(shí)驗(yàn)可知，電磁感應(yīng)定律有其不足和局限性；從變化電流的作用規(guī)律可知，感生電場(chǎng)不一定是渦旋電場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：變化磁場(chǎng)；變化電流；感生電場(chǎng)；法拉第電磁感應(yīng)定律；渦旋電場(chǎng)

1 從實(shí)驗(yàn)角度分析感生電場(chǎng)

4 法拉第電磁感應(yīng)定律的本來含義

法拉第電磁感應(yīng)定律說的是產(chǎn)生感生電流的現(xiàn)象，它的本來含義說的是回路的感生電動(dòng)勢(shì)而不是在空間各處產(chǎn)生的感生電場(chǎng)。而變化電流在空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)是法拉第電磁感應(yīng)定律成立的基礎(chǔ)，法拉第電磁感應(yīng)定律設(shè)計(jì)的回路要符合變化電流的分布才能解決空間產(chǎn)生感生電場(chǎng)的問題。

5 感生電場(chǎng)不一定是渦旋電場(chǎng)

“設(shè)計(jì)回路計(jì)算空間產(chǎn)生的感生電場(chǎng)要符合變化電流的分布情況”，圖3的變化電流不閉合，因此不能設(shè)計(jì)閉合回路按照法拉第電磁感應(yīng)定律解釋圖3的感生電場(chǎng)。下面分析一下。

如圖4所示，矩形導(dǎo)體回路abcd短邊ad在矩形導(dǎo)體回路abcd長(zhǎng)邊bc中間靠近bc且與之平行。假設(shè)abcd回路其他三邊距離ad足夠遠(yuǎn)——ad處檢測(cè)不到abcd通電時(shí)ab、cd、da三邊產(chǎn)生的磁場(chǎng)；假設(shè)bc距離bc足夠遠(yuǎn)——在bc處檢測(cè)不到abcd通電時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)或者變化磁場(chǎng)。

假設(shè)abcd回路電流增大。因?yàn)閍b和cd受bc變化磁場(chǎng)作用相同，因此回路中此二邊因空間感生電場(chǎng)而產(chǎn)生的感生電流（即使產(chǎn)生）會(huì)相抵消（質(zhì)疑者可以用電子在a點(diǎn)和d點(diǎn)做實(shí)驗(yàn)——而且讓ad向右平移后重復(fù)在a點(diǎn)和d點(diǎn)做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是電子在a、d點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)相同，這樣則說明在bc變化磁場(chǎng)的作用下abcd回路中ab和cd 二邊因空間感生電場(chǎng)而產(chǎn)生的感生電流相抵消），而bc之自由電子檢測(cè)不到受abcd回路之變化磁場(chǎng)作用，因此，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到的回路abcd中產(chǎn)生感應(yīng)電流只能是因?yàn)閍d邊自由電子受bc邊變化磁場(chǎng)作用。

從ad挨著bc開始abcd逐步向右平移后做實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果是ad處的感生電場(chǎng)是同一方向的（符合楞次定律），同理，bc邊電流變化時(shí)，則ad在bc前后左右或近或遠(yuǎn)范圍，ad處的感生電場(chǎng)都應(yīng)是同方向的。由此看來，僅bc邊電流變化（如圖3的情況）產(chǎn)生的感生電場(chǎng)則不可能閉合。這就是說，僅有bc邊電流變化——如圖3的情況在空間產(chǎn)生的感生電場(chǎng)則不可能是渦旋電場(chǎng)。（說明：整體看abcd回路產(chǎn)生的感生電場(chǎng)是閉合的，不能因?yàn)榭床坏秸w只看到bc變化電流或是只有bc變化電流（如圖3情況）而就說其產(chǎn)生的感生電場(chǎng)如某理論猜想在無限遠(yuǎn)處閉合。）

電路是“渦旋電路”，則電流變化時(shí)產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)；直線變化電流不閉合不是渦旋電路，因此產(chǎn)生非渦旋感生電場(chǎng)。

用變化電流的作用規(guī)律[2]解釋圖3實(shí)驗(yàn)，則是在AB變化電流周圍空間產(chǎn)生和AB電流方向相反的感生電場(chǎng)。通過變化電流的作用規(guī)律很容易看出，感生電場(chǎng)不一定是渦旋電場(chǎng)。

注：假設(shè)圖3的感生電場(chǎng)不是渦旋電場(chǎng)，才能通過設(shè)計(jì)回路計(jì)算ab處的感生電場(chǎng)（不等于用電磁感應(yīng)定律解決圖3產(chǎn)生感生電場(chǎng)的問題）：

圖3感生電場(chǎng)和AB電流方向相反，因此乙圖ab處感生電場(chǎng)和帶電流計(jì)一側(cè)處感生電場(chǎng)方向相同，回路中此二邊因空間感生電場(chǎng)而產(chǎn)生的感生電流相互抵消，因此只要帶電流計(jì)的一側(cè)距離ab足夠遠(yuǎn)——帶電流計(jì)的一側(cè)處感生電場(chǎng)足夠小、小到儀器檢測(cè)不到，則設(shè)計(jì)回路計(jì)算的ab處感生電場(chǎng)便是實(shí)際ab處感生電場(chǎng)（回路其它兩邊因空間感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感生電流完全相抵消故不予考慮）。

6 應(yīng)用

有變化電流就有變化磁場(chǎng)，因此這兩個(gè)角度有等價(jià)的一面。從這兩個(gè)角度總結(jié)的規(guī)律可以看情況視方便而使用。在閉合電路電流變化，要注意是在空間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)變化電流的感生電場(chǎng)；而開放電路電磁波現(xiàn)象從變化磁場(chǎng)的角度應(yīng)用更為合適。

從變化電流的角度看問題簡(jiǎn)單清晰計(jì)算方便，因此有利于理解問題和發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象（如通電螺線管內(nèi)外磁通量問題[2]），相信會(huì)帶動(dòng)其他新發(fā)現(xiàn)和被廣泛應(yīng)用。除此之外，變化電流的作用規(guī)律規(guī)范了電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（規(guī)避了電磁感應(yīng)定律的不足和局限性）并拓展了感生電場(chǎng)內(nèi)容（如非渦旋感生電場(chǎng)）。

參考文獻(xiàn)：

[1]張三慧主編.清華大學(xué)教材《大學(xué)物理學(xué)》（第三冊(cè)）.

[2]變化電流的作用.科技風(fēng)，總第359期.

作者簡(jiǎn)介：趙繼廣，男，漢族，河北獻(xiàn)縣人，中國(guó)郵政集團(tuán)公司保定市分公司職工。