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[讨论] 电磁学(物理学)的基础:磁场的起因

已有 2675 次阅读 2016-10-13 17:52 |个人分类:基础数学-逻辑-物理|系统分类:科研笔记|关键词:电磁学,,物理学,,基础,,,,磁场,,电场,,,运动,,,Lorentz,force| 物理学, 基础, 磁场, 电磁学, 电场

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[讨论] 电磁学(物理学)的基础:磁场的起因

                   

物理学,归根到底是实验科学。

本文的目的:

(1)请“实验物理学家”做实验。

(2)请“理论物理学家”提供更多的类似现象。

       

    1971Williams, Faller, Hill 在《Physics Review Letters》发表“New experimental test of Coulomb's law: a laboratory upper limit on the photon rest mass”,宣称库仑定律精确成立。

    假如这是真实的,则表明两个相对静止的点电荷之间没有观测到相互的磁力作用,而只有库仑力的静电相互作用。

    在安培Ampère's force)公式里,只要两个电流I1I2的大小一样,则在电流方向相同时的吸引力,以及这两个电流方向相反时的排斥力的大小是相同的。这与毕奥-萨伐尔定律(Biot–Savart law一致。


(1-a 安培力(Ampère's force)公式


(1-b安培力(Ampère's force)公式


(2) 毕奥-萨伐尔定律(Biot–Savart law)

           

    问题在于,洛伦力(Lorentz force)与电荷和磁场之间的相对运动速度有关系。所以,当两个平行导线里的电力方向不同时,代入洛伦兹力公式里的速度V的数值是不一样的。因此两个载流平行导线之间的磁力,与电流方向有关系。亦即安培定义缺少电流方向的说明。


(3) 洛伦兹力(Lorentz force)

    对于点电荷(按“速度v做匀速运动),麦克斯韦理论给出的其激发的电场和磁场为:


    都是与“速度v”有关的。

问题在于,“速度v”到底是什么?

法拉第圆盘发电机Homopolar generator: Basic Faraday disc generator

在不同的惯性系里,速度v需要根据不同的观察者的速度V进行调整吗?

    考虑三根平行导线a、b、c,且该三根导线的直径、材料等均相同。这三根平行导线的横截面呈等边三角形。即如纵向看为平行导线,则横向看其位置为等边三角形。

    假设导线 a、b 、c 均通过不同强度的稳恒直流(方向大小都不变的电流),这样对导线c而言:导线 a、b里的电子(电场)速度不相等。

    第三根导线c受到的洛伦兹力该怎么计算?

    ① 分别计算与导线 a、b之间的洛伦兹力FacFbc再进行矢量合成(Fac + Fbc)。

    ② 先计算导线a、b产生的磁场BaBb,用矢量合成的磁场(Ba + Bb) 来计算洛伦兹力。

    以上两种计算结果相同吗?

    假如不同,那个更正确?

    核心:洛伦兹力,依赖于电场(电荷)之间的相对速度。

           

问题:

    (1)假如库仑定律成立,且磁场与电荷的相对运动速度有关,则在安培力定律(Ampère's force law)中I1I2的大小,需要考虑它们之间电场或电荷的相对运动速度v吗?

    (21825年Ampère的以及1833Gauss的实验,实验精度是否足够高?实验现象的解释是否合理?

         

    以下思考题均属于宏观范围问题,请不必考虑量子力学。亦即只在经典电磁学和相对论的范围内思考。

思考题一:


    在一个无限大均匀静电场E里,

    ① 一个点电荷q按图示方向以速度v做匀速运动。请问,该点电荷q会受到磁力的作用吗?

    反过来,该点电荷q静止,均匀静电场E(和平板导体)速度v做匀速运动。请问,该点电荷q会受到磁力的作用吗?

               

思考题二:


    在上题里,点电荷换成一个均匀的载流导线,且该导线里流过电流强度为I的稳恒直流。

             

思考题三:


    不妨假设上面的“一个无限大均匀静电场”是由平行导体板构成(类似平板电容器)。假设上下两个导体板都做匀速运动,且v1v2方向相反。请问,这两个导体板之间会出现磁力的作用吗?

               

Homopolar generator: Basic Faraday disc generator

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Faraday_disc.jpg


Michael Faraday's experiments in 1831.

                               

相关链接:

[1] “高等学校青年骨干教师高级研修班”大会报告,地点:南开大学 二主楼A203,时间:2008-11-12 上午,《逻辑方法的局限性》.


[2] 中国科学院科学智慧火花,2012-04-12,SI基本单位中安培定义的两种可能缺陷

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=4681

[3] Williams E R, Faller J E, Hill H A. New experimental test of Coulomb's law: a laboratory upper limit on the photon rest mass [J]. Physics Review Letters, 1971, 26(12): 721-724.

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.26.721

[4] Ampère's force law- From Wikipedia, the free encyclopedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Amp%C3%A8re%27s_force_law

[5] 科学出版社,2015-08-10,科学上过分漂亮的结论很有可能是以无中生有的方式编造出来的 精选

http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-911890.html

(3) 19 世纪伟大的化学家道尔顿(J. Dalton, 公元1766~1844), 他发明了化学链法则并证明了不同种类原子的存在, 并发表了一系列高深的实验结果. 但是当代的化学家没有一个能再现他所发表的实验结果.

(4) 美国物理学家密立根(R. Millikan, 1868~1953), 由于他首先测量了电子的电荷而荣获诺贝尔物理学奖. 但是为了让他的实验结果看起来比实际结果更具说服力, 用大量数据伪造了他的工作.

[6] 2016-09-06,一年了,没有人理俺(安培定义的物理实验检验)

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1001173.html

[7] 2015-09-06,rainsnow 老师:我的担忧并没有消失!!

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-918874.html

                                 

感谢您的指教!

感谢您指正以上任何错误!



http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1008502.html

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