汉语是联合国官方正式使用的 6 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语！

Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.

Not to discriminate against Chinese, please!

[请教，建议] 电磁学的实验再检验（20）：两根载流平行导线之间的磁力大小，与电流方向、导线材料等的关系

安培力： Ampère force

毕奥-萨伐尔定律： Biot-Savart law

磁高斯定理： magnetic Gauss' theorem

安培环路定理： Ampère's circuital theorem

洛伦兹力： Lorentz force

宇宙线： cosmic ray

要点：

安培力、磁场的电流成因等的实验再检验。

“电磁学的实验再检验”的第二个实验，原理性的建议。

   原则上讲，“电磁学的实验再检验”的实验，都需要“电磁屏蔽”、“真空”、“恒温”、……，等各种严格的实验条件。

   电磁屏蔽，要实现对“静电、静磁、电磁运动”的充分良好的屏蔽。

   真空，需要记录“真空度”等。

   恒温，需要记录实验环境的温度。因为目前在地球表面，做不到“绝对真空”，所以还存在温度（热辐射）等变化。当电流通过普通导体时，也会产生热效应，……

   ……

   总之，高精度、高稳定性的“电磁学的实验再检验”的实体物理实验，并非容易的事情。需要较高的实验条件。

一、一些可以在空气里“初步粗略”进行的实验，是目前考虑的重点

   因为“电磁屏蔽”、“真空”、“恒温”、……，等，真的不容易。

   挑出一些可以在“空气”里进行的实验，是目前的重点。

二、[建议，实验原理] 两根载流平行导线之间的磁力大小

https://idea.cas.cn/zhhh/sxwlhxytw/wlx/info/2012/483154.html

   2012-04-12 10:46 在中国科学院《科学智慧火花》栏目贴出的“SI基本单位中安培定义的两种可能缺陷”里，提出一个问题：

   两根平行载流导线之间的磁力，是否与电流方向有关？

   随着对“两根平行载流导线之间的磁力”陆续的学习和思考，建议如下。

（1）电流同向、电流反向，磁力的大小严格相等吗？

图1  两个沿平行线匀速运动的点电荷之间的作用力，可以是不同的。

(a) 如果运动方向相同，两点电荷之间相对静止，只有库仑力F_C。

(b) 如果运动方向相反，两点电荷之间除了库仑力F_C外，还有洛伦兹力F_L。

   由上图，引起的类比：“两根平行载流导线之间的磁力”，与电流方向有关吗？

   因为同向、反向时，两根载流导线之间的电子（电场）的相对速度不同。

   而“安培力”与电流强度I、磁感应强度B等有关。

   同时，“洛伦兹力”与粒子的运动速度v、电场强度E、磁感应强度B等有关。

   根据狭义相对论，运动导体感受的电流强度I、磁感应强度B与“运动的相对速度”有关。

（2）是否与导线的材料有关？

   在直径相同的不同金属导线里，自由电子密度越高，产生相同电流需要的“自由电子定向运动的速度”越低，

   假如磁场依赖于“自由电子定向运动的速度”，

   则不同金属导线之间的磁力：

   银 > 铜 > 铝。

   初步查找，自由电子密度数量（不排除查找错误的可能性，但这不影响本次思考的主要原理）：

   银： 5.86×10^28/m3

   铜： 8.5×10^28/m3

   铝： 2.1×10^29/m3

   自由电子密度，指的是单位体积导体中的自由电子数量。

（3）是否与导线的横截面积有关？

   同一材料载流导线电流强度相同时，横截面积小的导线，其内部电子（载流子）的速度大。

   因此，除了导线材料之外，导线的粗细是否也会影响磁力的大小？

（4）空气中、非电磁屏蔽时，需要测量实验装置在水平面上，更换多个几何角度测量，以期避免地磁场、宇宙线（宇宙射线）等的额外干扰。

（5）改用P型、N型等半导体，进一步实验。

   以上，主要是对“安培力”、“电生磁”等的定量公式的实体实验再检验。真正的精确实验，当然需要“电磁屏蔽、真空、……”等条件。

三、目的

   载流导体、半导体产生的磁场，与哪些物理量有关？

   “载流子”运动速度、“横截面”上的总电流？

   尽可能记录实体物理实验的工作实际条件。结论由实验得出。

   正如当别人问高斯如何得到他定理，人类历史上数学家综合排行榜第二的高斯，毫不含糊地说：“…通过系统的、明显的实验。... through systematic, palpable experimentation. ... durch planmässiges Tattonieren.”：

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

   伟大数学家高斯在1830年给贝塞尔的信中写道：

   "We must admit with humility that, while number is purely a product of our minds, space has a reality outside our minds, so that we cannot completely prescribe its properties a priori. 我们必须谦虚地承认，虽然数字纯粹是我们头脑的产物，但空间在我们头脑之外有一个现实，因此我们不能完全先验地规定其性质。"

https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Gauss/quotations/

关联：

（1）旧“安培定义”的实质。

（2）安培的无定向秤实验的再理解。

（3）狭义相对论“电磁学”的实验再检验。

相关的思考过程：

[1] 中国科学院，科学智慧火花，杨正瓴，2012-04-12 10:46，SI基本单位中安培定义的两种可能缺陷

https://idea.cas.cn/zhhh/sxwlhxytw/wlx/info/2012/483154.html

图2  2012-04-17 12:09:22

图3  2013-12-21 20:10:40

图4  2015-09-07 13:10:46

图5  2016-08-04 16:40:50

图6  2019-04-16 20:40:55

参考资料：

[1] 2022-01-20，安培力/Ampère force/范宝新、陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31202&Type=bkzyb&SubID=61931

[2] 2022-01-25，洛伦兹力/Lorentz force/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31203&Type=bkzyb&SubID=61931

[3] 2022-12-23，洛伦兹力/Lorentz force/潘良儒，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=400173&Type=bkzyb&SubID=64006

[4] 2022-01-20，毕奥-萨伐尔定律/Biot-Savart law/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31200&Type=bkzyb&SubID=61931

   毕奥-萨伐尔定律是讨论恒定电流的磁场性质和计算其磁场分布的基础。根据这一定律可导出恒定磁场的两个基本定理：磁高斯定理和安培环路定理。毕奥-萨伐尔定律并不是直接的实验结果，原因是恒定电流元不可能孤立存在。事实是1820年H.C.奥斯特发现电流的磁效应后不久，J.-B.毕奥和F.萨伐尔即着手研究电流产生磁效应的规律。他们做了几个恒定电流产生磁作用的实验：如一长直电流对磁极的作用力同电流成正比，同磁极到电流导线的距离成反比；再如一弯折成一定角度的电流导线对其顶点外的磁极作用力不仅与电流和距离有关，还与弯折的角度有关。他们在数学家P.-S.拉普拉斯的帮助下，倒推回去，导出上述定律。这种由个别特殊实验导出的普遍规律的正确性，是靠由此得出的一切推论都与实验相符而得到确认的。

[5] 2023-11-09，毕奥-萨伐尔定律/Biot-Savart law/于歆杰，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=398554&Type=bkzyb&SubID=134099

   它是法国物理学家J.B.毕奥（Jean-Baptiste Biot，1774～1862）和F.萨伐尔（Félix Savart，1791～1841）于1820年根据对载流回路周围的磁场进行实验研究得到的结果。后经P.-S.拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace，1749～1827）等人的工作，将定律表述为数学形式。

[6] 2022-06-08，磁高斯定理/magnetic Gauss' theorem/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31204&Type=bkzyb&SubID=61931

[7] 2022-01-20，安培环路定理/Ampère's circuital theorem/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31205&Type=bkzyb&SubID=61931

相关链接：

[1] 2024-07-01，[专业微信群贴出] 请教安培的无定向秤（ astatic balance ）的系统误差

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1440567.html

[2] 2024-06-23，[请教，讨论] 电磁学的实验再检验（16）：无定向秤（ astatic balance ）的系统误差是多少？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1439428.html

[3] 2023-07-25，[讨论] 电磁学的实验再检验（9）：三根平行载流导线之间的电磁力

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1396605.html

[4] 2023-07-14，[最主流] 电磁学的实验再检验（2）：平行载流导线之间的电磁力

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395383.html

[5] 2021-09-11，[求助] 三根平行载流导线之间的洛伦兹力，怎么计算？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1303778.html

[6] 2014-10-21，[请教]平行导线间磁力大小，与电流方向的关系

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-837340.html

[7] 2024-05-17，[小资料，笔记，讨论] 电磁屏蔽

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1434568.html

[8] 2024-05-08，[笔记，请教，讨论] 一幅值得思考的图片（关联“自然运算”）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1433246.html

   宇宙线/cosmic ray/

[9] 2024-08-15，[请教，讨论] 电磁学的实验再检验（19）：在外太空进行光子性质实验测试

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1446710.html

[10] 2024-08-07，[请教，讨论] 电磁学的实验再检验（18）：“真空中单向光速”的直接测量（一）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1445525.html

[11] 2023-07-14，“电磁学的实验再检验”：经典电磁学实验当代再检验的起因、意义要点

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395251.html

[12] 2024-10-26，[最主流，实体的物理实验波形] “费曼电容器充电”的电压波形观察一周年

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1457117.html

[13] 2023-10-26，[最主流，实体的物理实验波形] “费曼电容器充电”的电压波形观察

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1407363.html

[14] 杨正瓴，2023-07-13，[最主流] 电磁学的实验再检验（1）：坡印廷矢量（Poynting vector）只是一种数学抽象？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395225.html

[15] 2024-09-24，[随笔，讨论，汇报] 为什么同时考虑“电磁”、“引力”的实体物理再实验？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1452503.html

五、你为什么迟迟没有进行“电磁学的实验再检验”的第二个实验？

   我没有“电磁屏蔽”、“抽真空”等必须的实验基础条件。

   一些静止空气中可以进行的判定实验（近似结果），尚在犹豫之中。

   一般而言，多数实体物理实验，应该是“大的电磁屏蔽室”内部，局部“抽真空”。

   “电磁屏蔽”，要考虑“电、静电”，“磁、静止磁场”，以及“变化的电、磁、电磁”等的屏蔽。应该是多层不同材料的复合式屏蔽。

   “抽真空”，主要是“电磁过程”部分。应该保证高真空，以及真空度计量。

   实验室的温度、湿度等都要记录。为防止“宇宙线 cosmic ray”等干扰，是不是优先考虑“大山底下的地下”？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1433246.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1415711.html

   可能“平行载流导线之间的电磁力”、“电磁波的刚性（关联“光压”）”应该优先考虑？

   二者之中，更应该优先考虑“平行载流导线之间的电磁力”？该实验关联到安培“无定向秤（ astatic balance ）”的误差范围估计。

六、潜在的新闻爆炸性

   可能是“单向光速”测量、“电磁波依赖坐标系”等。

   它们在某种程度上关联《狭义相对论》。

感谢您的指教！

感谢您指正以上任何错误！

感谢您提供更多的相关资料！