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电磁学论文一篇关于磁及电磁作用具体过程的论文唐甜 （成都理工大学应用核技术与自动化工程学院学生 成都610059） 摘要：磁的本质是电子绕原子核圆周运动作用于以太环境而使以太具有的一种运动形式。这个以太的运动形式能反过来作用于电子从而使电子获得一定的能量。 关键词：运动形式，流圈，前延迟，后延迟 这是我用我所建立的一个物理理论给磁及电磁作用原理的具体本质过程作出的理论解释。还有我建立理论的过程，及这种理论在各种电磁作用原理中的相关解释应用。 首先讲述我是如何建立我的理论。现在理论物理中的电磁作用理论基础是麦克斯维的电磁变换理论。这个理论可表述为：任意在空间随时间变化的电场可以激发出磁场，而在空间任意随时间变化的磁场也可以激发出电场。这个目前也是光在空间传播的理论基础。对于麦克斯维的电磁变换理论基础本身我认为他使用了这样一个物理或者说是数学模型：一个量的变化引起或者转化为了另一个不同性质的量。使用这样的模型建立一个物理方面的基础理论我认为是不完善或者说是仍然不够本质的。我的理由有两点。第一，一个量的变化引起了或者转化为了另一个不同性质的量应该是有条件的；第二，一个量的变化引起了或者转化为了另一个不同性质的量一定是有一个过程的。而他的电磁变换理论是无条件也无过程的，至少到如今仍然没有，也是无法给出的。或许有人认为这个无条件无过程的理论假设正是电磁原理中不可再深讨的本质基础，那么事实上我更愿意从更为经典的物理角度来建立一个理论并由此来分析现有的几种主要电磁作用原理的本质过程。事实上我就这样建立了一个我认为很好的理论。我在此申明我认为不能够说麦克斯维电磁变换定理是完全正确或错误，而应该说这个理论对于物理而言达到了一个怎样的本质程度。而我所建立的理论的目的是解释电磁作用更为具体的本质过程。对于迈克斯维电磁定理的那些方程我毫不怀疑它们的正确性，毕竟它们的应用是如此的成功。已经是相当成熟的理论了。而我的理论作用是电磁作用过程的具体化，这与麦克斯维理论本身是没有矛盾的。但这并不代表我的理论及解释工作没必要、没有意义。相反它的意义是非常大的。我认为数学和物理是有着本质上的差别的。他的理论可以说是限于数学上的，对于物理而言仍然是不够本质的。迈克斯维电磁定理的建立更多的是从数学入手并结合物理客观实际而得出的。所以它的实际应用性很强。但反过来对于物理本身而言它是有明显缺陷的。首先由于它的研究方法直接导致了一个问题。那就是将电磁力这个力的作用特殊化了。不光如此，从他的理论我们无法看到物质作用的具体而形象的过程，就是像牛顿力学那样的或者其它更为经典的物理过程。千万不要说这些都无所谓。不同性质的力的统一研究是物理学永远的目标。这些研究更不能只停留在数学层面上。一直以来物理学家试图尽量用原有的经典理论来解释新的物理现象和理论并不是没有道理的。所有物理学理论都应有着本质上的相同。这是对于物理学本身的发展而言的。或许你认为那对应用物理的发展没多大用处，那也是错误的想法。物理学无论本质发展还是数学相关的应用发展都需要物理理论本质性的统一。找到了这些统一性我们就才能接近物理真理。实际的物理应用也才会随之而来。过多的从数学入手显然不能达到这一目标。要解决这一问题是必须要从物理本身入手的。看看现在理论物理的发展就知道了。我认为现在的理论物理简直就是掉进了相对论和量子力学的泥潭了。而没有像牛顿力学那样的本质的发展。相对论和量子力学都是物理学家在用旧的经典理论来解释新的物理现象时才产生的新理论。不可否认它们带来的物理学上的进步。但不论这两种理论体系给物理界带来了怎样的活力和希望。但我看见的却是，这些理论的任何一点进步都像是撕开了物理真理的一座座冰山上的一角。这座冰山还没尽入眼前。却又发现了另一座冰山。人们总是不断发现新的冰山。可是却永远无法看到这些冰山的真面目。原因就是他们在建立物理理论的时候忽略了对物理本性的研究探讨。研究方法过于数学化了。这是现代物理学家不可避免要陷入的误区。原因是因为现代数学的发达。现在大家或许能够体会到物理理论统一目标的重要性了。对于这两种理论体系，我认为它们表明物理学界对物理的理解还是存在明显误区的。也就是说这两种理论的形成形态及好坏不光是目前物理学发展的问题。还应是人为的思想上的误区。这里我谈到了物理理论研究目标和入手的根本方法问题。到此为止，目的在于说明我的理论及解释工作的必要性和意义。下面继续我的理论本身。 首先我的理论实际上是从对光的电磁传播相关理论推敲而来。我认为光的波动能量在空间的传播依然需要依靠介质。而这种充满宇宙大部分（并不一定是整个宇宙）的各个角落的物质就是以太，包括原子的原子核，电子，中子，质子等都处于这样的一个环境中。以太物质的称呼和存在假设其实在国外早就提出过。但后来由于迈克逊莫雷等实验的反面结果而否定。再加上后来麦克斯维电磁理论的发展及成功应用理论物理似乎就彻底抛弃了这个假设。不管现在我再次提出这样的一个假设看起来有多荒谬，我仍然建立了我的理论并以此来解释分析几种主要的电磁作用原理。从结果看我认为这个理论很有前途。相关的论述证明了理论本身的正确性。我认为它还另外揭示了相当重要的东西，能给物理学带来很大的进步。下面正式介绍我的理论的核心内容。 电子绕原子核的空间圆周运动在它所处的以太环境中沿其轨迹留下了一种以太的运动形式。实际上这种运动形式是电子圆周运动作用于以太而形成的，而以太的这种运动形式能反过来作用于电子并使其获得一定的动量。我用图一所示的带有箭头方向的小圈来表示，我将这个小圈叫做流圈。而它就是磁的本质。且它与现有理论中的磁感线表示方法有如图一所示的相对位置对应关系。图一 流圈表示与磁感线表示方法的相对位置关系如图，磁感线是垂直穿过流圈平面中心的。且垂直指向纸内的穿过逆时针绕行的流圈，相反垂直向纸外的对应着顺时针绕行的流圈。这种流圈与电子相互作用的具体方式就是：不论电子从哪个方向和角度接触流圈，比如在A点相遇，那么电子就会在此处吸收掉流圈的整个或者绝大部分的能量，并获得一个沿着该点与圆的切线方向并与流圈在该点的绕行方向一致的动量。这个动量如图就是AO方向的动量。流圈的大小及能量是可以有差别的。另外组成以太环境的物质成分个体体积应该是比电子小很多的。因为我的流圈理论作用原理是从流体与其之中的物体相互作用的关系原理得来的。也正因此我才将以太的这种运动形式称为流圈。下面就用这个理论来分析几种主要电磁作用的本质原理。首先是导体在匀强磁场中运动产生电动势的原理。在强度为B的匀强磁场中有垂直于磁感线，长度为D且粗细均匀的导体棒AB。并在与AB，磁感线方向都垂直的方向上作匀速运动。如图二所示。 图二 导体切割磁感线的分析 所谓匀强磁场指流圈或流圈的总体作用效果在空间上的分布一致且均匀。当AB棒水平向右以速度V2移动时。AB棒中的电子与相遇的流圈一定在M点（该流圈最靠左的一点）相互作用，即与该流圈的最靠左的那个点相互作用。此处说明一下虽然实际上电子能与该流圈左半圆周上的任何一点相互作用。但由于在这些点的作用中，单个电子与其中任意点作用的概率是相同的，所以以多数电子的多次作用后的统计效果来看，这些作用中的水平分量是在以MO直线（o为流圈中心）为中心上下平面完全抵消了的。实际上最后就只剩下了竖直向上的作用效果。所以为了简化分析以后在匀强磁场中讨论物体中总体电子受这种作用的时候我就直接这样来分析。所以当AB棒向左以速度V1水平运动时AB中的电子必然与流圈的N点接触作用并获得一个竖直向下的动量。正是因为电子获得了这些定向动量才在导体棒中形成了电动势。在这种情况下当AB棒水平向右移动时，获得定向动量的电子是由B到A移动的。产生的电动势的正方向就是由A到B的。当导体棒向左移动时就刚好是相反的。电势是由B到A的。对于这种感应电动势的大小UBLVsin，本来我是打算用流圈的这种作用及其公式来重新定义一种磁场强度单位的，因为一方面磁场与电子的相互作用需要流圈与电子的相对运动另一方面这种作用实际上是电子从流圈获能的结果，所以从这里定义磁场强度更为合理些。但实际上现有的UBLVsin本身就是完全符合了这种定义方式的。所以我并没有去改变它，而是继续使用B为磁场强度的单位。对于这个公式简单分析就知道：B越大流圈平面密度就越大，V越大在单位时间内AB棒整体吸收的流圈个数就越多。而Lsin则是AB棒的实际用来吸收流圈的有效长度。且这些量都是直接与感应电动势成正比关系的。它们都直接代表了获能的多少，且都是一次线性关系的。可见这种流圈作用推得的感应电动势方向及大小与现今的理论是完全相同的。 第二个是通电导线在磁场中受力情况的分析。设AB导线处于匀强磁场中，且处于磁场中的长度为d。磁场强度为B，电流为I。如图三所示。图三 通电导体在磁场中的受力分析 AB中的正电势方向是竖直向上，其中的电子则是竖直向下运动的。显然在电子的运动过程中与流圈的作用点必然是M点。这使得电子本身获得一个水平向右的动量，即图示的mo方向的动量。相反如果磁场的方向改为垂直向纸内或者电流方向改为竖直向下，获得的动量都将会是水平向左的。此受力的大小也较容易推出FKBILsin。这个角度是AB棒与磁感线的夹角。在此可用类似于上例中的方法来解释，但有差别。第一在AB棒与磁感线实际夹角方面体现的效果应如下分析。假设一个电子分别从如下图所示的两条路径YK，Y1经过匀强磁场。 图四 匀强磁场的分析 K1，H2，G3，等代表了磁感线的方向。而所谓的匀强磁场在1YK平面上沿YK方向的分布一定是均匀的。所以按实际电子在路径上所吸收的流圈从总效果上来看一定是关于K1，H2，G3，F4.等等一一对应的。也就是说一个电子在Y1 ，YK路径上所吸收的流圈个数是一样多的。所以Y1方向上长为D的导线实际受力效果就等于在YK方向上长为Dsin的导线的受力。第二K系数的由来。从上面的分析可知我认为通电导体在磁场中的受力本质仍然是其中的电子吸收了流圈的能量从而形成了一定向运动才会使导体棒受力。导体中电子吸收了流圈的能量从而与导体有一定向的相对运动。但由于导体内部的阻力作用会使其相对于导体静止下来。这一过程中导体对电子这种作用力的反作用力，也就是电子对导体的作用力就是导体棒在磁场中所受的力。也就是说这个力其实是电子在慢化过程中电子与导体间相互做功体现出来的。而MBILsin实际上表示了获能的多少，需要将其转化为一个受力的效果。自然有FSQ得FMBILsinS=KBILsin.。F表示在这一过程中的平均受力效果。S代表平均做功位移。这两个量对于同一个导体棒来说是稳定不变的，但会因为材料的不同而有差异。这样这一结果也就和现有理论一样了。 下面初步分析一下洛仑滋力受力的原理。对于此原理我给出以下两种理论解释，我认为这两种解释是有本质联系且都是可以同时作用于洛仑滋力规律的。下面是第一种，如图所示。图五 对洛仑滋力的第一种理论解释 电子在Q点时，YQX为流圈平面。Q为坐标原点。相应的磁场则是如图所示垂直于这个平面的。QY为此刻电子的速度方向。那些与Q点相切的流圈都是此刻能与电子相互作用的。但不包括最靠左和右的那两个以下的那些。很简单它们在电子的QY方向运动过程中是刚好被吸收过了的。再由于关于YQ左右分布对称的那些流圈对于电子在YQ方向上的作用效果是完全抵消了的。所以在电子经过此点时就只会获得QX方向的动量，即与速度方向垂直且水平向右的动量。且由于匀强磁场在YQX平面上的分布及相对位置关系在任意点从该平面的各个方向看去都是一样的。那么在电子的前进过程中所获得的动量都会是与速度方向相互垂直且向右的。这样电子就形成了向心运动。但此处的运动与经典意义上的向心运动还是有明显差别的，以后还会提到。下面是我对洛仑滋力受力规律的另一种解释。这是因为或许即使是匀强磁场也不一定会那么密集那么规整，事实上也应该是这样的。所以需要考虑到电子与流圈作用的随机性。这个时候我需要从另一角度来针对单个电子与流圈的作用规律及效果进行分析。如图六所示。 图六 对洛仑滋力的第二种理论解释 如上图所示，在此我只需讨论当电子能与流圈作用时的情况。取任意一个刚刚与一个流圈作用完且将会和下一个流圈作用的电子来讨论。A、B、C、D、E、F。代表这个电子刚与一个流圈作用完时的位置与下一个将会与之相互作用的流圈（图上的流圈）的相对位置关系。它们都在同一直线AB上。且AB过流圈中心。而AQ,AP切线所夹的角则包含了A处电子所有与流圈可能的直线作用路径。在此我设计了这样一个模型来讨论是因为我认为电子与流圈相互作用的结果只会因为该电子与流圈的远近及具体作用路径不同而有差异。我这样认为由于匀强磁场中流圈在流圈平面上的分布及其相对位置关系从这个流圈平面上的任意一点顺着该平面上的任意方向看去都是均匀且完全相同的。那么在A点的电子与流圈相互作用的那些路径的概率是关于AB直线上下完全对称的。这样在A点的电子经过多次这样的作用后，水平方向上的作用效果就完全抵消了，实际结果就只会获得JK方向的动量效果。而A、B、C、D、E、F等各点位置出现的概率虽不同但却都是稳定存在的。这样就可以认为任意一个电子在匀强磁场中经过足够多次与流圈的相互作用后效果是一样的。从总体效果上看就像一直只获得与速度方向相互垂直的动量即JK方向上的动量。这样它就可以做圆周运动了。关于电子在这种情况下的运动半径问题我如下解释。电子在匀强磁场中运动时，经过足够多次与流圈的相互作用后确实受到了一个与速度方向相垂直的力的效果。而这个力的效果使电子运动方向转动了一个角度。那么在这个过程中，事实上运动半径R与mv/b成正比的关系可以这样来理解,。 mv即原来速度方向上的动量越大，磁场在这个速度方向改变过程中所起的效果就相对越小，运动半径就越大。B越大磁场在这一个速度方向改变过程中所起的作用就越大，运动半径就越小。对此目前我只能这样肤浅地来分析理解。不过在这一过程中根据我的理论电子的速度大小究竟是否变化我未能确定出来。总的来说从以上两种对洛仑滋力受力规律的理论解释可看出电子所受的这种洛仑滋力并不是真正意义上的向心力。它并不是每时每刻都存在且与运动方向相互垂直的。这个类似向心力的效果是要电子经过一个实际的可观的（不趋近于零）的过程才能获得的。所以这个力的效果在电子运动轨迹上的每一点也都是不相同的。我认为分析电子在这种情况下的运动规律，其运动半径及速度的变化才是最根本的，而电子受向心的效果只能从前两者推出，因为我们不可能去讨论单个电子与单个流圈作用的具体受力情况。以上的分析对于我所给出的两种对于洛仑滋力的解释都是相符的。还有一点就是流圈是否也对质子等正电粒子起同样作用，而事实上是的话，按我的理论它的受力方向似乎不应该与电子有差别。因为我认为以太中的流圈与电子的相互作用是和物体与流体之间的相互作用关系一样的，也就是说是与粒子的电性无关的。对于这个问题由于我的实验知识的缺乏也不能作出解释。接下来分析通电直导线周围磁场产生过程的分析，及其强度的简略计算。首先通电直导线怎样才能体现磁性呢？物体要体现磁性就要它内部的所有或者部分电子圆周运动方向在空间上的取向一致或者呈现某种规律。电流在通电直导线中又是如何影响电子圆周运动方向的取向呢，我是这样来分析的。通电直导线中并不是所有的电子都参与移动形成电流的。通常处于导线物质原子空间结构上一些特定位置上的原子和它上面的处于特定位置的电子更容易形成电流。而这些点在空间上通常具有相似的位置关系及相对位置关系。这些特定位置上的电子移动在导线电流方向上形成了一条条固定的近似直线的电子通道。而这些电子通道将会影响周围电子圆周运动方向的取向。取任意过任意电子通道的平面来看，在该平面上的通道周围的电子圆周运动方向应是如图所示的。 图七 电子通道周围的电子轨道运动方向取向 我认为只有这样的电子运动方向取向才是合理且稳定的。因为只有这样圆周运动的电子才能与通道中电子的运动互不干扰的稳定存在也不会破坏其它圆周运动电子的方向取向而共存。在导线中有许多条这样的电子通道。它们各自周围那些有规律运动的电子产生的流圈在空间上扩散开来就形成了如下图所示的导线周围的一个流圈分布图。图八 过导线的任意平面上的流圈分布情况 强调一下这里的这个流圈分布实际上是一个效果分布。实际在空间中某处的流圈并不一定都是那样方向的。从现实中磁感线方向的确定也可看出，现实中磁感线的分布是通过处于磁场中的大量铁屑被磁化后的指向而得来的。某个铁屑的指向能够代表该处总的磁场矢量作用方向。另外这个分布的形成也涉及到流圈本身在以太环境中的扩散移动规律。而我没能具体地解释总结这种规律。事实上我也是结合了实际情况推导分析才得出这样的效果分布。而对于此流圈分布所对应的磁场强度。假设导线上任意点A产生的流圈效果上只在过A点且垂直于导线的平面上扩散开来，即如图所示的样子。图九 导线上任意点产生的流圈的分布扩散情况在过电流垂直向下的导线的任意平面上看去，导线左边分布的是逆时针绕行的流圈而导线右边是顺时针绕行的流圈。那么在过该点且与导线相互垂直的平面上任意距该点为R处的流圈密度应是I/2R 。这个也就是该处的磁场强度。因为距离该点为R处的所有流圈都是该点电流在单位时间内产生并扩散出来的。自然该处的流圈密度就是I/2R。 I表示A点单位时间内产生并扩散出来的流圈。 以通电直导线周围的流圈分布为基础可以对线圈的自感原理本质作出很好的解释。线圈的自感效应指线圈通电以后其中的电流不能马上增大到最大值，而是经过了一定的时间后才能达到一个稳定的最大值。而突然断电后其中的电流也不能马上减小为零，而是经过了一定的时间后才降为零。我将前一电流延迟增大的效果称为前延迟，后一延迟减小的效果称为后延迟。之所以这样分开称呼是因为它们各自产生的具体原因是不同的。对于前延迟我认为是如下图所示的线圈并列绕行的那个曲面上的电磁作用造成的。图十 前延迟的讨论平面及这个面上的电磁作用过程 图中标明了电流方向和电子移动方向。当任意一个线圈通电时，其中的电流形成的流圈在空间扩散分布开来与附近的导线相遇并与其中的电子发生作用。可以看出这些流圈与附近的导线相遇作用的结果一定是使电子产生一个向下定向运动。就是说产生了一个与原电动势方向相反的电动势从而阻碍了原电流的增加。其它的线圈对其附近的线圈也有这样的作用效果。当流圈在空间的扩散减弱，分布稳定后电流才会达到一个稳定的最大值。从这点看单个线圈是没有前延迟效果的。对于后延迟我认为是如下图所示的线圈平面上的电磁作用造成的。图十一 后延迟讨论平面及该面上的电磁作用过程 这是一个线圈平面。我用箭头指出了电流和电子的移动方向。可以看出该线圈上任意一点，比如A点产生的流圈扩散到对面的任意一点并与其相互作用的结果必然是对原电流起到一个促进作用。而当外加电压突然消失时，该线圈中产生磁场的这种电子圆周运动方向趋势不会马上消失，而是逐渐消失的。所以将会有一段延续的磁场作用。还有已分布在线圈面积S中的那些流圈也是可以促进线圈中的电流的。这也可能是产生后延迟效果的一种原因。但这两种作用的效果谁大谁小我还不知。假如线圈之间的这种作用效果大小都一样的话那么线圈面积S一定，匝数为N的线圈的后延迟系数将会与n的平方成正比。因为每个线圈都能对这n个线圈起作用，总共有n个这样的线圈。自然就有n的平方个效果了。总的来说前、后延迟产生的原因是不相同的，但系数都与线圈匝数的平方成正比。同样可见单个线圈是有后延迟效果的，只是可能不够明显罢了。所以从理论上说是可以做出只有后延迟或者只有前延迟效果的线圈的。这里也可看出我的理论及解释的好处。迈克斯维电磁定理显然不能这样自然、形象的去解释自感现象和自感系数中N平方因子的由来。因为他的理论是没有具体的物理过程的。下面是对于磁化问题的初步分析 磁化的原理实际上是一个物体产生的磁场影响到了另一个物体内部的电子圆周运动方向。这使该物体内电子的运动方向在总体上呈现一种规律从而使该物体也有可能体现出磁性。当一物体处于匀强磁场中时。该物体中的任意一个电子与任意的流圈相互作用都会使电子获得一个在流圈平面上的动量。从而使其趋于在这个流圈平面上做圆周运动。但圆周运动的方向并不确定。这是由电子与流圈的具体作用方式决定了的。相比而言我认为此刻这种物质中原子的组成结构和电子在其中的相对位置关系及其运动状态对该平面上运动方向的一种需求选择因素更容易起到较强的作用。当然被磁化的物体所产生的磁场对原磁场影响只有加强和减弱之分。 在此再分析一下小磁针在磁场中的指向问题。一方面由于小磁针所处的磁场对小磁针是有磁化作用的。它的作用将使小磁针中的电子趋于在外部磁场的流圈平面上运动。另一方面小磁针本身是具有磁性的。这种磁性是小磁针内部电子圆周运动的一种较强的方向趋势所致。也就是说小磁针由于其物质组成及原子组成结构还有电子的运动状态等因素需要电子的圆周运动在于小磁针的物质结构空间内趋于一个特定的方向。从磁化作用后的共存角度来看来，小磁针被磁化后它的磁场方向与原磁场的相对方向有两种，完全一致或者完全相反。似乎两种都可以。但我认为应该是与原磁场一致。原因如下，图十二 外部磁场与小磁针电子在流圈平面上相遇时的影响 从上可看出如果小磁针是和流圈在流圈平面上相遇的话。当外部磁场与小磁针本身的磁场完全一样和相反时，流圈在电子轨道的左半平面的作用和右半平面的作用是完全相反的。也就是说方向一致时的左半平面和右半平面的作用分别和方向完全相反时的右半平面和左半平面的作用完全相同。所以总的来说电子与磁场在这种情况下的作用效果是一样的。与磁场的相对方向没有关系。而下面所讨论的在垂直方向上的相互作用就不一样了。图十三 垂直方向上两者位置完全重合时的流圈对电子轨迹的影响 从上图可明显看出在垂直方向上两者空间位置完全重合相遇时，外部磁场与小磁针磁场方向完全一样和完全相反时的作用效果是不同的。前者根本没有破坏电子的轨道运动方向。而后者完全破坏了电子的轨道运动方向。正是因为这样小磁针的指向才与外部磁场完全一样而不是相反。还有一点要说明，并