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电磁力与引力统一的应用云南大为制焦 电仪 黄兆荣摘要：本文用实验数据和理论来推导证明电磁力就是引力、反之引力也是电磁力。两者是同一的理论在工业生产和生活中的应用是非常广泛。我们通过实验将其总结出来。关键词：引力 电磁力 电磁场 频率 频谱一、实验：1、引力实验把各种大小不同的各种物质（足够多）用细线悬挂起来，用任何物体去接近悬挂物质，你会发现物体之间有吸引现象发生，这就是万有引力，也称引力。在课本中的万有引力现象是用两个铅球悬挂起来做实验的，公式如下： F = G*m1*m2/r2在上面的实验中你会发现用一个物体去接近悬挂的物质时，引力的大小是不同的，因此课本中的公式只是相对铅球这种物质来说是正确的，对其他物体来说公式应在里加上B F1 = B*F = B*G* m1*m2/r2 2、电磁力实验：（同样用上面的实验装置）大家都知道塑料棒与毛皮摩擦后带电，塑料棒被定义为负极，同样玻璃棒与绸缎摩擦后定义为带正电，有电就有磁，故称为电磁，摩擦会生电、生热、声音，同时还有新的物质产生，使摩擦物体的质量减少，摩擦会使相互摩擦的物体的表面及周围的分子运动加剧、使分子运动的幅值及频谱发生改变。 实验：将带电的玻璃棒或塑料棒分别取接近悬挂的物体，可以看到悬挂的任何物体都会被带电棒吸引，将摩擦过的带电棒（玻璃棒、塑料棒）从两个相反方向同时去接近悬挂物体，悬挂的物体会向距离比较近的带电棒运动，并不是一推一拉的运动，而现在的理论应是一推一拉，异性相吸，同性相斥。即当用带有正电和负电的两个电极棒去接近悬挂物体时，根据感应的原理悬挂物质的两侧也会出现相应的正负电极，产生一推一拉的现象，而事实是悬挂物体只是向距离比较近的带电体（玻璃棒、塑料棒）方向运动。再来做实验，当用带电棒（玻璃棒、塑料棒）去逐一接触悬挂物体，然后再用带电棒去接近悬挂物体，就会发现物质质量大或小，它们与电棒都会产生引力（称电引力），物质质量在大、小之间的悬挂物体就会出现排斥力（电斥力）。有下例公式： 电压V基本稳定，质量m/电压V比值 m1/V(电引力) m2/V（电斥力） m3/v(电引力) 就像弹簧一样其曲线如图1：过零点是电斥力与电引力都为零 也是引力也为零 这种实验现象金属物表现最明显、最典型，是比其他生物质或非生物质实验。实验的环境必须是干燥的，不能潮湿，湿度大，就看不到排斥现象。带电体第一次接近悬挂体后，自身的电能会衰减，或电压自然降低。多次去接近悬挂物体时原有的排斥现象就会转换成引力现象，则有：m1/V(电引力) m2/V（电斥力） m3/v(电引力)上述实验表明，电磁力变小就是引力，引力增大即是电磁力，电磁力分为电斥力和电引力，即 二、数学推导F电=KA引。 可以用数学推导 A、从力学角度加以推导：在图2中 引力的大小为：F引 = - mg*Sin1 （1）m：小物体的质量 g： 重力加速度在同一个实验装置中，将棒材与其它物体摩擦（如塑料棒与毛皮摩擦产生的电力最大），产生电磁力，同样接近悬挂在空中的小物体，发现小物体偏离垂线的角度2比引力偏离垂线的角度1大得多。如图3所示： 从图2中可以看到，电力的大小为： F电 = - mg*Sin2 （2）为了求出电磁力F电 与引力F引的关系：用（2）式除以（1）式得：F电 / F引 = - mg*Sin2/- mg*Sin1 = Sin2/ Sin1 设 A = Sin2/ Sin1那么 A = F电 / F引 F电 = A F引B、从做功角度分析：任何一个物体都会吸引小物体m，物体吸引小物体是一个作用力与反作用力的关系，大小相等，方向相反。做功为： E引 = F物体 * L物体 F物体 * L物体 = F小物 * L小物 同样，用塑料棒与毛皮摩擦，摩擦过的塑料棒会吸引悬挂在空中小物体、中物体、大物体也是是一个作用力与反作用力的关系，大小相等。只是引力的吸引距离远小于电磁力的吸引距离。 F小物 * L小物 = F电 * L 电 和 F物体 * L物体 = F小物 * L小物则有 F小物 * L小物 = F电 * L 电 F电 * L 电 = F物体 * L物体 F电 = F物体 * L物体 / L 电 L物体 L 电 A = L物体 / L 电 故 F电 F物体 F电 = A * F物体 = A * F引 F电 = A F引 F： 表示力 L： 吸引距离 从上述分析推导可以看出，当 1 = 2 时 引力增大成为电磁力当 2 = 1 时 电磁力减小成为引力 电磁力与引力性质一样，只是大小不同。 三、引力的由来：大家都知道物质是由原子和分子组成的，它们都是带电的，因为用电压表去测量任何物体的任何两点都是有电压的。教科书上说原子是由原子核和电子组成，电子饶原子核自由运动，原子核是带正电，电子带负电，同性相斥、异性相吸，但是我们也见过两个异性相吸的磁铁是紧紧的吸引在一起，不能自由运动的，那这就与原子核与核外电子能自由运动的理伦相矛盾。 下面我们用物质之间的电引力和电排斥力理论来解释这一现象，原子核和电子相互吸引是因为原子核的能量高或是电位高，而电子的能量低或是电位低。因为电能（或电位）高的物质会吸引电能（电位）低的物质，即会产生电引力，使它们吸引，而不是原子核带正电，电子带负电它们才会相互吸引的。就像弹簧你拉它就拉你，你压它，它就给你一个同样的弹力。因为一定单位长度或面积的物质在一定的范围内质量是相对稳定的，能保持自由运动状态。当电子的运动靠近原子核达到一定距离时又会产生排斥力（电斥力）使电子离开原子核，反之当电子在电斥力的作用下离开原子核达到一定值的距离时，排斥力会变成电引力，把电子拉回来围绕原子核运动。m1/V(电引力) m2/V（电斥力） m3/v(电引力)这就是为什么原子核和电子不会紧紧吸引在一起，电子能围绕原子核作自由运动，从而使原子内部形成一个相对稳定的电磁场。所以当我们用电压表去测量物体的时任何两点都会有电压，因此原子、分子都是带电的。同理也可以解释地球和其他行星为什么与太阳保持一定的距离做自转和绕太阳公转运动的原因，因此说地球是一个大的磁场，宇宙是一个更大的磁场，在这个电磁场中的任何物质的运动都会受到电磁力的作用，即电引力和电排斥力的共同作用，只是当电引力增大时，电斥力减小，反之排斥力作用大时，电引力减小。地球与太阳不会为一个球，只有引力的作用，太阳和地球为一个球。只是在牛顿大师的时代还没有证明地球是一个电磁场。原子和分子都是带电的，物质才带电，才有万有引力。三、生产和生活中电磁力与引力的统一的应用1、磁场与导线的相对运动为什么会产生电势能？用永久性磁铁隔着物质去吸引铁片，都能吸引住。这说明任何物质都存着磁场或说存着磁元素。物体在没有靠近磁场或磁铁的作用时，磁场或磁元素的方向与地球的一致，但当有磁场作用时，金属导线内部的原子、分子的磁场就会发生改变，内部磁场也会发生改变。特别是原子中自由电子，运动会改变，使原子、分子的电性增强，使整条导线的磁性发生改变显示较强的电性，导线周围的空气或其他物质磁场受到影响，磁场也会发生改变，显示出相应的电性来，导线与磁场做相对运动，会产生感应电动势，反之如果导线与磁场不做相对运动，导线中的磁元素就不会影响自由电子的运动，电性就不会显示出来。如变压器电压的升降，是由于初级线圈中的磁场变化，直接影响铁芯中的磁场变化，反之铁芯的变化也会影响线圈的变化。由于运动产生摩擦使金属导线发热。磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场金属导体与磁场相对运动时会产生感应电动势，而磁场是由磁粒子组成。金属导体中存在原子核，电子和波动的磁粒子。磁场变化时磁粒子就具有动能。当磁场与金属导体相对运动时磁场中的磁粒就会与金属中的电子、原子核、磁子发生碰撞。根据动量、动能守恒定律，碰撞过程中要进行能量和动量传递。由于原子核质量是电子的倍，所以原子核就会吸收一部份动能，而电子就会偏离原子核显大的电性，而导体中磁粒子不仅会与磁场中磁粒子碰撞进行能量传递，还会改变磁场中磁粒子的波动方向。由于磁场是同性相斥，异性相吸引起磁场变化，磁场越强磁粒子越多，输出的功率也就越大。2 、工业生产利用高压静电除尘原理去收集锅炉烟囱等排出的物质，电除尘两级板是高电位和低电位，锅炉烟囱等排出的物质带不同的电性，但是经过检验收集到的物质是一样的。这说明粉尘等物质只是向电引力大的一边走，就是向近极板方向移动。利用这一高压静电原理人们发明了如何增加农作物的产量，增加收割量的机器。电捕也是这样工作的。 3、高压电气（强电）中的应用：当我们做高压电气实验时，如果不把高压线挂起来，放在地上，慢慢地加上高压电压，当达到一定值时，周围地面的灰尘会被全部吸引到高压线上堆积，这与静电除尘原理是一样的，这也就是纠缠 为什么当人们被高压电触电后，自己很难挣脱高压线的控制，电压低，在地球的电引力作用小，会下来。电压高，电引力大于地球的电引力则不能下来了。 变压器为什么会有升压、降压现象？变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。金属中的电场变化带动金属周围磁场变化，反之金属周围磁场变化导致金属中电场的变化，这都是所有的物质都宇宙磁场造成在现实生活中，我们看到导线的直径越大，通过的电流就越大；变压器的匝数越多，电压值就越高；铁芯越大，功率就越大；反之亦然。任何一种物质中都有电子、原子核、磁粒子等粒子，当大气中的磁子波动时会在金属上产生感应电动势，但功率很小。将导线环绕相连，通上电流，就会形成一个磁场，这是因为导线中的粒子带动导线周围的磁粒子定向波动形成的。同理，将原线圈绕在铁芯（闭合铁芯电阻小），原线圈中的磁粒子带动铁芯中的磁粒子作定向波动，铁寻中的磁粒子带动沒有通电导线中磁粒子作定向波动。从而又带动导线中的电子作定向波动，且每匝导线磁粒子波动方向相同进行叠加，使电压值与匝数成正比。导线铁芯中横截面积越大、磁粒子就越多，电流通过值就越大；电流越大，波动的电子、磁粒子就越多，发热量就越高，成线性关系。导线传输电能时，磁粒子阻碍了电子波动。如果没有磁粒子的阻碍，导线中的电阻就会减小，在导线周围就没有磁场形成，电流值就是最大。4、在自动化仪表（弱电）中的应用：A、分析仪表（红外线测量仪表）：每一种物体都有自己固有的运动频率，如CO、CO2、C2H2的固有频率分别是4.5-5.0um、4.0-4.5um、7-8um。它们吸收的波长在固有频率范围内的电磁波，产生共振，吸收光的能量大，使发射端和接收端的能量差增大，浓度越大，吸收的能量就越大。故根据能量差来计量浓度，公式郎白-贝尔定律计算： I = ea*e-KN = ea*e-kcl = I0*e-ucl 该公式只是使用于单色光。a为积分常数，c为吸收介质的浓度，I0为单位面积入射光的强度，l为介质厚度，u为吸收系数。如果介质中有几种物质公式则为：I=I0e-luici 浓度很低时可以近似:I=I0 (1-ucl) 对于一台设计好的仪表I0、l的值是固定的，用它来测量具体的物质如co或co2时。它们的u值也是固定的，一次只要测量物质的能量差，就可以计算出它的浓度C的值。如CO频率在4.5-5.0um时共振最活跃，在这个阶段电磁力中的电斥力页最大，吸收的能量最大，在这个范围以外，电磁力表现为电引力。B、温度仪表:测量温度的仪器除光学的，生产中常用的还有热电偶和热电阻两种。温度是表示物质冷热程度，也是表示物质内部原子、分子运动频率、幅度的大小，温度越高，运动频率越高，运动幅度越大，温度与物质原子或分子的运动幅值成正比。 前面已经说明用电压表测任何物质的任何两点都有电压，那用电阻表测量任何物质的任一两点都有电阻，都有频率、频谱只是数值不同。如果把两种不同的物质连接在一起再来测量，它们的电压、电阻、频率就与单个的数值不同了，电压升高了、电阻也增大了，内部的原子、分子的运动频率增高，这种运动会从一个物体传递到与它连接的物体。热电偶就是由两种不同金属焊接在一起形成接触电势，接触处的金属原子带电量不同，它们的温度也不同，原子运动的幅值、频率也不同。由于焊接处会有损、接触面的紧密程度不同就不成线性关系，而是形成不同的温差电势，因此在同一温度下，不同的热电偶就有不同的热电势，是因为不同的金属的电引力和电斥力大小不同。如下图4：在热端为T、冷端为T0时有 Eabc(T、T0)=Eab(T) + Eca (T0)+Ebc(T0)-Ea(T, T0)+ Ec(T0, T0)+Eb(T,T0)当T0=00C 时 有 Eabc(t,t0)=Eab(t,0)- Eab(to,0)此时任何物质的运动都减慢，对外界的影响减小，只有补偿温度为绝对零度时，磁场强度为零时，物质的内部原子、分子才会相对停止运动，电阻值才是零，摄氏零度只是一个参考点，有运动就有热能产生，就会有电能、频谱变化，也会有电阻、电势的变化。资料显示只有在绝对零度（-273.47度）时物质内部的才会停止运动，没有运动，就不会有热能产生，电阻值才能为零。不同的物质有不同的热电势，都是由于物质内部的原子、分子在电引力和电斥力的不同作用下运动产生，摩擦使温度升高，电阻增大。热电阻测温原理:当外加的力量不能克服物质内部自由运动所需要的能量时，物质还是按照本身的规律运动，保持相对稳定的状态，如果温度升高，运动加剧、热电势越高（非线性）、电阻越大（非线性），是由于内部运动磁场变化等因素共同作用的结果。C、铂电阻：电阻温度计是电阻值随温度的升高而变化，骑数学表达式为Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)铂电阻：Rt = R01+At+Bt+C(t-100)t3从上式中可以看出温度T 与电阻值是非线性关系，在0850度时 A、B、C为常数A=3.90802*10-3/ 0C B=-5.802*10-70C-2C= -4.2735*10-120C-4平均温度系数为： （4.28-4.28）*10-3（1+At+Bt2）相对于铂电阻R0Rt是温度在0和 t时的电阻值一般物体有Rt=R0温度越高，其中的电斥力就越大。电引力就减小，体积增大，原子、分子的运动路径长，电阻就增大，是非线性的，一般物体也有：Rt = R01+(t-t0)：电阻温度系数 公式F=K*q1q2/r2中就可以看出。(3)、光学高温计：物质都有光亮度和黑度的物理性质。因为物体在高温状态下会发光，即有一定的光亮度，物体的波长为的亮度和B的和辐射是成正比的 B=CE C为比例常数，由于物质内部的电引力和电斥力不同，即使物体的光亮度相同，只要黑度不相同，物体的温度也是不同的，也就有不同的密度、熔点、沸点等化学性质。同一种物质的三态之电引力和电斥力是不同的，所有的化学键都可以用热能来代替。亮度是物体的辐射波长为，温度为T是亮度为B，黑体在辐射波长为，温度为Ts时的亮度B0相等，则把Ts称为这个物体在波长为时的亮度相等，物体和黑体亮度公式为：B = CC1-5e C2/T ；B0= CC1-5e C2/T B = B0 两者的亮度相等则有：1/T - 1/T =/C2ln =0.66um Ts亮度的温度。 黑度系数, C2普朗克第二辐射常数光学高温计说明热也是一种电磁波。对于绝对黑体而言，热辐射能与温度之间有斯蒂芬-玻尔兹曼定律公式：E0 = T4(KJ/m2*h) =5.67032*10-8KJ/m2hk4 T为绝对黑体的的表面温度。由于吸收系数小于r1， 故有:E0 =rT4. 不同的物体在同一温度时，辐射强度并不相同，故其刻度选择黑度为标准， 指标的温度是黑度的温度Tp，这是在辐射感温器工作频谱区域内来标定，rT4 = T4 则T= Tp 4(1/r) 。 （4）、分析仪器色谱仪的工作原理，色谱柱就是利用待分离物质与固定相的电引力不同，其中的电引力越大，分子在色谱柱中停留的时间越长，电引力越小物质在色谱柱停留的时间越短 ，来分析工作的。 5、电磁力与引力的统一在化工工艺上的应用 化工设备如合成塔、聚合釜、转化炉等工作时，物料与设备都是做相对运动产生静电，伴随新的物质产生、热、声音，所以管道和设备都必须设接地，接地电阻不能大于10欧，由于物料在设备中合成、分解、分离等过程中都会产生摩擦静电，静电（电引力）能提高物料合成的效率。因此这些设备的外壳不接地的为好。 我们都知道在雷雨天，打雷放电会产生臭氧，在做高压设备实验（交流）时，当电压高于30KV就会放电产生臭氧。就像地球的南极终年低温，没有雷电产生也没有臭氧产生，即是有少量的臭氧，因为臭氧容易分解，因此南极会产生臭氧空洞。 在甲醇转化炉中有触媒（催化剂）与煤气摩擦会产生静电（电引力増大）使煤气的原子、分子间的电引力增大，合成新物质如（CO-、CO2-）产量增大。就像玻璃棒与丝绸摩擦产生静电能最大，但是其他物体与玻璃棒摩擦产生的电能就小。高温是加速原子、分子的运动能提高效率，而高压是电引力增大会使原子、分子减少运动路径，增加物质合成速度。触媒与物料摩擦产生的静电（电引力）、在m/v的引力范围内形成电引力，促使其中的一种或几种物质的电引力增大，提高了工作效率，缩短合成的时间。因此如果不用高温、高压触媒，而是用高压静电，也同样可以产生电引力提高原子和分子聚合的速度。如： NO + O2 -放电- NO2 O2 -放电- o3只是根据不同的物料反应需要来设定电压就行。如果要加速物质的分离，也就是增大物质内部的电斥力，增加原子、分子之间的空隙；但是利用电磁力的原理同样可以加大物质内部的电斥力，提高化学反应的效率。6、在日常生活中电磁力与引力统一的应用 A、水洗衣服的原理，脏衣服放在水里（河里）泡一会再去洗，就容易退去脏东西，用水洗脸、洗手、洗澡都是一样的，这是因为水会使衣物（皮肤）和脏污的分子间的电斥力增大，加速它们的分离过程。B、做饭、煮菜的原理，当我们加水到饭菜里，米、面、菜等物质的分子在常温下是保持相对平衡的状态，当我们加入水、加温后物质的平衡被打破 。 随着温度的升高，食物的分子在水分子的作用下，体积增大，电斥力增大，电引力减小，分子运动加快，当食物煮熟时候，电引力和电斥力有达到一个新的平衡。C、雷电的解释是不正确的雷电是伴有闪电和雷鸣的一种放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，闪电是雷雨云体内各部分之间或云体与地面之间，因带电性质不同形成很强的电场的放电现象。由于闪电通道狭窄而通过的电流太多，这就使闪电通道中的空气柱被烧得白热发光，并使周围空气受热而突然膨胀，其中云滴也会因高热而突然汽化膨胀，从而发出巨大的声响雷鸣。在云体内部与云体之间产生的雷为高空雷；在云地闪电中产生的雷为“落地雷”。闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，也就是等于太阳表面温度的35倍。闪电的极度高热