磁场动态模型理论

彭永磊

【摘 要】在经典磁场理论中，大多数的公式都是正确的并且一直沿用至今，但经典磁场的理论中最根本的问题是，它建立在一个实际上并不存在的所谓单独的磁极的假设，这也是库伦方法的一个致命弱点。电流和电流之间的相互作用也是通过磁场产生的，磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质，磁极或电流在自己的周围空间产生磁场，而磁场的基本性质就是对放入其中的磁极或电流有力的作用。运用电流与磁极的关系是磁极定向方法的基本原理，本文也是运用该原理构建磁场动态模型，以阐述磁场动态模型理论。

【关键词】左手定则 右手定则 安培定则 楞次定律 磁极

1 关于磁场力理论的解释

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场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，所以两磁体不用接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。用现代物理的观点来考察，物质中能够形成电荷的终极成分只有电子（带单位负电荷）和质子（带单位正电荷），因此负电荷就是带有过剩电子的点物体，正电荷就是带有过剩质子的点物体。运动电荷产生磁场的真正场源是运动电子或运动质子所产生的磁场[1]。例如电流所产生的磁场就是在导线中运动的电子所产生的磁场。

经典磁场理论中，绝大多数的公式都是正确的，并且也一直沿用至今，但是在整个理论中最根本的问题是它采用了一个实际上并不存在的所谓单独的磁极的假设。这就是经典磁学理论中的所谓库伦方法的一个致命弱点。

电流在周围空间产生磁场，小磁针在该磁场中受到力的作用。磁极和电流之间的相互作用也是通过磁场发生的。

电流和电流之间的相互作用也是通过磁场产生的，磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质，磁极或电流在自己的周围空间产生磁场，而磁场的基本性质就是对放入其中的磁极或电流有力的作用。

2 磁场动态模型的构建定则

2.1 左手定则

左手定则（又称电动机定则）：（1）判断安培力：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。这就是判定通电导体在磁场中受力方向的左手定则。（2）判断洛伦兹力：将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。）

可以用右手的手掌和手指的方向来记忆导线切割磁感线时所产生的电流的方向，即：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从手心进入，并使拇指指向导线运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。这就是判定导线切割磁感线时感应电流方向的右手定则。

磁场现象的左手定则、右手定则和楞次定律中的动生电动势都可由导线电流同向相吸异向相斥的效应解释。因此我构建了一个磁场动态模型并能证明磁场不存在南北极，也不存在磁单极子。如图1。

图1圆圈表示电流旋转所产生的磁场切面，方向为电流方向，中间是导线，方向为电流方向。实际上磁场是由无数个上图的动态圆重叠而成，导线在磁场中无论怎样都概率性的被包含在这些动态圆里。根据两导线电流方向相同时相吸，电流方向相反时两导线相斥，则可看出导线电流方向与左半圆呈相对运动，与右半圆为相向运动，则会与左边产生相对运动形成相斥，与右边同向运动产生相吸形成导线向右运动。根据安培定则磁感线方向纸外，符合左手定则的现象[2]。

2.2 右手定则

同样可以解释右手定则。如图2中导线向右运动，导线中的电子与上半圆呈相对运动产生相斥与下半圆产生相向运动相吸，造成电流方向向下。磁感线向外，符合右手定则。

解释磁铁同极相斥异极相吸：可用上图的磁场切面解释，假设顺时针旋转的圆圈为N极，逆时针旋转的圆圈为S极。如图3，当两个旋转的圆圈面对面靠近就像是同方向旋转的电流，虽然是圆形运动但与直线运动的同向相吸的效应一致，所以相吸。如图4，当两个都是顺时针或逆时针旋转的圆圈（即同极）面对面靠近就像是方向逆向旋转的电流，与异向相斥的效应一致，所以相斥。顺时针的反面就是逆时针才有了南北极的假象，则得出磁铁没有南北极只有电流的旋转方向，也没有磁单极子。

2.3 楞次定律

解释楞次定律中的感应电流的磁场总要阻碍磁体和闭合导线间的相对运动[3]。如图5，闭合导线不动磁场切面向下运动，磁场的切面为顺时针电流方向，则切面内导体的自由电子与右半圆呈相对运动与左半圆呈相向运动造成电流向左。但可以看出感应电流方向与上半圆呈相对运动与下半圆呈相向运动，由于导线不动则使磁场切面作用于磁体有一个向上的力阻碍了磁体与闭合导线间的相对运动，用虚线箭头表示。则解释了楞次定律的动生电动势作用。可以利用这个理论发明一种没有楞次定律的阻碍作用的磁场，如图6。

六条线均为导线且在同一平面内，方向均为电流方向，两个间隔很开的电流方向相反的导线为一组，每组之间离的很近，没有横向电流只有纵向电流，因此可以没有楞次定律的阻碍作用。

这个图像模型理论揭示了部分磁现象的本质即电流方向同向相吸异向相斥的效应，对电磁理论做出了更形象的理解。

参考文献：

[1] 杨波，姬广忠.时移磁测方法正反演研究[J].工程地球物理学报，2007，02：146-151.

[2] 吴志东，周穗华，陈志毅.磁场梯度张量在磁性椭球体跟踪中的应用[J].华中科技大学学报（自然科学版），2013，11：103-107.

[3] 唐波，文远芳，刘红志，等.直流输电线路对地磁场观测的影响[J].高电压技术，2011，04：952-960.