变化电流的作用

摘 要：从变化电流的作用入手，粗略总结变化电流的作用规律，解决了上期《电磁感应研究》中的问题；顺着电流的思路，设计新实验，猜想电流间的相互作用。

关键词：变化电流；螺线管；感应电流；磁通量；磁力

一、变化电流的作用

上期《电磁感应研究》中图6所示ab段和ab段的变化磁场虽然是相同的，但是和它们临近的螺线管线圈的电流方向却是相反的，我认为因为和ab、ab邻近的电流方向相反，所以ab和ab处产生的感应电场方向相反。

我认为abcd和abcd 回路中之所以产生感应电流是因为通电螺线管中的电流变化——是变化电流对ab和ab中的自由电子作用而使两个回路中检测有感应电流。变化电流对相邻导线的作用，可以分为两个方面：

（1）电流不变，导线和电流距离变化时导线受到的变化电流作用；

（2）电流和受作用导线距离不变，电流变化时导线受到的变化电流作用。

这两种作用同时的情况则效果叠加。

变化电流对相邻导线中自由电子作用的受力分析：

（1）电流不变，电流和受作用导线距离变化的情况：

（2）电流和受作用导线距离不变，电流变化的情况：

回路闭合，当电流变大或者距离上靠近回路导线时，导线中产生和变化电流反向的感应电流；反之则产生同向的感应电流。变化电流产生“感应电场”。

下面看两个实验。

实验一：密绕螺线管密绕30层，螺线管高50厘米，内径21厘米，外径24厘米，所用漆包线直径为0.1厘米。用相同的导线做图一（a）和图一（b）实验。

实验显示：闭合螺线管电源，图一（a）回路（导线在螺线管腔内中间挨着螺线管线圈绕一个圆后导线两端紧挨着向上平行延伸出螺线管在远处连接电流计。）中产生的瞬间感应电流明显小于图一（b）回路（导线在螺线管外中间挨着螺线管线圈绕一个圆后导线两端紧挨着射线状平行延伸远离螺线管大于4米后反方向绕成大圆连接电流计，所绕小圆和大圆的圆心都是螺线管中心）中产生的瞬间感应电流。

这说明，螺线管通电时在中间位置，腔内磁通量小于管外磁通量。

用“变化电流的作用”解释实验一：比较图一（a）和图一（b）可知，在螺线管中间，因为腔内靠近EF的电流长度小于管外靠近E′F′的电流长度——EF是图一（a）绕成圆的导线，E′F′是图一（b）绕成小圆的导线，因此图一（a）产生的瞬间感应电流小于图一（b）产生的瞬间感应电流。

对EF和E′F′的作用，除了螺线管中间的电流外还有螺线管上、下两部分电流的作用，全面考虑则E′F′比EF受到的变化电流作用会更大。

实验二、比较图一（b）和图一（b）绕一个圆的情况：

图一（b）绕一个圆的情况：导线在螺线管外中间如图一（b）绕一个圆后，導线两端紧挨着射线状平行延伸远离螺线管连接电流计。

实验显示，足够长导线的情况下用相同的导线做图一（b）实验和图一（b）绕一个圆的实验，闭合螺线管电源，仪器检测到这两个实验产生的瞬间感应电流相等。

用“变化电流的作用”解释实验二：实验二的两个实验都是导线E′F′在螺线管外侧绕成圆受变化电流的作用，而且，发生作用的变化电流也相同，因此产生的感应电流相同。采用长导线是为了图一（b）增大距离，以减少大圆导线受变化电流的作用——大圆导线和小圆导线（ E′F′）受螺线管变化电流作用产生的感应电流相互抵消，大圆距离螺线管较远时，大圆中自由电子所受感应电场作用很小（仪器检测不到）。

二、电流间的相互作用

如图（一）所示，上下两个面是相同的长方形，上下两面上有紧密排列的同向均匀电流I和AB平行（为了方便，电流画稀疏了），上下两面如果连接起来则是个长方体，H在长方体的中心。

实验1：在上下两面中间的面上（S面）有短电流ab（I′）在H左侧，I′和I平行，Aa和Bb长度相等。实验显示，ab向右平移——ab在原始位置至H之间的任意位置，I′都受水平向右的磁力，受力逐渐减弱。

实验2：在ab中点至H之间的直线上用短电流cd（I′）做实验，c点在ab上，电流cd和ab相等且垂直，实验显示，电流cd（I′）不受磁力作用；cd在S面上平移——c在ab间任意位置时，电流cd都不受磁力作用。

图（一）实验用磁场解释是矛盾的：实验1说明有竖直向下的磁场，而实验2说明没有竖直向下的磁场——目前的磁场理论无法解释在S面相同的范围内电流cd不受磁力作用不移动而电流ab受磁力作用发生移动。

以上现象用电流间的相互作用解释：电流ab因为在H左侧和上下两层电流同方向平行，因此受引力合力水平向右；电流cd因为和上下两层电流异面垂直因此不受磁力作用。由此看来，用目前的磁场理论说明磁力和用电流间的相互作用说明磁力是有差别的。

我猜想“磁力是电流间的相互作用”是根本，我猜想“电流在磁场中运动的理论”要在符合电流间相互作用“理论”的前提下才能成立。我猜想可以这样描述磁力：磁力是电流间的相互作用，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，异面电流垂直则相互间没有磁力作用。下面再看两个实验现象。

现象一：如图（二）上图情况，异名磁极间也会表现为斥力；如图（二）下图情况，同名磁极间也会表现为引力。图二现象可用电流间的相互作用解释，而这样磁极概念的意义呢？

现象二：如图（三）所示，磁铁长宽高分别为5厘米、5厘米、3厘米。实验显示，电流I在磁铁中间受斥力和在S极处受斥力大小基本相等，这个现象可以用电流间的相互作用解释，但是却说明磁铁中间的磁场未必弱。

作者简介：赵继广，男，河北献县祝庄人，中国邮政集团公司保定市分公司职工。