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2014年7月1日正式将《磁场的方向与作用》更改为《磁向论》
《磁向论》为《磁场的方向与作用》的升级版
〖投稿经历(广西大学部分)〗

   






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磁场的方向与作用

吴绍东
(广西横县邮政局六景支局,六景,530313;26 岁,男)

    摘  要  提出“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理并介绍其的运用,认为“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”的提法是不妥当的,提出了对“磁极”的修改建议。
    关键词  磁场;磁极;磁力
    分类号  O 482.51

    磁场是磁源相互作用的媒介,磁源的相互作用效果与磁场的方向关系直接相关,本文所提出的“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理是一个既可用于判断,也可用于分析磁场之间的相互作用现象的较为根本的电磁学原理,有了“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理,则“楞次定律”、“左手定则”、“右手定则”、“右手螺旋法则”、“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”等一系列的判断方法可以不运用。
    我们知道,理论是从有限的实践中总结出来的看法,“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”是一个简单而早已形成的共识,科学界对其一直缺乏深人的论证,本文认为其的提法是不妥当的,并提出对“磁极”的修改建议等。

1  同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引
    我们可以根据磁源的磁场的相互“接触”处的方向来判断,分析磁源之间的相互作用现象,即:“相触磁场同向则相斥,逆向则相吸。
    如图1,两块异名磁极互相靠近的磁铁,会由于它们的磁场的相互“接触”处相互逆向而互相吸引,即“逆向磁场互相吸引”。且相互逆向的磁场会由于互相吸引的原因而“拼接”起来(符合实验事实及磁力线不相交观点,如图2),而“拼接”后的磁场又会由于磁场的同向相斥的原因而鼓起(如图2)。在此,我们可以认识到“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理不仅可以用于判断磁铁之间的相互作用效果,其还是我们用于描述磁场的变化、形成、形态的理论工具。
    图3所示的运动正电荷会由于其所产生的磁场与其所进入的磁场左侧相互逆向、右侧相互同向而向左偏转。即是此电荷在磁场相互“吸”、“斥”的共同作用下作向左偏转运动。在此,“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理不仅可以用于判断运动电荷的受力方向,还体现出了所受的力是一个磁场相互“吸”、“斥”的合力。
    如图4,磁铁对环形线圈作靠向运动,试判断此环形线圈的感应电流方向。根据“作用与反作用原理”(楞次定律是“作用与反作用原理"在磁场中的一种表达方式,在运用“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理判断、分析电磁感应现象时,可以直接利用更具普遍性的“作用与反作用原理”,可以不采用楞次定律的协助来理解电磁现象)可知,此环形线圈周围会感应出阻碍磁铁的磁场运动的感应磁场,结合“同向磁场互相排斥”原理分析可知,此环形线圈周围所感应出的感应磁场的方向的上部为逆时针方向,下部为顺时针方向,再经安培定则(右手伸直的拇指所指方向为电流方向,弯曲的另外四指所指方向为磁场方向)判断即可知道此环形线圈的感应电流方向。

2  同名磁极未必相斥, 异名磁极未必相吸
    课本上的“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”、“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”这两个结论是互相矛盾的。如图5.如果按“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引"来分析,则是:电磁铁上的A点与B、C两点是互相吸引的关系,B点与C点之间是互相排斥的关系。如果按“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥"来分析,则是:电磁铁上的A点与B,C两点是互相排斥的关系,B点与C点之间是互相吸引的关系。同理,对于如图5一样放置的天然磁铁,如果按“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”(“电流方向”按“分子流假说”判断)或者“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”来分析,我们都会认为:磁铁的上侧各处与下侧各处之间是互相排斥的关系,而上侧各处之间是互相吸引的关系,下侧各处之间也是互相吸引的关系(可按“分子流假说”分析,磁铁的侧面以外部分是整体中和的),这也是对“磁铁两极不可分割”的理解。图1所示的两块磁铁之所以表现出“异名磁极互相吸引”的样子,那是由于它们“同侧相吸”的原因,而它们的对角侧则是互相排斥的关系。
    图6所示的两块磁铁,如果按“同名磁极互相排斥”来分析,它们应该是互相排斥的关系,但事实上它们是互相吸引的。此现象可按“逆向磁场互相吸引”来分析:由于两块磁铁的磁场的相互“接触”处相互逆向,所以两块磁铁会在磁场的互相吸引、“拼接”、收缩的作用下吸合起来。
    在图7所示的情况下,两块磁铁会表现出互相排斥的现象,但假若我们以“同名磁端互相排斥”来理解此现象,那亦是不太妥当的。因为“磁端”上的A、B两处仍然是互相吸引的关系,它们之所以表现出互相排斥的样子,那是由于它们的上侧及下侧磁场与中部的“拼接”磁场之间互相排斥力相对较大的原因。
    如图8,当小磁片Q沿虚线l向放置于平整桌面上的圆柱形磁铁K靠近时,K会向何方向滚动?如果按“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”来分析,则是:Q的N极对K的N极有一个方向指向左上方的排斥力,K应会向左滚动。如果按“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”来分析,则是:Q的上侧磁场对K的右侧磁场有一个方向指向右上方(或正上方、近正上方)的排斥力,对K的左侧磁场有一个方向指向右下方的吸引力,K应会向右滚动。实验表明:当Q大约(具体与两磁铁有关)在虚线i与j之间的范围内靠近K时,K皆会向右滚动,“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”的提法是与实验事实相矛盾的;当Q大约(具体与两磁铁有关)在虚线i的左侧或虚线j的右侧的范围内靠近K时,K会受到向左滚动的力,“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”的提法此时巧合于实验事实,而“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”原理皆能很好地解释实验事实,若将磁力较强的磁铁K,Q拿于手上做实验,可以明显地感受到上述磁力现象的力的“吸”“斥”关系。
    如图9,如果按“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引"来分析,则是:磁铁的N极与磁针的N极互相排斥,与磁针的S极互相吸引,所以磁针会顺时针偏转90。如果按“同向磁场互相排斥,逆向磁场互相吸引”来分析,则是:磁铁的左侧磁场与磁针的下侧磁场会由于相互逆向的原因而互相吸引、“拼接”,而磁场的“拼接”使得磁铁的右侧磁场与磁针的上侧磁场有了相互“接触”处,最后,磁针在其的上侧磁场与磁铁的右侧磁场的互相吸引、“拼接”、收缩等的主要作用下,顺时针偏转90°。在此,我们可以认识到“同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引”在一些情况下所作出的判断虽然是大致符合实验结果的,但其的分析过程仍然是不妥当的。
    如果我们把通电环形线圈拉直,那其的两个磁极便不存在了,磁极显然是由磁场的“特殊流向”所围成的一种物理现象,就如空气的“特殊流向”形成了龙卷风,并不是龙卷风产生了空气,其与“电荷产生电场”的逻辑是不相同的,因自由电荷的存在而推想自由磁荷(磁单极)的存在的思想是值得探讨的。笔者认为磁极的提法容易使人理解为“磁极是一种物质”,为了更便于人们对电磁现象的准确理解,或许把磁铁的两个磁极合称为“磁陷流”或者其它名称更为合理,“磁陷流”的方向可以以“·”、“×”标注于磁铁两端,磁力线(现课本称“磁感应线")不是真正存在的线,它是对磁场的一种形象表达方式 ,磁力线可考虑改称为“磁场状态表达线(磁态线)”。

(责任编辑 唐汉民)

广西大学学报(自然科学版)
第24卷增刊
1999年6月
收稿日期:1999-03-20
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