对安培力机理的商榷

安培力是普物电磁学中一个重要的概念。在电磁学教材中对安培力机理一般没做深入的讨论,常见的有如下几种比较普遍的说法:(1)导线受的安培力就是作用在各自由电子上洛仑兹力的宏观表现(赵凯华编《电磁学》上册326页);(2)磁场中的载流导体内的每一定向运动的电荷,都要受到洛仑兹力。由于这些电荷受到导体的约束,而将这个力传递给导体,表现为载流导体受到一个磁场力,称为安培力(梁灿彬编《电磁学》329页)。这些说法简洁直观,但在教学中常常容易引起一些模糊的概念。例如:有的学生误认为安培力就是洛仑兹力,是作定向运动的电子受洛仑兹力与晶格碰撞的宏观表现等等。因此,在教学中对安培力机理如何表述,是一个值得商榷的问题。本文从普物知识出发,对安培力的机理进行讨论,以求使学生对安培力的概念,有一个比较完整的理解。     

关于洛仑兹力不作功，而安培力能作功的佯谬问题

我们知道，载流导体在磁场中要受到安培力的作用，当导线运动时安培力就要作功，但是我们知道，安培力是洛仑兹力的宏观表现，而洛仑兹力的方向是始终与电荷的运动速度垂直的，因此它永远不作功。这样就产生了洛仑兹力不作功，而为什么安培力却能做功的问题。下面通过一个实例来讨论这个问题。如图所示电路，在匀强磁场B中一长为l载有电流I的导线ab在安培力F作用下以速度u向右滑动。由安培力公式dF＝Idl×B可算出导线ab上受到的安培力F＝IIB，其方向与u一致向右。显然F作了功。但这与作用在导线中自由电子上的洛仑兹力不作功并不矛盾。…     

洛仑兹力和安培力关系的进一步讨论

洛仑兹力是运动电荷在磁场中所受的磁场力,安培力是载流导体在磁场中所受的磁场力,载流金属导体在磁场中所受的安培力是导体中形成电流的自由电子所受洛舍兹力的宏观表现.但是洛仑兹力是如何转变为安培力的?这个问题[3]作了讨论,现就这个问题的讨论再深入一步.     

洛仑兹力、安培力和非静电力

论述了洛仑兹力、安培力和非静电力三者之间的关系，着重阐述了安培力、非静电力可以做功与洛仑技力不做功之间并不矛盾。     

安培公式的宏观意义—安培力是一种分布力

安培公式dF=IdlXB表述的是电流元所受的磁场力,是一种微观表述．它的宏观意义：即通电导线在磁场中所受的力——安培力．安培力是一种分布力,应该用分布力集度矢量q来表述．用矢量积分式F=IdlXB来表述安培力是不确切的,因为它只有应用在特定理想模型,并且明确等效作用点才能与分布力等效．     

磁力做功问题的研究

磁场对运动电荷作用的洛仑兹力不做功。载流导体在磁场中移功时.安培力对它作功。安培力的实质是洛仑兹力.当安培力作为洛仑兹力的一个分力做正功时.必然有另一个分力做等值的负功.结论是总洛仑兹力永远不做功。     

I—r可调型安培力演示仪

磁场对电流的作用力——安培力,是中学物理的一个重要内容,直观形象地演示安培力跟电流、磁场的关系,有利于加深学生对安培力的理解。通常是采用平行直电流的相互作用来演示安培力,且通过平行直电流的电流强度I和两平行直导线间距r是固定的。因而这种传统的装置不能定性演示安培力大小和I、r的关系。根据演示实验的原则:“装置简单,主题突出,效果直观形象,并富有启发性”,我们设计制作了《I—r可调型安培力演示仪》,并获龙岩地区自制仪器评比一等奖,(1994年)送省展出。     

安培力和洛仑兹力的关系

本文比较全面地分析了洛仑兹力和安培力的联系与区别,弥补了通常流行的讲联系多说区别少的缺陷,指出在任何情况下,安培力都是导体中自由电子所受洛仑兹力的一个分力——由电子相对于导线的平均定向移动速度所引起的力——的宏观表现。     

磁力规律新探

本文提出了洛仑兹力的三种力效应形式．应用第一种形式导出了安培定律，同时从导出定律的过程说明安培力的机理．接着提出霍尔效应的新观点和机理，并进行了计算．最后利用本文观点对太阳黑子平衡问题进行了计算，计算结果表明理论值与实际测值极好地吻合．     

关于安培力作功的讨论

指出安培力的产生原因 ,并通过其作功特点的分析 ,说明安培力是非保守力     

对安培力微观机制的看法

本文认为安培力是组成导体的运动的电子和正离子所受的洛伦兹力的宏观表现,而形成安培力的根本内因是:导体内存在的把电子和正离子结合为导体的力场。并认为从普通物理教学角度来讲,所谓传统看法比最近提出的引入霍耳电场等新观点更可取。     

大型换流变压器绕组的轴向振动稳定性评估

依据电磁学和力学基本原理,针对一台405 MVA/500 kV换流变压器,利用MagNet仿真软件,建立了最小分接短路工况下考虑局部不平衡安匝和调压绕组的三维对称有限元模型,并通过短路阻抗的仿真实验验证了谐波分析法和模型的准确性,计算出网侧绕组受到的轴向短路电动力.利用ANSYS软件建立“弹簧-质量-阻尼”模型进行模态分析,阐述了多载荷施加点、多自由度的变化振动系统中,线饼单元所受惯性力和弹性力的作用规律,讨论了网侧绕组上惯性力和弹性力的分布情况,以及这2种力对于轴向振动稳定性的影响.最后运用傅里叶变换对弹性力进行频谱分析,求得网侧绕组在振动过程中振动形式和能量的分布,并验证其稳定性.     

伏安法测电阻实验系统误差消除的研究

应用基尔霍夫回路电压和节点电流定律对伏安法测电阻实验的两种接线电路进行研究．在电路结构上用补偿法消除系统误差，提高伏安法测电阻实验电阻测量值的准确性．     

直驱式电液伺服阀用线性力马达耐高温优化设计

线性力马达研究在高温下永磁铁存在退磁、线圈散热能力下降导致许用电流降低等问题,对材料选择和结构优化设计提出了挑战.文中从线圈参数、气隙结构、永磁材料等方面对6通径DDV阀用线性力马达进行优化设计.利用Ansoft Maxwell软件建立线性力马达有限元仿真模型,针对线圈结构参数,重点研究安匝数的优化选择;针对气隙结构参数,研究气隙宽度、高度等因素对马达力性能的影响;对耐高温永磁体的材料进行优化选择.仿真与实验结果表明:优化后的线性力马达耐高温能力和输出力显著提高,工作油温最高可达200℃,驱动力在100N以上.      

四轮驱动电动汽车永磁无刷轮毂电机转矩分配

四轮驱动轮毂电机电动汽车采用4个永磁无刷轮毂电机驱动,根据轮毂电机的反电势接近正弦波的特点,采用磁场定向控制方法可以实现最大转矩电流控制。该文在永磁同步电机磁场定向控制效率模型的基础上,提出了相同转速转矩下的多永磁同步电机系统效率模型,根据此模型证明了多永磁同步电机系统相同转速下转矩平均分配可使电机系统效率达到最优。将此结论应用到四轮驱动电动汽车轮毂电机转矩分配研究中,通过仿真和实车测试进行验证。仿真和试验结果证明,平均分配永磁无刷轮毂电机转矩可使整车效率最优。     

基于变结构控制的感应电机能量优化控制

感应电机的每安培最大转矩控制是一种简单、有效的能量最优控制方法,该方法在满足电机电磁转矩要求的前提下,尽可能地减小定子电流的幅值大小,从而提高了电机稳态的运行效率。该文提出了一种基于变结构控制的感应电机每安培最大转矩控制方案。该方案选择定子电流误差方程作为切换面方程,利用变结构滑模控制的到达条件对方案的稳定性进行了证明,给出了使系统稳定的一个充分条件。仿真的结果表明,在轻载情况下该方案具有和直接转矩控制(DTC)相似的动态性能,而在稳态效率上却能提高很多。     

光电二极管的工作原理及应用特性分析

光电二极管是一种重要的光伏探测器件．详细分析了它的工作原理和伏安特性，并简要介绍了它的应用。     

电阻测量结果不确定度的修正

文中分别指出伏安法和惠斯登电桥法电阻测量结果不确定度常用估算方法的不足之处 ,并提出相应的修正建议     

对安培环路定理的讨论

讨论安培环路定理成立的条件、意义及与毕奥-萨伐尔定律的关系。