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。     

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.     

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。…     

关于洛仑兹力与安培力

在教授电磁学课时,学生常提出下列的问题:洛仑兹力既然是载流导线在磁场中受到安培力的微观原因,洛仑兹力不做功,为什么载流导线在磁场中的位置改变时,安培力能够做功,并能将电能转换为机械能呢?甚至有的同学提出:洛仑兹力是否真的不做功?本文针对上述问题谈几点认识.     

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。     

安培力的经典微观机制解释

提出一种安培力产生微观机制的新解释.安培力产生的微观机制是:在稳定电流情况下,磁场中的载流导线内部形成稳定的霍尔电场,稳定霍尔电场区内的电子受力平衡,负电荷层的电子通过反约束将力传给导体;导体晶格受到各部分霍尔电场的力直接作用于导体,所有这些力的合力,即表现为载流导线的宏观安培力,即安培力是霍尔电场对导体内全部晶格的作用力和载流电子通过反约束作用于导体的力的合力的宏观表现.     

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。     

浅谈安培力做功

通过对电荷移动情况及受力情况的分析,得出运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力不做功.安培力并非洛仑兹力之和,而是洛仑兹力的总和在垂直导线的方向上的一个分量.     

洛仑兹力——电能与机械能相互转换的桥梁

在电磁学中讲过洛仑兹力对运动电荷不作功,但是作用到带流导体上的安培力却作功,动生电动势也是由洛仑兹力作功引起的,这些说法前后是否矛盾?本文想就洛仑兹力在电能与机械能相互转换中的作用加以论述,借以论证上述说法的含意。     

安培力和洛仑兹力之间的联系

载流导线中的电流是由大量自由电子作定向漂移运动形成的,其间安培力与洛仑兹力必然存在着一定的联系     

载有稳恒电流导体内净电荷和导体内外电场分布

作者从运动电荷在磁场中受到洛仑兹力作用和能量守恒出发，阐明了载有稳恒电流的导体内部净电荷不为零和导体内，外部均存在电场强度的径向分量。     

洛仑兹力与安培力关系问题的讨论

文中以金属导电的电子论为基础，详尽讨论了导体相对磁场静止、运动等各种情况下的洛仑兹力与安培力的关系问题，进而从安培力作功与洛仑兹力不作功指出其联系与区别。     

载流扇形线圈内的导体所受磁力矩的一种近似计算

本文首先给出载流扇形线圈所激发的磁场的磁感应强度一级近似公式,然后利用无限小窄条磁矩在外磁场中的势能,求出每一匝椭圆感应电流在外磁场中的势能,通过此势能求出椭圆感应电流线圈所受到的安培力,最后得出载流扇形线圈内的导体受到的总磁力矩。     

载流直导线的磁场及作用力的研究

通过有限长载流直导线磁场的计算, 讨论了无限长载流直导线的磁场,载流直导线之间安培力的计算,并同已知结果作了对比,二者形式完全一致.     

安培力的经典微观机制

本文通过时各种类型及各种运动形式的载流体在磁场中所受磁力的定量讨论，给出了一般载流体安培力形成的经典微出机制为：安培力是载流体晶格电荷所受的各种力与载流子对载流体侧面作用力之和的宏观表现。     

磁场中载流导线受力的剖析

本文从电子运动和霍尔电场概念出发,讨论运动电荷所受的洛伦兹力是如何转变成载流导体所受的安培力.     

矩形载流线圈的磁力分析

根据毕奥-萨伐尔定律，矩形载流线圈置于长直载流导线的磁场中时，矩形线圈的任一条边不仅受长直载流导线的磁场力作用，还会受到线圈另外三条载流边的磁力作用，一般教材只考虑了前一部分力而没有讨论后一部分力，本文对此作了补充。     

浅谈静电场中导体球壳内外空间的电势分布

导体是一种特殊的介质。由于它的内部结构,使它在外场作用中具有一些独特的性质。 我们知道,金属导体中具有大量的带负电的自由电子和带正电的晶体点阵,当导体处于某一种确定状态时(如带有一定的电荷或具有确定电势),只要无外界影响,导体内的自由电子就无任何定向运动,处于一种静电平衡状态。这时,导体内各点的场强(?)=0。当导体受到外场的作用时,导体内的自由电子将在电场力的作用下相对于晶体点阵作定向运动,从而引起导体内电荷的重新分布。电荷重新分布的结果,使导体处于一种新的平衡状态(保持总电荷不变或具有确定电势)。这时,导体内各点的场强仍等于零,导体仍是一等势体。     

稳恒电流磁场与库仑电场的关系研究

用电磁学方法证明了电流元产生元磁场的3个方程的等价性;由稳恒电流元的磁场表达式导出了元磁场与载流电荷元产生的库仑电场的关系。讨论了该表达式的物理意义,指出,该表达式明确指出稳恒磁场是由电荷的定向运动产生的;稳恒磁场是以光速传播的,为否定＂超距作用＂的观点提供了新的依据。认为v×dE/c2表示了库仑电场力的无功功率,由此可知,稳恒电流的磁场可以由载流电荷库仑力的无功功率表示。这样的结果有利于初学电磁学的人正确理解磁场的产生、来源和传播。讨论了运用新的表达式求解磁场的方法,指出,运用电荷密度与载流子定向运动速度的乘积等于电流密度和点电荷的库仑场表达式的方法求解磁场甚为方便,如此做法可以省去传统的求解磁场必须掌握的复杂计算方法。并由此推断超导载流子的平均定向运动速度远远大于正常导体内载流子的定向运动速度,否则,超导电流不可能产生几十个特斯拉的磁场。     

与洛仑兹力有关的问题

一、安培力与洛仑兹力的关系我们知道,运动电荷在磁场中受力■,力■的方向与电荷运动的速度■的方向垂直,也和磁感应强度■的方向垂直,即这力垂直于(