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加速器实验证实变化电流产生“感生电场”

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摘要：通过分析实验可知，电磁感应定律有其不足和局限性；从变化电流的作用规律可知，感生电场不一定是涡旋电场。

关键词：变化磁场；变化电流；感生电场；法拉第电磁感应定律；涡旋电场

1 从实验角度分析感生电場

4 法拉第电磁感应定律的本来含义

法拉第电磁感应定律说的是产生感生电流的现象，它的本来含义说的是回路的感生电动势而不是在空间各处产生的感生电场。而变化电流在空间产生感生电场是法拉第电磁感应定律成立的基础，法拉第电磁感应定律设计的回路要符合变化电流的分布才能解决空间产生感生电场的问题。

5 感生电场不一定是涡旋电场

“设计回路计算空间产生的感生电场要符合变化电流的分布情况”，图3的变化电流不闭合，因此不能设计闭合回路按照法拉第电磁感应定律解释图3的感生电场。下面分析一下。

如图4所示，矩形导体回路abcd短边ad在矩形导体回路abcd长边bc中间靠近bc且与之平行。假设abcd回路其他三边距离ad足够远——ad处检测不到abcd通电时ab、cd、da三边产生的磁场；假设bc距离bc足够远——在bc处检测不到abcd通电时产生的磁场或者变化磁场。

假设abcd回路电流增大。因为ab和cd受bc变化磁场作用相同，因此回路中此二边因空间感生电场而产生的感生电流（即使产生）会相抵消（质疑者可以用电子在a点和d点做实验——而且让ad向右平移后重复在a点和d点做实验，实验结果是电子在a、d点的运动相同，这样则说明在bc变化磁场的作用下abcd回路中ab和cd 二边因空间感生电场而产生的感生电流相抵消），而bc之自由电子检测不到受abcd回路之变化磁场作用，因此，实验检测到的回路abcd中产生感应电流只能是因为ad边自由电子受bc边变化磁场作用。

从ad挨着bc开始abcd逐步向右平移后做实验，检测结果是ad处的感生电场是同一方向的（符合楞次定律），同理，bc边电流变化时，则ad在bc前后左右或近或远范围，ad处的感生电场都应是同方向的。由此看来，仅bc边电流变化（如图3的情况）产生的感生电场则不可能闭合。这就是说，仅有bc边电流变化——如图3的情况在空间产生的感生电场则不可能是涡旋电场。（说明：整体看abcd回路产生的感生电场是闭合的，不能因为看不到整体只看到bc变化电流或是只有bc变化电流（如图3情况）而就说其产生的感生电场如某理论猜想在无限远处闭合。）

电路是“涡旋电路”，则电流变化时产生涡旋电场；直线变化电流不闭合不是涡旋电路，因此产生非涡旋感生电场。

用变化电流的作用规律[2]解释图3实验，则是在AB变化电流周围空间产生和AB电流方向相反的感生电场。通过变化电流的作用规律很容易看出，感生电场不一定是涡旋电场。

注：假设图3的感生电场不是涡旋电场，才能通过设计回路计算ab处的感生电场（不等于用电磁感应定律解决图3产生感生电场的问题）：

图3感生电场和AB电流方向相反，因此乙图ab处感生电场和带电流计一侧处感生电场方向相同，回路中此二边因空间感生电场而产生的感生电流相互抵消，因此只要带电流计的一侧距离ab足够远——带电流计的一侧处感生电场足够小、小到仪器检测不到，则设计回路计算的ab处感生电场便是实际ab处感生电场（回路其它两边因空间感生电场产生的感生电流完全相抵消故不予考虑）。

6 应用

有变化电流就有变化磁场，因此这两个角度有等价的一面。从这两个角度总结的规律可以看情况视方便而使用。在闭合电路电流变化，要注意是在空间产生对应变化电流的感生电场；而开放电路电磁波现象从变化磁场的角度应用更为合适。

从变化电流的角度看问题简单清晰计算方便，因此有利于理解问题和发现新现象（如通电螺线管内外磁通量问题[2]），相信会带动其他新发现和被广泛应用。除此之外，变化电流的作用规律规范了电磁感应定律的应用（规避了电磁感应定律的不足和局限性）并拓展了感生电场内容（如非涡旋感生电场）。

参考文献：

[1]张三慧主编.清华大学教材《大学物理学》（第三册）.

[2]变化电流的作用.科技风，总第359期.

作者简介：赵继广，男，汉族，河北献县人，中国邮政集团公司保定市分公司职工。

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