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利用电荷电量与速度关系推导几个电磁学基本定律

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摘要：由电荷与速度关系，导出电流元相互作用的安培定律，导出电荷在磁场中运动所受洛仑兹力，并对J.J汤姆逊测电子荷质比过程的分析，说明其结果并未违反运动电荷与速度关系。

关键词：运动电荷与速度关系；安培定律；洛仑兹力；荷质比实验

5 磁体磁性来源等反例

以下的说明是在当代量子力学和粒子物理学基础上的猜测：对一个原子来说，原子核中的质子数和核外电子数相等，质子电量又与电子电量相等。因此，原子中正电荷数与负电荷数相等。不同的原子的质子数不同，且运动状态也不同，且同一个原子质子和电子运动状态也不同。由此，经典理论认为如果运动对电量有影响，由于原子中质子与电子运动状态不同，且核外电子运动也有差异，所以，电荷电量只要与运动速度有一点关系，原子核中的正电荷与核外的负电荷就不能精确相等了。并且，物体在加热和冷却时，核外电子比核内质子更容易受影响，如果运动对电量有影响，就可以用加热或冷却方式获得电量，但是从未发生过这样的事。

在经典理论框架下这些认识是有道理的，但这些结论的前提是电子是点电荷，它在原子核周围的运动类似于行星模型，当原子接受能量时，电子电子这种运动加强。

这个前提是有疑问的，电子在做宏观运动时确实可以看做质点，在原子这样小的区域，电子就不能看做点粒子，而是存在于一个范围内的物理态，或者说是个电子包。

可以认为电子在原子核周围没有做宏观运动，接受外界能量后，对其对外场的大小并没有影响。磁石的磁效应，也应该是电荷运动导致，但绝不会是分子电流。磁石磁场可能是电子作为一团物质类似于转动的结果。这种转动应该看做电子存在的一种属性，是电子结构的一部分。

电子不因转动而使外观电量改变，电子转动使磁石形成类似于环形电流的状态。将电子看成一个有体积的电子波包，其它电荷定向运动时，相对于电子包的一部分速度较大，相对于另一部分速度较小，则定向运动電荷对此“电子包”不同位置产生大小不同的力。相对磁石静止的电荷，磁石的正负电荷作用力平衡抵消，看不出效应。

磁石中的电子虽运动，但不对外显电量增加，所以总体电量仍平衡。对电子自身结构的认识还有待发展，但电子自身有结构，不是点电荷，电子在原子核周围的运动与电子的宏观运动不同，这一点是肯定的。

新理论还需要有甄别性的实验来验证。

参考文献：

[1]李冬雪.平衡力是洛仑兹变换下的不变量[J].科学中国人，2016（20）：19-20.

[2]爱因斯坦，李灏，译.相对论的意义[M].北京：科学出版社，1961：30.

[3]李冬雪.运动电荷电量与速度关系[J].科学家，2017（23）：88-90.

作者简介：李冬雪，中学一级教师，研究方向：电磁学。

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