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电子在磁场中的受力原理

(2013-04-21 08:32:37)
标签:

洛伦兹力

磁力线

α粒子

微电流

稳恒磁场

杂谈

分类: 自然机制与物理模型

(摘自《系统相对论》第二版第六章3.4节,详见:http://blog.sina.com.cn/s/blog_66f61d9f01018ump.html)

电磁学告诉我们,垂直进入磁场的电子,受到垂直运动方向和磁力线方向的洛伦兹力作用,在洛伦兹力的作用下电子作匀速圆周运动,如图6-8b所示。根据系统相对论的电流模型,库伦力与磁力是相统一的,那么洛伦兹力又如何解释呢?

http://s10/mw690/66f61d9ftda0b68d4dfd9&690

螺线管内的磁场如图6-8a所示,导线产生的电流磁场以及相邻导线之间耦合电流磁场充满整个管内空间。一方面,以螺线管中心对称的螺线管上电流磁场的场线方向相同而相互排斥;另一方面,螺线管的圆形结构使得管内磁场强度呈均匀分布(这一点容易证明,在此从略)。于是,电流磁场场线的包络线----磁力线,呈同向且均匀的特征。

虽然宏观上看螺线管产生的电流磁场是一个静态的场,但从电流磁场的形成原理可知,微观上它是随自由电子运动而不断变化的动态场。当电子进入这样的磁场后,电子的场函数无法与磁场场函数匹配,而受到电流电子的排斥作用Fr,这就是所谓的洛伦兹力。在排斥力Fr的作用下,电子向远离螺线管的方向偏转,而可以作匀速圆周运动。可见,对电子提供向心力的主体是螺线管上的电流电子,洛伦兹力的本质是电子与电流电子之间的斥力。

所有的均匀磁场都与螺线管内磁场具有相同的原理。如果将相同运动状态的电子射入螺线管外侧相同磁场强度的位置,电子不会围绕螺线管运动,相反在螺线管上电流电子的斥力作用下,电子会远离螺线管。

同理,我们可以解释垂直进入磁场的α粒子(氦核),会向电子偏转方向的反方向偏转,这是因为氦核的本征场与(电流)电子协变场之间相互耦合,在这个耦合引力的作用下氦核向靠近螺线管的方向偏转。

值得一提的是,在电磁理论中,通常将在空中运动的电子视为微电流。据此推理,上述在稳恒磁场中作圆周运动的电子,会产生一个与稳恒磁场同向或反向的微电流磁场。由于电流磁场与稳恒磁场存在相互作用,因此无论电子以何种角度进入稳恒磁场,电子都会受到一个与稳恒磁场场线平行的作用力。这样以来,电子是无法在稳恒磁场中做圆周运动的。

显然,这是与事实不符的。可见,经典电磁理论中磁场、电流、正负电荷等概念都是值得商榷的。

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