摘要：本文通過對電生磁的分析，證明了電流環(huán)只在與兩個端平面所圍成的內(nèi)部空間激發(fā)磁場，不在外部空間激發(fā)磁場。N個電流相同的電流環(huán)串聯(lián)到一起就是電流為NI的螺線管，與電流為NI的圓電流等價。

關(guān)鍵詞：電流環(huán) ?閉合磁路 ?激發(fā)磁場 ?環(huán)流磁場

引言

本人認為：大學(xué)的《普通物理》教材和《電磁學(xué)》教材中，普遍把環(huán)流磁場混淆為激發(fā)磁場，從而導(dǎo)致了人們對 螺線管內(nèi)部激發(fā)磁場與外部環(huán)流磁場認識上混亂?，F(xiàn)在應(yīng)該正本清源，看看電流環(huán)到底在哪里激發(fā)磁場？

1、磁生電的啟示

我們知道：磁通變化不是隨便在任何地方都能激發(fā)電流。磁通變化在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子中激發(fā)電流，輸電線路中的電流是由發(fā)電機輸出的電流。激發(fā)電流離開轉(zhuǎn)子就是輸出電流。輸出電流就不是磁通變化在輸電線路中新激發(fā)的電流。人們都清楚發(fā)電機中的磁通變化不會不通過輸電線路直接把遠方的燈泡激亮。同理，電流環(huán)也存在激發(fā)磁場和環(huán)流磁場這樣兩種緊密相連卻又意義不同的磁場。

2、激發(fā)磁場與環(huán)流磁場的特性

如果說電流環(huán)在外部場點能激發(fā)磁場。那么，按照右手定則（彎曲的四指代表電流環(huán)繞方向，伸直的拇指代表磁場方向）先按照教材假設(shè)在右端面等效N極以外軸線上的場點P處激發(fā)磁場。場點P處就會像泉眼一樣源源不斷地激發(fā)磁場，并且說明場點P處的磁場不是從等效N極流出來的。那么請問：電流環(huán)的等效N極還能在右端面嗎？那么等效N極到底應(yīng)該在哪里？能在無窮遠處嗎？顯然，假設(shè)電流環(huán)在外部場點P處激發(fā)磁場就會矛盾重重，就會違背電磁鐵與永磁鐵的相似性。另外，當(dāng)有磁路連接電流環(huán)外部的等效N極和等效S極時，在場點P處就沒有磁場啦！而且，一是磁路不經(jīng)過場點P處;二是磁路的外表面光滑幾乎沒有磁性。即便磁路吸收磁場，也只是解決磁場方向問題，一定會留下泉眼。為什么場點P處的這個泉眼就枯竭啦？為什么電流環(huán)中的電流元就不能在場點P處激發(fā)磁場啦？這些矛盾只能說明原來場點P處的磁場不是激發(fā)磁場，而是從等效N極流出的環(huán)流磁場。所以電流環(huán)只能在兩個端平面的內(nèi)部空間激發(fā)磁場 。

我們可以通過不同的路徑即不同的磁路（包括大小不等的不閉合的矩形、圓形、橢圓形等各種磁路）連接電流環(huán)外部的等效N極和等效S極，就會使彌散在外部空間的環(huán)流磁場全部沿著磁路由等效N極流向等效S極。這就說明電流環(huán)外部空間 的環(huán)流磁場分布是可以改變的，可以從有到無。內(nèi)部場點的激發(fā)磁場不會像外部場點的環(huán)流磁場那樣說沒就沒了。不同磁路能夠改變外部場點的環(huán)流磁場分布，卻無法改變電流環(huán)在內(nèi)部場點激發(fā)磁場的形態(tài)。無論是利用非閉合磁路從電流環(huán)外部連接等效N極和等效S極，還是把電流環(huán)外面套上軟鐵管，都無法改變電流環(huán)在其內(nèi)部空間激發(fā)磁場。 如果，一個載流螺線管只是內(nèi)部有軟鐵芯，這個軟鐵芯就無法把彌散在外部空間的環(huán)流磁感應(yīng)線全部集中到自己內(nèi)部。只有在螺線管外部連接等效N極和等效S極的磁路，才能把彌散在外部空間的環(huán)流磁感應(yīng)線全部集中到自己內(nèi)部。任何一個由螺線管軟鐵芯構(gòu)成的閉合磁路，都可以把彌散在外部空間的磁感應(yīng)線全部集中到自己內(nèi)部（問題的實質(zhì)是：有了磁路，從等效N極噴出的環(huán)流磁場就直接沿著磁路流向等效S極，就不會彌散到磁路以外空間了。此時，電流環(huán)的外部空間只有磁路中分布環(huán)流磁場，其它場點就沒有環(huán)流磁場分布）。由此可見，電流環(huán)不是在什么地方都能激發(fā)磁場。電流環(huán)只能在與兩個端平面所圍成的內(nèi)部空間激發(fā)磁場 ，不在外部空間激發(fā)磁場。

3、電流環(huán)與螺線管

因為，每個電流環(huán)就是一個小電磁鐵。N個相同的電流環(huán)按照右手定則串聯(lián)在一起，就是螺線管。螺線管也是一個電磁鐵。如果把每個電流為I的電流環(huán)串聯(lián)到一起，就是電流為NI的螺線管。為什么能說電流為NI的螺線管呢？因為電流是標(biāo)量，不是矢量，故它們滿足代數(shù)疊加。代數(shù)疊加的結(jié)果說明螺線管等價于一個電流為NI的電流環(huán)。故螺線管內(nèi)部軸線磁場B≡ NI/2R。顯然，螺線管內(nèi)部軸線磁場隨N的增加而增加是發(fā)散的。 《電磁學(xué)》P156頁指出：“如果回路不是單匝線框而是多匝線圈，那么當(dāng)磁通量變化時，每匝中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于匝與匝之間是互相串聯(lián)的，整個線圈的總電動勢就等于各匝所產(chǎn)生的電動勢之和?！绻┻^每匝線圈的磁通量相同，均為φ，則Ψ=Nφ”。這里沒有說在外部場點激發(fā)磁場和磁通量。

可見，全磁通原理特別突出了在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中每匝導(dǎo)線的獨立性。顯然，螺線管就是多匝線圈。而且，匝與匝之間也是互相串聯(lián)的。螺線管這種線圈的全磁通是對線圈總匝數(shù)N的代數(shù)疊加，實質(zhì)上也是電流滿足代數(shù)疊加。因為，電流是標(biāo)量不是矢量，故滿足代數(shù)疊加。Ψ=NΦ= ，得出NB即為N匝串聯(lián)線圈所激發(fā)的總磁感應(yīng)強度，其中B為每匝線圈獨立時的磁感應(yīng)強度。顯然，NΦ和NB都隨N的增加而增加，是發(fā)散的。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?！奥菥€管等多匝線圈的全磁通和電動勢是對線圈總匝數(shù)N的代數(shù)疊加”，這個結(jié)論，是法拉第偉大物理學(xué)家從大量的實驗中總結(jié)出來的客觀規(guī)律。這個結(jié)論是經(jīng)過實踐檢驗的客觀真理。

4、小結(jié)

綜上所述，電流環(huán)的電流只在 兩個端平面所圍成的內(nèi)部空間激發(fā)磁場。兩個端平面以外的磁場是環(huán)流磁場。大學(xué)的《普通物理》教材和《電磁學(xué)》教材普遍認為“電流環(huán)與載流直導(dǎo)線一樣，也是在電流的周圍空間激發(fā)磁場”。這種認識是完全錯誤的。

參考文獻

[1]電磁學(xué)/趙凱華，陳熙謀，——北京：高等教育出版社2003.4（2005重?。?）P156頁

[2]《科學(xué)與生活》2021年第18期 第5頁《電磁實驗是檢驗閉合回路激發(fā)磁場定律的唯一標(biāo)準(zhǔn)》

作者簡介：姓名：朱昱昌。出生年月1948年3月6日。性別：男。漢族。籍貫吉林省梨樹縣。學(xué)歷：齊齊哈爾師范學(xué)院數(shù)學(xué)系畢業(yè)。研究方向：電磁學(xué)理論