變化電流產生感生電場

摘 要：電荷受變化磁場作用從另一個角度看則是受變化電流的作用。本文粗略總結出“變化電流產生感生電場”的規律，此“新方法”將帶來新發現和新認識。

關鍵詞：變化磁場 變化電流 法拉第電磁感應定律 變化電流產生感生電場

引言

“變化磁場產生電場”用到計算上則是通過B（磁感應強度）、φ（磁通量）等物理量計算ε（感生電動勢）、Ei（感生電場）等物理量。所謂變化包含兩種，一個是距離變化，如磁鐵相對于電荷運動，磁鐵和電荷相對間距離變化，從而檢測到電荷受感生電場作用；一個是大小變化，如電子感應加速器實驗，磁場大小變化從而使電荷受感生電場作用。

我們知道，磁場是電荷運動產生的 ，電荷運動形成電流。因此，磁場變化可以用電流變化來描述，如距離變化，磁鐵相對于電荷運動，則可以看作是電流相對于電荷運動，電流和電荷相對間距離變化，從而檢測到電荷受感生電場作用；而大小變化，還以電子感應加速器實驗為例，磁場大小變化則可以看作是電流大小變化，電流大小變化從而使電荷受感生電場作用。

這樣我們則可以從電流變化的角度思考感生電場，通過I（電流強度）、r（變化電流和受作用電荷的距離）等物理量來計算ε、Ei等物理量。

1 變化電流產生感生電場

1.1 變化電流

（受）變化電流（的作用）：包括（受）電流距離變化（的作用）和（受）電流大小變化（的作用）。

1.2 變化電流產生“感生電場”

假設導線和電流平行，變化電流會產生如下特點的感生電場：

當電流變大或者電流距離上靠近導線時，如果導線形成了閉合回路，則導線因受所在空間之感生電場作用而產生和變化電流相反方向的感生電流；反之則產生同方向的感生電流。

對此導線中自由電子所受空間感生電場力可以做如下分析：

1.3 變化電流對附近電子的感生電場力作用

（1）電流大小不變，電流和受作用電子距離變化時電子所受感生電場力：

（2）電流和電子距離不變，電流大小變化時電子所受感生電場力：

（1）r1是電子和電流的初始距離，r2是變化后的距離。

（2）r是電流和電子位置不變情況之電流和電子的距離。

電子受力方向參看1.2的分析即知。

以上所總結的兩個公式是由公式B=KI/r 和公式 F=qEi 為基礎推導所得，有待驗證；重要的是由“變化電流產生感生電場”如取得公式必然會方便理解和應用，利于發現和解釋現象。

磁鐵磁場類似電磁鐵磁場，因此，其在空間產生感生電場的現象可以仿照電磁鐵之電流產生感生電場來理解。下面用“變化電流產生感生電場”的“新方法”分析一個現象。

2 在螺線管外側繞一個圓，求圓在不同位置時的感生電流

在密繞螺線管外側從上到下任意位置如圖1所示繞一個圓——導線在螺線管外側繞一個圓（EF）后，導線兩端緊挨著射線狀延伸遠離螺線管連接電流計，求閉合螺線管電源的瞬間EF在不同位置時回路中產生的感生電流。

我做了一個實驗，圓在中間時電流計指針可擺動5個多單位；從中間往上或者往下移動大概四分之一，指針擺動3個多單位；接近兩端時做實驗，指針擺動不到2個單位，實驗差距很明顯。這個現象用“變化電流產生感生電場”的規律較容易計算，用電磁感應定律則較復雜。

下面用公式F=a×ΔIΔt×qr= qEi 粗略計算螺線管接通電源的瞬間產生的感生電場。

假設密繞螺線管如圖2所示由7個電流組成，下面做一個不嚴謹的假設：假設EF在中間時和螺線管各電流的距離分別為1、2、3、4，和螺線管中間的電流距離為1；假設EF在螺線管上端第二個電流處時和電磁鐵各電流的距離分別為1、2、3、4、5、6，和電磁鐵上端第二個電流的距離為1；假設EF在螺線管最上端電流處時和螺線管各電流的距離分別為1、2、3、4、5、6、7，和螺線管最上端的電流距離為1。取210不準確的作為3、4、5、6、7的公倍數，根據所總結的公式，設a×ΔIΔt×q為A，則EF在中間時其自由電子所受感生電場力可以看作為

210A+2×（210A/2+210A/3+210A/4）=665A；

EF在上端第二個電流處時自由電子受力可以看作為

210A+2×（210A/2）+210A/3+210A/4+210A/5+210A/6=619.5A；

EF在最上端電流處時自由電子受力可以看作為

210A+210A/2+210A/3+210A/4+210A/5+210A/6+210A/7=544.5A；

由此可明確知道在螺線管不同處繞成EF圓時回路所產生的感生電流。

以上例子說明了“新方法”的便利。“新方法”必然能開拓新思路、解決新問題，從而能發現新現象或新應用。本文為了說明簡單而采用了上面的普通例子，還有其它的新發現和應用，在此不一一列舉。

變化電流比變化磁場更細致和準確，從應用上來看，“變化電流產生感生電場”是從更根本處著手的理論。

作者簡介：趙繼廣，男，漢族，河北省獻縣人。中國郵政集團公司保定市分公司（寄遞事業部）職工。