剖析螺线管内部磁场的真理与谬误（页）

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1、剖析教材关于螺线管内部磁场的真理与谬误作者朱昱昌摘要：本文根据“螺线管内部磁场是否满足代数叠加”这个问题,既剖析了《电磁学》教材中体现真理的闪光精华，也剖析了充满荒谬的糟粕。本文不仅证明了螺线管内部磁场满足代数叠加的客观规律，而IL还揭示了产生那些关于螺线管内部磁场收敛理论的根源所在。关键词:螺线管代数叠加激发磁场坏流磁场闭合坏路引言：在磁场：前人曾假设了一种看不见摸不着的无限长载流螺线管，而且还推导出其轴线磁场表达式B=（tuonI/2）（cos"cosBi）,内部轴线B=uonL与N无关；安培环路定理则推导出无限长载流螺线管内部磁

2、场处处B^uonl,也与N无关，显然收敛（其中n是线圈密度，当导线直径d给定后n就上方有界，如d=0.01m时,nWm/d,即n不大于100；N是电流环总个数或者是导线总周数，上方无界）。但是，有限长载流螺线管的全磁通屮二Nd,屮随N的增加而增加，必然发散。从螺线管的全磁通满足代数叠加，必然导出螺线管的内部磁场也满足代数叠加。这个矛盾就是:从有限长载流螺线管内部磁场满足代数叠加能够导出其磁场随N的增加而增加必然发散；而无限长载流螺线管内部磁场却收敛，与N无关。好像无限长载流螺线管不是从有限长载流螺线管无限延长的结果。有些人甚至是非颠倒

3、，只相信假的，总是支支吾吾遮遮掩掩不敢承认有限长载流螺线管内部磁场满足代数叠加。1、抓住蛛丝马迹揭示螺线管内部磁场满足代数叠加的客观规律电磁学研究就是要“去之糟粕吸取精华”，抓住体现真理的蛛丝马迹逐渐揭示客观规律。1.1深刻理解电流环心处磁场满足代数叠加的这一精华“如果圆电流是由N匝导线所组成，通过每匝的电流强度仍为I,圆心处的磁感应强度的量值B=m（）NI/2Ro"（程守洙、江之永.《普通物理学》笫二册•人民教育出版社.1964年出版.PU2）显然，公式B=MoNI/2R是正比函数（B是关于I的正比函数，一是关于I的内在变化，如I=

4、10A.20A、30A等等；二是关于I的外在变化，即不管I是多少A,只管I外在扩大多少倍，如21、31、4I-NI等等），磁感应强度B随NI的增加而增加。因为N周导线中的电流环绕方向和磁场方向满足右手定则，而且电流不是矢量必然服从代数叠加。故根据B与NI的正比关系，说明电流环圆心0处的磁场也满足代数叠加。当然，从二维空间角度看，电流环存在圆心0处B=MoNI/2R；如果从三维空间角度看，电流环就存在两个端平面所夹的轴线处处匀强，B=u0NU2Ro1.2、线圈励磁的神奇效果为什么励磁只能使用线圈而不使用直导线？就是因为直导线激发的磁场分

5、散不集中，而且扩大电流也不方便。特别是：根据毕奥…萨法尔定律，电流元Idi在场点P处产生的磁感应强度dE,与电流元IdL的大小成正比，与电流元IdL到场点P的距离平方成反比。故可以通过扩大电流及缩小或限制距离来提高磁感应强度。对于一个电流环来说，电流所激发的磁场集中，特别是把载流导线密绕N周就等于把电流扩大N倍。即在导线中电流不变的条件下，可以通过密绕周数达到扩大电流的效果。我们知道：一个线圈往往是多层的一层套一层，为什么说这N周导线彼此之间是串联的？一是它们满足右手定则，即弯曲的四指代表电流环绕方向（即电流环绕方向一致），伸直的拇指

6、代表磁场方向（即磁场方向一致显然满足代数叠加）。二是它们共轴，是一个共同的轴把它们串联在一起。所以说它们彼此之间是串联的。本文只研究满足右手定则且共轴的简单的串联线圈，不涉及不共轴的错位串联线圈。例如在冶金行业的高频感应电炉的电磁结构，就是使用比较粗的导线在堆埸的外缘从上到下密绕N周。然后接通人功率高频交变电源，就会使大功率高频电流在整体上扩大N倍,并在塩竭内部产生很强的交变磁场。这时圮堀内部被冶炼的金属因电磁感应而产生涡流，释放出大量的焦耳热，把金属熔化（详见赵凯华《电磁学》P160页）。为什么不能使用一周导线呢？因为一周导线中的交

7、变电流不方便再扩大N倍。另外一周导线也无法覆盖览竭外缘的上下各个部位。这就是串联线圈的效果。在圮竭内部任何场点到电流的最小距离都不会大于线圈的内半径R,即上方有界。从理论意义上讲，导线密绕N周的这个自然数N上方无界。但是，当N达到一定数值时就会使磁场强度增加到所需要的强度，并使涡流所释放的焦耳热足可以迅速熔化堆堀内部的金属块。如果再增加N的数值就会使代数叠加的电流强度更大，使用■竭内部的温度更高，乃至烧毁I甘竭产生破坏作用。故N值适可而止，不宜过人。并非N的数值再大也不会增加磁场强度。另外，如果堆竭的外缘半径R不变，N也确定。那么在外

8、半径为R的圆筒上沿轴向密绕N周就是一个螺线管。假设这个螺线管长度是8米，堆竭的外缘长度是4米。那么，只能在土甘竭的外缘密绕两层导线才能达到设计要求。显然，在R、N给定条件卞，螺线管可以使比较长的圆筒内部空间产生强磁场。多