基于定義磁流體密度條件下的磁場量化分析

曾 聰

(河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院人文學(xué)院，廣東 河源 517000)

1 磁場是某種物質(zhì)

自然界的磁鐵能形成磁場。磁場人們眼睛看不到，觸覺也感知不到，這是否就說明磁場并不是物質(zhì)所構(gòu)成。根據(jù)牛頓定律，力的作用是相互的，那么物體與物體之間肯定是通過直接的接觸或者是間接的作用才能產(chǎn)生力的作用。但是兩個(gè)磁鐵發(fā)生排斥和吸引并沒有直接接觸就產(chǎn)生了力，這明顯違背牛頓定律。假設(shè)是間接作用，那么這正好說明磁場是由某種物質(zhì)構(gòu)成。根據(jù)唯物論，任何事物都是由物質(zhì)所構(gòu)成。那么由牛頓定律和唯物論都指出磁場必然是某種物質(zhì)所構(gòu)成。這里假定磁場由磁子構(gòu)成，大量的磁子形成磁場。磁場具有方向性，從正極噴出，沿著曲線從負(fù)極進(jìn)入。磁子是不間斷地沿著這曲線在運(yùn)動(dòng)，因此運(yùn)動(dòng)的磁子產(chǎn)生了磁流體，連續(xù)的磁流體構(gòu)成磁場。

這說明磁體之間的作用必定是通過磁場。我們學(xué)習(xí)的物理知識(shí)當(dāng)中就有垂直切割磁感線產(chǎn)生電流(移動(dòng)的電荷)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中也證明了兩個(gè)特殊物體直接摩擦能產(chǎn)生電，那么這正好說明磁場一定是某種物質(zhì)，當(dāng)切割磁場時(shí)就是摩擦產(chǎn)生電。

2 磁流體密度可以解釋導(dǎo)線通電磁場作用現(xiàn)象

磁子是一種粒子性物質(zhì)，那磁流體線就是這些運(yùn)動(dòng)的磁子沿著正極流向負(fù)極產(chǎn)生。這里假定義磁流體密度p就是單位面積上的磁流體線垂直穿過的數(shù)量。有了磁流體密度，就可以得出磁通量ω=pS，p為磁流體密度，S為磁流體線垂直穿越的面積。根據(jù)圖1可以觀察導(dǎo)線通電磁場的作用現(xiàn)象，左邊的磁流體方向是對(duì)沖的。一般磁流體的通量是與導(dǎo)通線的距離成反比，但是在磁場能達(dá)到的最大范圍內(nèi)，磁流體通量的衰減是很小的。那么有一部分的磁流體會(huì)繼續(xù)沿著自己本來的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行閉環(huán)循環(huán)，還有另一部分的磁流體沿著對(duì)面的磁流體運(yùn)動(dòng)方向形成閉合環(huán)路，這些都造成磁感應(yīng)通量ω減弱。相應(yīng)p=ω/S中，由于ω減弱，要保持p不變，則相應(yīng)S會(huì)減小，所以同向?qū)ň€會(huì)表現(xiàn)為相吸。同樣觀察圖1，右邊的磁流體方向是匯聚的，那么匯聚的磁流體中造成磁感應(yīng)通量ω增強(qiáng)。相應(yīng)p=ω/S中，由于ω增強(qiáng)，要保持p不變，則相應(yīng)S會(huì)增大，所以異向?qū)ň€會(huì)表現(xiàn)為相斥。

3 磁場定量分析

磁流體密度已定義出來，那相應(yīng)的磁場也要進(jìn)行量化分析。在對(duì)磁場進(jìn)行量化分析之前，我們會(huì)想知道磁場到底是怎樣的。一般磁場的磁子是從正極出來沿著一定的曲線軌跡再從負(fù)極進(jìn)去，里面的磁流體密度是最大的。我們可以認(rèn)為磁場是一種流體，但又跟普通的流體不同。普通流體的密度是不會(huì)發(fā)生改變的，但磁流體密度是磁鐵中磁流體密度最大的，從磁體正極出來后，磁流體密度會(huì)變小。可以這樣解釋這種情況，我們定義的磁流體密度，其實(shí)就是磁流體線數(shù)量穿過垂直于磁流體線的面積，磁流體線從正極出來到負(fù)極進(jìn)去，其垂直穿過的面積會(huì)發(fā)生改變，先增大，最大的面積剛好是磁體的正中央，之后減小，其函數(shù)圖正好是正態(tài)分布。通過此面積的函數(shù)圖，可以知道磁流體密度在磁體頭部是跟磁體里面的密度是一樣的，再開始慢慢減小，到達(dá)磁體的正中央，則密度最小，再慢慢增大，回到磁體尾部時(shí)，密度再次與磁體里面的磁流體密度一樣。

對(duì)磁場進(jìn)行定量分析。首先應(yīng)分析兩塊磁體相吸引時(shí)的磁場各個(gè)量之間的變化。當(dāng)同磁極靠近時(shí)，由于磁流體運(yùn)動(dòng)的方向是同方向，同性質(zhì)磁流體密度ρ不變，ρ=ω/S，S減小，ω相應(yīng)會(huì)跟S成倍數(shù)減小。由于ρ保持不變，那么兩個(gè)磁體就會(huì)表現(xiàn)為相互排斥，就好比兩股水裝在一袋子里，一壓則表現(xiàn)的是斥力，因?yàn)樗芏葲]發(fā)生變化，其體積基本保持不變的，硬是要壓縮其體積，則會(huì)反彈。

當(dāng)異磁極靠近時(shí)，由于磁流體是相互反方向的，一磁鐵的正極磁流體噴出，而另一磁鐵負(fù)極的磁流體可以吸納對(duì)方差不多一半的磁流體，形成一個(gè)閉環(huán)循環(huán)。那么這兩個(gè)磁鐵相互靠近的兩面之間的磁流體密度ρ不斷減小，ρ=ω/S，則ω不斷減小，S也不斷減小，當(dāng)ρ=0時(shí)，ω=0，同時(shí)S=0，表現(xiàn)為兩磁體黏合在一起。當(dāng)兩磁體黏合在一起時(shí)，通過磁鐵的磁流體密度會(huì)發(fā)生改變，其中磁鐵里面的磁流體密度有自身的全部加上另一磁鐵中的近乎一半磁流體密度，這樣一塊磁鐵的磁流體密度就變成了約為1.5p。通過實(shí)驗(yàn)可得到，當(dāng)兩塊磁鐵黏和一起，整塊磁鐵的磁場作用范圍會(huì)擴(kuò)大少許。由ρ=ω/S可知，磁流體密度p增大，S增大少許，那么ω會(huì)與S成倍數(shù)關(guān)系增大。

磁體外部的磁流體密度ρ1與磁體內(nèi)部的磁流體密度ρ2是不同的。因?yàn)閮?nèi)部經(jīng)過的磁流體的面積是磁體S1(假設(shè)磁體是長方體)，那么通過這個(gè)長方體的磁流量Φ磁流量=ωL=ρ2*SL。那么外部的磁流體密度ρ1=Φ磁流量/S橫截面的面積L磁場長度。一般是ρ2>ρ1。

這樣可以推論磁體材料越多，則S橫截面的面積=Φ磁流量/L磁場長度ρ1，L增加使得Φ磁流量增加。同時(shí)L磁場長度增加，但是ρ1是減小的，致使S橫截面的面積會(huì)相應(yīng)增加少許，即磁場范圍擴(kuò)大了。當(dāng)S增大，L不變，則Φ磁流量會(huì)增加。S橫截面的面積=Φ磁流量/L磁場長度ρ1，那么ρ1是相應(yīng)變小的，那S橫截面的面積一定增加，同時(shí)L磁場長度也會(huì)增加少許。

4 導(dǎo)線通電產(chǎn)生的磁場

由電子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的磁場。由初中的物理知識(shí)知道，通電的導(dǎo)線是能夠產(chǎn)生磁場，而且垂直切割磁場會(huì)產(chǎn)生電流?？梢韵葟囊桓姷膶?dǎo)線上定量分析磁場。

ω=ρ·Sdω=ρ·dS=ρ·LdR

5 結(jié)語

本研究是通過定義出磁流體密度這個(gè)概念，利用此概念對(duì)磁場進(jìn)行量化分析。這是理論上對(duì)物理現(xiàn)象的一種解釋和描述，還沒有通過大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于物理現(xiàn)象的本質(zhì)描述，一般都會(huì)選擇最貼切、最符合的理論來描述。人類在探索科學(xué)的奧妙時(shí)，都是從定性分析逐步深入到定量分析，從沒有公式的認(rèn)知，到不斷用最精確的公式定量來確定這科學(xué)的本質(zhì)。從這個(gè)定義新的概念來描述磁場，借用這磁流體密度來量化分析磁場，從另一個(gè)角度去認(rèn)知磁場。同時(shí)，這磁場會(huì)與后面的引力場在量化上可以進(jìn)行統(tǒng)一，即磁場和引力場的統(tǒng)一。這僅代表本人個(gè)人的觀點(diǎn)，是否正確，還有待實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。