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杨顺 发表于  2017-09-12 14:13:22 0字 ( 0/1)

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从交流电谈电非电子

中铁16局集团 杨长顺

 摘要:本文对电与磁进行了分析,指出了传统理论的局限性,批驳了流传已久的电与自由电子关系的谬论。阐述了某种基本粒子超导微电流与交流电发电的转换过程,解释了有关计算公式产生正负值电压得原因,用事实说明了电非自由电子,提出了把电流说成是来自导体内的自由电子运动是谬论的观点。在遵守既有定律、规则的前提下,用新的思路解读电流、电压规律,提出了某种具有超导通道的基本粒子被环形超导电流激活为磁的设想,假设线框做切割磁场运动时,磁场反作用力F抵抗线框旋转力,造成围绕导线的磁场物质形成方向旋,以此来说明交流电的产生过程。

关键词:电流、电压、自由电子、超导、磁场、某种、方向旋

中国图书分类号:O4-0                               文献表示码:A

1 引言

按通常说法,导体中的自由电荷电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。单位时间里通过导体任一横截面电量叫做电流强度,简称电流。通常用字母I表示,它的单位是安培

电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电场内的电荷发生定向移动,形成了电流。每秒通过1库仑的电量称为1「安培」(A)。安培是国际单位制中所有电性的基本单位。除了A,常用的单位有千安(kA)毫安(mA)、微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,电学上规定:正电荷定向流动的方向为电流方向。金属导体中电流微观表达式I=nesv,n为单位体积内自由电荷数,e为电子的电荷量,s为导体横截面积,v为电荷速度。

通常认为,大自然有很多种承载电荷的载子,例如,导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子体内的电子和离子、强子内的夸克。这些载子的移动,形成了电流。

我认为,电流就是电流,电流是客观存在的物质,是与已知粒子不在一个量级的超微粒子流。不要总是把电流和自由电子扯在一起,也不要和所谓的承载电荷的载子扯在一起,自由电子和其它所谓的载子只是带电而已。将电流说成是导体内自由电子的运动,是一个流传已久,但经不起推敲的谬论。

雷电自天而降,咔嚓一声,就把大树劈开,这是大家都可以看得到的外力作用,这种现象类似于高压水、压缩空气打爆承载力不足的破旧管道。电流对于导体来说,好比是通过管道的水、气,是个典型外来过路客。大家看看那个雷电高压电流,明明就是外来的嘛!载子在哪里呢?怎么就和大树(半导体)带中的自由电子或其它载子扯上关系了?大家还可以看看过载导线的发热、起火、熔断,是什么引起了导体的热分子运动?灌进导体的电流因过载而挤压碰撞比内部自由电子的运动更有说服力吧?就是热辐射也是外来的嘛!鬼才信导体内那个自由电子呢!

说起直流电来,那些自由电子论及载子论的先生们可能无语。但若说到交流电,传统先生们则振振有词:你看,那个发电计算公式的结果有正有负,不正是我们的自由电子作为载子在做往复式运动吗?为了让这些传统先生们心服口服,我们就从交流电谈起,用事实说明电非电子。

2 电流的产生

发电机发电依靠磁场,也就是磁生电。我认为,能够产生磁的基本粒子存在于空间、存在于物体内部,无处不在,处处在。一般情况下,飘游在空间或躺在物体内的正负基本粒子结合在一起是沉寂的,由于它“睡着了”,不活动,不表现能量,是看不见、摸不着的暗物质;但若有合适的条件,它就被唤醒、激活、聚集、运动、形成磁场、电场,表现出磁力、电力、磁感应强度、电场强度,表现出强大的能量。可以认为,磁场是某种基本粒子的运动流,磁铁好比是积聚磁源的磁库,被内部环形电流激活的磁粒子由S向N的运动使磁铁聚集了磁能,形成了磁场,磁场由N向S的运动使磁铁形成了正负极。某类基本粒子以磁的特性组合运动为主时为磁;磁通过能量转换及演变以电的特性组合运动并获取高速定向运动能量时为电,这就是:磁生电,电生磁。

将通电导线放置在磁场时,只要导线不与磁力线平行,磁场对电流的作用力通常称为安培力,安培力F=BIL ,力的方向按左手定则判断。也可以认为,安培力是围绕电流的旋转磁场与外部磁场相互作用产生的电磁力,电动机的工作原理就是基于安培力,其力矩可以使电动机转动,将电能转化为机械能;反过来,发电机的转子转动时切割磁场,产生感应电动势,使部分沿磁力线运动的粒子流受激演变、改换门庭、重新排列组合,电能量被从导体外引入导体内,通过转换演变为电流,将机械能转换为电能。围绕导线旋转的某种正负粒子流呈涡旋状,也就是旋转磁场,磁感应强度由内向外逐步减弱。电流是导体内按其自身规律纵向运动并变化、波动的超微粒子流,其环向闭合激活磁、纵向运动成为电。

除发电机外,将化学能直接转化为电能的电池、半导体界面的光生伏特效应、夏季积雨云层产生的雷电等多种原因都能产生电流;磁流体发电,是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利用磁场对带电的流体产生的作用,使等离子中带电粒子转换为电能,从而发出电来。雷电自天而降电在空间,用电传输电在导体,电流究竟是像流体?还是导体内自由电子或其它载子的运动?依我看,更像流体,交流电方向的变化应该是“旋动”震荡而非前进方向的往复式运动。

3 超导与交流电发电

1环形超导微电流

超导一般在低温条件下产生。热现象是大量分子无规则运动的表现,可以认为,温度是大量分子或原子无规则运动能量的体现与尺度。热现象来源于热辐射,热辐射是物体以电磁波的方式向外传递热量的过程,它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的;同时,它又反过来激发物体热现象的微观粒子运动,激发出来的能量分为红外线、可见光和紫外线等。因热引起的电磁波辐射称为热辐射,可以认为热辐射是具有波粒二象性的粒子运动。

我们知道,神州五号飞船向阳面的温度高达100℃,而背阳面温度却在-100℃以下。这说明了,包括做热辐射的微观粒子都处在低温下,我们可以认为,包括中微子、电子、质子、夸克等在内的微观粒子的温度接近绝对零度。在低温条件下,对于某种自身具有超导通道的基本粒子来说,这种基本粒子带的电如果处于运动状态的话,则以超导方式运动,这个电流不会产生焦耳热,所以在没有外来干扰的情况下不会自己消失。

我们可以假设在粒子空间,某种具有超导通道的微粒子群因为自己“粘”上的电受激做了环形超导运动,激活了磁,成了有“极”的粒子群,也就是磁微粒子群,从而形成了磁场,这就像地球因自传而有NS“极”一样。可以说,磁生电、电生磁,都是因某种具有超导通道的基本粒子内的环形超导微电流的存在而产生。除此之外,我们还可以假设是某种做自旋运动的非电微粒子群(粘)上了电场的电,由于带电自旋而成了环形微电流,成为磁微粒子群,从而形成了磁场。

磁场物质就是磁微粒子群,磁铁则是收集并储存磁微粒子群的磁库,其功能如同水库一般,磁感线就是运动的磁微粒子流。组成磁感线的磁微粒子流物质的环形微电流及磁感线如图1所示。

 

图1 磁感线及磁微粒子环形微电流示意图

2、交流发电机的原理传统解释

交流电是指大小和方向都随时间发生周期性变化的电流。我认为交流电的准确定义应该是:指大小和电压、垂直于前进方向的旋动及震荡都随时间发生周期性变化的电流。交流电通常波形为正弦曲线,实际上还有应用的其他波形,例如三角形波、正方形波。

交流发电机的原理是,线圈做切割磁场的旋转运动,穿过闭合电路磁通量发生变化,大量带磁粒子间做超导环形运动的微电流被做旋转运动的线圈切入导线,闭合电路就有电流产生;与此同时,失去超导电流的某种带磁粒子还原为本来面貌,等待着再次被激活。这就是磁生电,反过来则是电生磁。

传统交流发电工作原理如图2所示。

  

               图2 传统交流发电工作原理示意图

3、环形超导微电流方向旋切入导体的发电思路

根据电磁感应发电原理,我们可以认为,发电机发电类似于水泵将水泵入管道的过程,假设电流泵入导体前,微电流已经在有超导通道的某种基本粒子内按顺时针或逆时针旋转运行,形成环形超导微电流并激活磁,成为磁场物质。

可以说,某种具有超导通道的基本粒子内的环形超导微电流是发电机产生电流的来源,由于电流被旋转的线框切入导线,失去超导电流的微粒子随即退出磁场并等待激活,空缺位置被随之不断地卷入的磁感线填满补充,随着发电机的工作,电能被源源不断的送出。

图2所示做逆时针旋转运动的abcd线框切割磁场时,线框由于磁通量的变化而产生了电流,这种从磁感线“撸出来”的电流围绕导线逆磁感线方向旋转形成了电流方向旋,随着电流被方向旋切入导体,因失去环形微电流而退出磁场的物质原站位置需要磁感线接着不断地补充,此情此景就好像是电流方向旋以缠绕的方式卷入磁感线似的,按图3所示,在电压的作用下,电流被压入导线沿连接电路流向需方指定的地方。

新思路交流发电工作原理如图3所示。

 

图3 新思路交流发电工作原理示意简图(略去电刷、滑环等)

根据法拉第电磁感应定律,图2所示回路中产生的感应电动势为:

                   

式中:Φ-磁通量,B-磁感应强度,L-垂直磁感线导体长度,V-垂直于磁感线的导体速度(V⊥L),r—旋转半径,ω—角速度。

线框在做切割磁场的旋转运动时,因为电源未接入电路时感应电动势等于电压,所以电压U=Umsinωt,Um为电压峰值。虽然切入导线的电流流向不变,但垂直磁感线的速度V的大小及方向却在不断的随着线框旋转变化。故按图3所示及计算公式得出的电压大小及方向随导线所在的象限变化,交变电压虽然有大小及正负值的方向变化,但其周期性的变化是垂直于前进方向的旋动及震荡,磁场物质的微电流均由电流方向旋切入导线流向所需方向,不是所谓的自由电子作为载子的往复式震荡运动。这个道理和正反丝的螺栓是一样的,无论是左旋、右旋,都是旋进、拧紧(如图4所示)。

图4 交流电电压周期性震荡示意图

对于交流发电机或电动机来说,关于磁场运动方向或电磁转矩方向的电流判定,无论采用左手定则或右手定则,其四指指向均应为电磁学定义的电压或感应电动势方向,当然也可以采用传统理论假设的电流方向了,这些与本文所描述的电流方向并不矛盾。

图3所示产生的电流方向不变(仅示意流向非来回震荡),交变电流I=Imsinωt,按正弦函数规律运动,Im为电流峰值,I不分象限,取绝对值。由图3我们可以看出,不同时段切入的电流向同一方向流动,电流不是依靠自由电子做载体,而是像水流一样做定向运动。电流像水流一样是流向需要方的,本文中给出的电流方向旋假定也是由供需走向来确定的,没有需要就没有电路也没有电流,因为电流生成需要一个回路,所以有关定律中的电流方向值得磋商。

4 电非电子

1磁场物质绕流导线

为了解释上述理念,我们可以重温一下教科书中有关磁感应线的概念:磁感应线是闭合曲线,在直线电流磁场的磁感线分布中,磁感线是以通电直线导线为圆心的无数个同心圆,同心圆环绕着通电导线。请注意:通电流导线周围的磁场是以电流为中心的一组同心圆,这个同心圆磁场才是产生电压及电流的关键所在。

假定图3的线框为无限长载流圆柱导体,其半径为R,L为绕导线的外同心圆在半径为r时的周长,如图5所示。

 

我们可以这样理解,概念中所讲的这个同心圆磁场不是人为地在场中引入的一组曲线,而是客观存在的磁场物质运动,绕流导线的磁感应强度B在r=R时为最大值,同时也是磁通量变化最大的的界面。因为根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因,所以发电机发电时,导线周围有通电电流引起的与发电引起的两个绕流方向相反的同心圆磁感线。

在发电机发电过程中,转子旋转搅动磁感线,形成了随转子旋转变化的绕流导线的磁场物质,引发了以通电导线为圆心的反安培环路方向的同心圆磁感线,也可以说是产生了与电流自感磁场绕向相反的同心圆磁感线及电动势方向旋,发电电动势压制电流自感电动势,发电电压将由磁场物质中了“撸出来”的环形电流压入导线,来自磁场物质的电流沿通道源源不断的切入导线,产生了电路中的电压与电流。由于电压是旋压作用量,这种量类似于力,所以电流是旋转切入导线的导电通道的,这种旋转运动由于惯性作用而存在于导线的导电通道之中(如图4所示)。

图6所示发电机线框作切割磁感线的旋转运动时,逆时针旋转的转子带动磁场物质逆时针旋转引起磁场磁通量变化,磁场物质绕流导线顺时针旋转形成电动势方向旋。因为感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁场磁通量的变化,自感电动势阻碍着电流的增大,电动势及从磁感线“撸出来”的电流在阻碍中持续存在,成了源源不断的产生电压及电流的驱动力及门阀,反过来又是由转子导体电流引发电动机旋转的关键所在。而传统交流发电工作原理的解释因为忽视了这个同心圆的真实存在,所以忽视了电压及电流是旋转压入导线的这一事实。这才有了图1所示,但实际并不存在的来回震荡的电流。

由于导线切割磁场形成的的绕流导线的环形磁感线是真实存在的磁场物质,也就是变化的同心圆磁感线,发电电流进入导体导体前绕流导体的方向与产生电流的磁感线绕行方向相反,因为交流是从磁感线物质“撸出来”的啊!

磁场物质绕流导线示意图如图6所示。

 

图6 磁场物质绕流导线示意图

2、电非电子

电流和水流有一定的相似之处,既有超导又有超流,但电流走导体,有自己的走法,有自己的运动规则,要适应导体的内部结构及其分子、原子、粒子自身性质及活动的规则,不可能和水走管道一样简单。电流与水流虽有相似之处,但却是两种不同的物质,有不同的运动规则,例如:水的流速随水压及过水断面变化,而电的纵向速度是光速。因为电阻的存在,按某种规律或路径被约束在导体内波形运动的电流,在电压增大时宛如圆柱螺旋拉伸弹簧一样被拉伸,单位长度内流量减少(如图7所示)。

图7 电压增大宛如弹簧拉伸

光速是常数,在纵向速度不变的前提下,单位时间、单位长度内导体中微粒子流减少,也就是电流减小,输电电路上的损耗同时减小;由于物质内部结构的适应性能或其他原因,导体内部结构排列组合及其约束条件为基本适合电流通过的状态,绝缘体内部的结构及条件则处处为难、阻碍电流的通过;因为温度的降低,超导体内热活动的减弱,内部结构排列变化,干扰电流运行的分子、原子、粒子由阻碍变为助行,当电流运行完全排除干扰,轨迹约束呈最佳状态时,就是超导。

自由电子及所有的带电粒子、离子所表现的“电”只是其携带电而已,电相对于基本粒子来说,是超微粒子流。电流是电的有规则定向运动,不是来自导体内的自由电子或其它载子的移动。电与磁是正负超微粒子流的精彩表演,在不同的条件下,可以以波、场、定向运动等方式出现,表现为电磁波、电场、磁场、电流等;电与电流较水与水流,虽是两个不同的概念,但却有共同的特点,即只有流动才有动能、才有功效。把电流说成是来自导体内自由电子的运动是认识的误区、理解的错误。

可以认为,磁与电按照能量守恒原理相互转换,磁在外力作用下按有关规律演变为电,所携带的物质“输”入导体形成了电压、电流。电流就是电流,因为无线输电技术与无线电通讯中所用的发射与接收技术并无本质区别,电流与电磁波也必然有相同属性,所以电流做功是的一波接一波、或不作周期性变化(直流电)、或大小和“旋动”方向随时间作周期性变化(交流电)、或强度随时间周期性改变的(脉冲电流)、具有波粒二象性的定向运动。电非电子,将电流描述为导体内的自由电子运动,是一个流传已久且写入教科书的大谬论。

电流的速度与光速同,而我们在大型直线加速器中只能把电子加速到接近光速。可以说,电是像电子和质子这样的粒子之间产生排斥力和吸引力的一种属性,而电荷是电子携带的电量。变压器是从电到磁再由磁到电的典型能量转换,我们可以将有关公式理解为:输入线圈内电流数量与输出线圈内的电流数量相等,导体单位长度内的电流数量与电流成正比,将U1/U2=N1/N2变换为I1/I2=N2/N1,以此来说明电流是被约束在导体内波形运动的粒子流。

3、电力与磁力

强力是一种磁力,两个质子放在一起正电相斥,S极与N极吸引原子核聚集在一起;弱力也是一种磁力,因为力弱的原因总是参与原子核衰变,它使某些原子核分裂产生放射性辐射。磁未被激活时,不显示磁场、磁力,激活时才显示能量,强力、弱力是短程力,近距离的接触激活了磁,才有了力。我认为,无论是磁生电、电生磁,还是光电效应;无论是万有引力还是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用,表现的都是粒子变化的粒子能,这就像核聚变核裂变的原子能、化学变化的化学能、水的气液固三态一样。我们在研究粒子能的时候,要认识到粒子能与其他能的相似之处,就是这种演变会都产生可以利用的能量;不同之处在于,粒子能产生的磁、电是可以储存的,而核能、化学能的爆炸与燃烧是不能储存的。

可以认为,电力与磁力是正负超微粒子以不同的方式受激演变的能量;磁力不是永动机,超微粒子耗尽功能时,就混进了粒子空间或演变为暗物质,再接受能量被激活时又恢复为磁。磁与电都是实实在在存在的物质,对于电流来说,可以用公式:P=UI、E=mc2/2、E=hv计算电流的质量、频率,式中:C是光速,h为普朗克常量。

5 结论

本文通过对电流的分析研究,认为电流是电荷的运动,但电荷是电量不是电子,电非自由电子,电子也只是带电而已,这和湿毛巾带水是一个道理。教科书上讲的那些所谓的载子们不是输送电流的运输车,充其量只是储存电流的仓库、水缸、水桶而已。我们可以将雷电比喻为:积雨云层杂乱无章、无规则或有规则的剧烈运动引发了爆炸事故,一声炸雷,炸毁了仓库、炸翻了水桶、水缸,由此汇集的水流就像暴雨形成的洪流,汹涌澎湃、咆哮怒吼;随着一声爆炸,散落的电流汇集起来,在一瞬间聚集了巨大的能量,电闪雷鸣势不可挡。而这些所谓的载子们,在事故以后则进行了灾后重建,重新排列组合,逐步恢复了原来的面目,还是在一瞬间,仓库又满了,水桶、水缸蓄水依旧。

我们只有重新认识电流,才能在物理学科有新的思路,才能有创新、有发展;这种重新认识的依据依然是大家都熟悉的有关物理学定律,只需要给出更加合乎逻辑解并为众人理解、信服的解释而已。

本文提出了某种具有超导通道的基本粒子被环形超导电流激活为磁设想,假设线框做切割磁场运动时,磁场反作用力F抵抗线框旋转力,造成围绕导线的磁场物质形成方向旋,发电机线框做切割磁场的旋转运动时,产生感应电动势,形成电压并切入了电流,形成了交流电。切入的电流沿着导体定向移动,交流电的电压变动是旋动及横向震荡方向的变动,不是自由电子流向的往复式运动。那个神奇而又无所不能的自由电子不要再打肿脸充胖子了,在电压的作用下自由电子就会定向流动,形成电流的谬论可以休矣!

我想,关于“电非电子”,对于不是很教条的研究者来说,应该是很容易接受的观念,但思想认识的接受并不等于实际行动上的接受,虽然仅仅是个解释,但守旧者任然要顽固的阻挡,要想跨过这道坎还是很难的,即便是跨过了这道坎,也只能算是走出了第一步。我希研究者们勇敢的跨过这道坎,大胆的迈出这具有历史意义的第一步。

迈出第一步后,面临的将是第二步了,第二步就是: “电非电子”那又是什么呢?发电机发电、化学能产生电、太阳能发电、雷电、还有像电鳗这样动物的生物电等来自何方神圣?对此,我在本文中虽给出一些设想,但只不过抛砖引玉罢了,深入下去则需要更专业的研究与实验手段。

走出第二步,需要百花齐放百家争鸣,待到百花烂漫时,大家可以统一认识选出一个花魁来,也可以选出几个候选的花王,形成几个学派。我希望看到百花齐放春满园的那一天,随着物理学科的大发展,大进步,迎来物理学科新的春天。

[1] 高潮等. 图解当代科技[N]. 北京:红旗出版社,1998.

[2] 甄长萌. 近代物理[N]. 北京:北京师范学院出版社,1988.

[3] 杨福家等译. 二十世纪物理学[N].北京:科学出版社,1979

[4] 伍唐生、杨志平、张晨译.科学难解之谜[N].北京:经济日报出版社,2002

[5] 汪晓元.大学物理学.复旦大学出版社,2006.8

作者:杨长顺、退休调研员、高级工程师

地址:云南省昆明市新亚洲体育城星都总部基地中铁十六局集团云南工程指挥部

邮编:650214

联系电话:13908800930

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会计汇 发表于  2017-09-13 15:57:30 17字 ( 0/5)

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从交流电谈电非电子

中铁16局集团 杨长顺

 摘要:本文对电与磁进行了分析,指出了传统理论的局限性,批驳了流传已久的电与自由电子关系的谬论。阐述了某种基本粒子超导微电流与交流电发电的转换过程,解释了有关计算公式产生正负值电压得原因,用事实说明了电非自由电子,提出了把电流说成是来自导体内的自由电子运动是谬论的观点。在遵守既有定律、规则的前提下,用新的思路解读电流、电压规律,提出了某种具有超导通道的基本粒子被环形超导电流激活为磁的设想,假设线框做切割磁场运动时,磁场反作用力F抵抗线框旋转力,造成围绕导线的磁场物质形成方向旋,以此来说明交流电的产生过程。

关键词:电流、电压、自由电子、超导、磁场、某种、方向旋

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1 引言

按通常说法,导体中的自由电荷电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。单位时间里通过导体任一横截面电量叫做电流强度,简称电流。通常用字母I表示,它的单位是安培

电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电场内的电荷发生定向移动,形成了电流。每秒通过1库仑的电量称为1「安培」(A)。安培是国际单位制中所有电性的基本单位。除了A,常用的单位有千安(kA)毫安(mA)、微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,电学上规定:正电荷定向流动的方向为电流方向。金属导体中电流微观表达式I=nesv,n为单位体积内自由电荷数,e为电子的电荷量,s为导体横截面积,v为电荷速度。

通常认为,大自然有很多种承载电荷的载子,例如,导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子体内的电子和离子、强子内的夸克。这些载子的移动,形成了电流。

我认为,电流就是电流,电流是客观存在的物质,是与已知粒子不在一个量级的超微粒子流。不要总是把电流和自由电子扯在一起,也不要和所谓的承载电荷的载子扯在一起,自由电子和其它所谓的载子只是带电而已。将电流说成是导体内自由电子的运动,是一个流传已久,但经不起推敲的谬论。

雷电自天而降,咔嚓一声,就把大树劈开,这是大家都可以看得到的外力作用,这种现象类似于高压水、压缩空气打爆承载力不足的破旧管道。电流对于导体来说,好比是通过管道的水、气,是个典型外来过路客。大家看看那个雷电高压电流,明明就是外来的嘛!载子在哪里呢?怎么就和大树(半导体)带中的自由电子或其它载子扯上关系了?大家还可以看看过载导线的发热、起火、熔断,是什么引起了导体的热分子运动?灌进导体的电流因过载而挤压碰撞比内部自由电子的运动更有说服力吧?就是热辐射也是外来的嘛!鬼才信导体内那个自由电子呢!

说起直流电来,那些自由电子论及载子论的先生们可能无语。但若说到交流电,传统先生们则振振有词:你看,那个发电计算公式的结果有正有负,不正是我们的自由电子作为载子在做往复式运动吗?为了让这些传统先生们心服口服,我们就从交流电谈起,用事实说明电非电子。

2 电流的产生

发电机发电依靠磁场,也就是磁生电。我认为,能够产生磁的基本粒子存在于空间、存在于物体内部,无处不在,处处在。一般情况下,飘游在空间或躺在物体内的正负基本粒子结合在一起是沉寂的,由于它“睡着了”,不活动,不表现能量,是看不见、摸不着的暗物质;但若有合适的条件,它就被唤醒、激活、聚集、运动、形成磁场、电场,表现出磁力、电力、磁感应强度、电场强度,表现出强大的能量。可以认为,磁场是某种基本粒子的运动流,磁铁好比是积聚磁源的磁库,被内部环形电流激活的磁粒子由S向N的运动使磁铁聚集了磁能,形成了磁场,磁场由N向S的运动使磁铁形成了正负极。某类基本粒子以磁的特性组合运动为主时为磁;磁通过能量转换及演变以电的特性组合运动并获取高速定向运动能量时为电,这就是:磁生电,电生磁。

将通电导线放置在磁场时,只要导线不与磁力线平行,磁场对电流的作用力通常称为安培力,安培力F=BIL ,力的方向按左手定则判断。也可以认为,安培力是围绕电流的旋转磁场与外部磁场相互作用产生的电磁力,电动机的工作原理就是基于安培力,其力矩可以使电动机转动,将电能转化为机械能;反过来,发电机的转子转动时切割磁场,产生感应电动势,使部分沿磁力线运动的粒子流受激演变、改换门庭、重新排列组合,电能量被从导体外引入导体内,通过转换演变为电流,将机械能转换为电能。围绕导线旋转的某种正负粒子流呈涡旋状,也就是旋转磁场,磁感应强度由内向外逐步减弱。电流是导体内按其自身规律纵向运动并变化、波动的超微粒子流,其环向闭合激活磁、纵向运动成为电。

除发电机外,将化学能直接转化为电能的电池、半导体界面的光生伏特效应、夏季积雨云层产生的雷电等多种原因都能产生电流;磁流体发电,是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利用磁场对带电的流体产生的作用,使等离子中带电粒子转换为电能,从而发出电来。雷电自天而降电在空间,用电传输电在导体,电流究竟是像流体?还是导体内自由电子或其它载子的运动?依我看,更像流体,交流电方向的变化应该是“旋动”震荡而非前进方向的往复式运动。

3 超导与交流电发电

1环形超导微电流

超导一般在低温条件下产生。热现象是大量分子无规则运动的表现,可以认为,温度是大量分子或原子无规则运动能量的体现与尺度。热现象来源于热辐射,热辐射是物体以电磁波的方式向外传递热量的过程,它是由物体内部微观粒子在运动状态改变时所激发出来的;同时,它又反过来激发物体热现象的微观粒子运动,激发出来的能量分为红外线、可见光和紫外线等。因热引起的电磁波辐射称为热辐射,可以认为热辐射是具有波粒二象性的粒子运动。

我们知道,神州五号飞船向阳面的温度高达100℃,而背阳面温度却在-100℃以下。这说明了,包括做热辐射的微观粒子都处在低温下,我们可以认为,包括中微子、电子、质子、夸克等在内的微观粒子的温度接近绝对零度。在低温条件下,对于某种自身具有超导通道的基本粒子来说,这种基本粒子带的电如果处于运动状态的话,则以超导方式运动,这个电流不会产生焦耳热,所以在没有外来干扰的情况下不会自己消失。

我们可以假设在粒子空间,某种具有超导通道的微粒子群因为自己“粘”上的电受激做了环形超导运动,激活了磁,成了有“极”的粒子群,也就是磁微粒子群,从而形成了磁场,这就像地球因自传而有NS“极”一样。可以说,磁生电、电生磁,都是因某种具有超导通道的基本粒子内的环形超导微电流的存在而产生。除此之外,我们还可以假设是某种做自旋运动的非电微粒子群(粘)上了电场的电,由于带电自旋而成了环形微电流,成为磁微粒子群,从而形成了磁场。

磁场物质就是磁微粒子群,磁铁则是收集并储存磁微粒子群的磁库,其功能如同水库一般,磁感线就是运动的磁微粒子流。组成磁感线的磁微粒子流物质的环形微电流及磁感线如图1所示。

 

图1 磁感线及磁微粒子环形微电流示意图

2、交流发电机的原理传统解释

交流电是指大小和方向都随时间发生周期性变化的电流。我认为交流电的准确定义应该是:指大小和电压、垂直于前进方向的旋动及震荡都随时间发生周期性变化的电流。交流电通常波形为正弦曲线,实际上还有应用的其他波形,例如三角形波、正方形波。

交流发电机的原理是,线圈做切割磁场的旋转运动,穿过闭合电路磁通量发生变化,大量带磁粒子间做超导环形运动的微电流被做旋转运动的线圈切入导线,闭合电路就有电流产生;与此同时,失去超导电流的某种带磁粒子还原为本来面貌,等待着再次被激活。这就是磁生电,反过来则是电生磁。

传统交流发电工作原理如图2所示。

  

               图2 传统交流发电工作原理示意图

3、环形超导微电流方向旋切入导体的发电思路

根据电磁感应发电原理,我们可以认为,发电机发电类似于水泵将水泵入管道的过程,假设电流泵入导体前,微电流已经在有超导通道的某种基本粒子内按顺时针或逆时针旋转运行,形成环形超导微电流并激活磁,成为磁场物质。

可以说,某种具有超导通道的基本粒子内的环形超导微电流是发电机产生电流的来源,由于电流被旋转的线框切入导线,失去超导电流的微粒子随即退出磁场并等待激活,空缺位置被随之不断地卷入的磁感线填满补充,随着发电机的工作,电能被源源不断的送出。

图2所示做逆时针旋转运动的abcd线框切割磁场时,线框由于磁通量的变化而产生了电流,这种从磁感线“撸出来”的电流围绕导线逆磁感线方向旋转形成了电流方向旋,随着电流被方向旋切入导体,因失去环形微电流而退出磁场的物质原站位置需要磁感线接着不断地补充,此情此景就好像是电流方向旋以缠绕的方式卷入磁感线似的,按图3所示,在电压的作用下,电流被压入导线沿连接电路流向需方指定的地方。

新思路交流发电工作原理如图3所示。

 

图3 新思路交流发电工作原理示意简图(略去电刷、滑环等)

根据法拉第电磁感应定律,图2所示回路中产生的感应电动势为:

                   

式中:Φ-磁通量,B-磁感应强度,L-垂直磁感线导体长度,V-垂直于磁感线的导体速度(V⊥L),r—旋转半径,ω—角速度。

线框在做切割磁场的旋转运动时,因为电源未接入电路时感应电动势等于电压,所以电压U=Umsinωt,Um为电压峰值。虽然切入导线的电流流向不变,但垂直磁感线的速度V的大小及方向却在不断的随着线框旋转变化。故按图3所示及计算公式得出的电压大小及方向随导线所在的象限变化,交变电压虽然有大小及正负值的方向变化,但其周期性的变化是垂直于前进方向的旋动及震荡,磁场物质的微电流均由电流方向旋切入导线流向所需方向,不是所谓的自由电子作为载子的往复式震荡运动。这个道理和正反丝的螺栓是一样的,无论是左旋、右旋,都是旋进、拧紧(如图4所示)。

图4 交流电电压周期性震荡示意图

对于交流发电机或电动机来说,关于磁场运动方向或电磁转矩方向的电流判定,无论采用左手定则或右手定则,其四指指向均应为电磁学定义的电压或感应电动势方向,当然也可以采用传统理论假设的电流方向了,这些与本文所描述的电流方向并不矛盾。

图3所示产生的电流方向不变(仅示意流向非来回震荡),交变电流I=Imsinωt,按正弦函数规律运动,Im为电流峰值,I不分象限,取绝对值。由图3我们可以看出,不同时段切入的电流向同一方向流动,电流不是依靠自由电子做载体,而是像水流一样做定向运动。电流像水流一样是流向需要方的,本文中给出的电流方向旋假定也是由供需走向来确定的,没有需要就没有电路也没有电流,因为电流生成需要一个回路,所以有关定律中的电流方向值得磋商。

4 电非电子

1磁场物质绕流导线

为了解释上述理念,我们可以重温一下教科书中有关磁感应线的概念:磁感应线是闭合曲线,在直线电流磁场的磁感线分布中,磁感线是以通电直线导线为圆心的无数个同心圆,同心圆环绕着通电导线。请注意:通电流导线周围的磁场是以电流为中心的一组同心圆,这个同心圆磁场才是产生电压及电流的关键所在。

假定图3的线框为无限长载流圆柱导体,其半径为R,L为绕导线的外同心圆在半径为r时的周长,如图5所示。

 

我们可以这样理解,概念中所讲的这个同心圆磁场不是人为地在场中引入的一组曲线,而是客观存在的磁场物质运动,绕流导线的磁感应强度B在r=R时为最大值,同时也是磁通量变化最大的的界面。因为根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因,所以发电机发电时,导线周围有通电电流引起的与发电引起的两个绕流方向相反的同心圆磁感线。

在发电机发电过程中,转子旋转搅动磁感线,形成了随转子旋转变化的绕流导线的磁场物质,引发了以通电导线为圆心的反安培环路方向的同心圆磁感线,也可以说是产生了与电流自感磁场绕向相反的同心圆磁感线及电动势方向旋,发电电动势压制电流自感电动势,发电电压将由磁场物质中了“撸出来”的环形电流压入导线,来自磁场物质的电流沿通道源源不断的切入导线,产生了电路中的电压与电流。由于电压是旋压作用量,这种量类似于力,所以电流是旋转切入导线的导电通道的,这种旋转运动由于惯性作用而存在于导线的导电通道之中(如图4所示)。

图6所示发电机线框作切割磁感线的旋转运动时,逆时针旋转的转子带动磁场物质逆时针旋转引起磁场磁通量变化,磁场物质绕流导线顺时针旋转形成电动势方向旋。因为感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁场磁通量的变化,自感电动势阻碍着电流的增大,电动势及从磁感线“撸出来”的电流在阻碍中持续存在,成了源源不断的产生电压及电流的驱动力及门阀,反过来又是由转子导体电流引发电动机旋转的关键所在。而传统交流发电工作原理的解释因为忽视了这个同心圆的真实存在,所以忽视了电压及电流是旋转压入导线的这一事实。这才有了图1所示,但实际并不存在的来回震荡的电流。

由于导线切割磁场形成的的绕流导线的环形磁感线是真实存在的磁场物质,也就是变化的同心圆磁感线,发电电流进入导体导体前绕流导体的方向与产生电流的磁感线绕行方向相反,因为交流是从磁感线物质“撸出来”的啊!

磁场物质绕流导线示意图如图6所示。

 

图6 磁场物质绕流导线示意图

2、电非电子

电流和水流有一定的相似之处,既有超导又有超流,但电流走导体,有自己的走法,有自己的运动规则,要适应导体的内部结构及其分子、原子、粒子自身性质及活动的规则,不可能和水走管道一样简单。电流与水流虽有相似之处,但却是两种不同的物质,有不同的运动规则,例如:水的流速随水压及过水断面变化,而电的纵向速度是光速。因为电阻的存在,按某种规律或路径被约束在导体内波形运动的电流,在电压增大时宛如圆柱螺旋拉伸弹簧一样被拉伸,单位长度内流量减少(如图7所示)。

图7 电压增大宛如弹簧拉伸

光速是常数,在纵向速度不变的前提下,单位时间、单位长度内导体中微粒子流减少,也就是电流减小,输电电路上的损耗同时减小;由于物质内部结构的适应性能或其他原因,导体内部结构排列组合及其约束条件为基本适合电流通过的状态,绝缘体内部的结构及条件则处处为难、阻碍电流的通过;因为温度的降低,超导体内热活动的减弱,内部结构排列变化,干扰电流运行的分子、原子、粒子由阻碍变为助行,当电流运行完全排除干扰,轨迹约束呈最佳状态时,就是超导。

自由电子及所有的带电粒子、离子所表现的“电”只是其携带电而已,电相对于基本粒子来说,是超微粒子流。电流是电的有规则定向运动,不是来自导体内的自由电子或其它载子的移动。电与磁是正负超微粒子流的精彩表演,在不同的条件下,可以以波、场、定向运动等方式出现,表现为电磁波、电场、磁场、电流等;电与电流较水与水流,虽是两个不同的概念,但却有共同的特点,即只有流动才有动能、才有功效。把电流说成是来自导体内自由电子的运动是认识的误区、理解的错误。

可以认为,磁与电按照能量守恒原理相互转换,磁在外力作用下按有关规律演变为电,所携带的物质“输”入导体形成了电压、电流。电流就是电流,因为无线输电技术与无线电通讯中所用的发射与接收技术并无本质区别,电流与电磁波也必然有相同属性,所以电流做功是的一波接一波、或不作周期性变化(直流电)、或大小和“旋动”方向随时间作周期性变化(交流电)、或强度随时间周期性改变的(脉冲电流)、具有波粒二象性的定向运动。电非电子,将电流描述为导体内的自由电子运动,是一个流传已久且写入教科书的大谬论。

电流的速度与光速同,而我们在大型直线加速器中只能把电子加速到接近光速。可以说,电是像电子和质子这样的粒子之间产生排斥力和吸引力的一种属性,而电荷是电子携带的电量。变压器是从电到磁再由磁到电的典型能量转换,我们可以将有关公式理解为:输入线圈内电流数量与输出线圈内的电流数量相等,导体单位长度内的电流数量与电流成正比,将U1/U2=N1/N2变换为I1/I2=N2/N1,以此来说明电流是被约束在导体内波形运动的粒子流。

3、电力与磁力

强力是一种磁力,两个质子放在一起正电相斥,S极与N极吸引原子核聚集在一起;弱力也是一种磁力,因为力弱的原因总是参与原子核衰变,它使某些原子核分裂产生放射性辐射。磁未被激活时,不显示磁场、磁力,激活时才显示能量,强力、弱力是短程力,近距离的接触激活了磁,才有了力。我认为,无论是磁生电、电生磁,还是光电效应;无论是万有引力还是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用,表现的都是粒子变化的粒子能,这就像核聚变核裂变的原子能、化学变化的化学能、水的气液固三态一样。我们在研究粒子能的时候,要认识到粒子能与其他能的相似之处,就是这种演变会都产生可以利用的能量;不同之处在于,粒子能产生的磁、电是可以储存的,而核能、化学能的爆炸与燃烧是不能储存的。

可以认为,电力与磁力是正负超微粒子以不同的方式受激演变的能量;磁力不是永动机,超微粒子耗尽功能时,就混进了粒子空间或演变为暗物质,再接受能量被激活时又恢复为磁。磁与电都是实实在在存在的物质,对于电流来说,可以用公式:P=UI、E=mc2/2、E=hv计算电流的质量、频率,式中:C是光速,h为普朗克常量。

5 结论

本文通过对电流的分析研究,认为电流是电荷的运动,但电荷是电量不是电子,电非自由电子,电子也只是带电而已,这和湿毛巾带水是一个道理。教科书上讲的那些所谓的载子们不是输送电流的运输车,充其量只是储存电流的仓库、水缸、水桶而已。我们可以将雷电比喻为:积雨云层杂乱无章、无规则或有规则的剧烈运动引发了爆炸事故,一声炸雷,炸毁了仓库、炸翻了水桶、水缸,由此汇集的水流就像暴雨形成的洪流,汹涌澎湃、咆哮怒吼;随着一声爆炸,散落的电流汇集起来,在一瞬间聚集了巨大的能量,电闪雷鸣势不可挡。而这些所谓的载子们,在事故以后则进行了灾后重建,重新排列组合,逐步恢复了原来的面目,还是在一瞬间,仓库又满了,水桶、水缸蓄水依旧。

我们只有重新认识电流,才能在物理学科有新的思路,才能有创新、有发展;这种重新认识的依据依然是大家都熟悉的有关物理学定律,只需要给出更加合乎逻辑解并为众人理解、信服的解释而已。

本文提出了某种具有超导通道的基本粒子被环形超导电流激活为磁设想,假设线框做切割磁场运动时,磁场反作用力F抵抗线框旋转力,造成围绕导线的磁场物质形成方向旋,发电机线框做切割磁场的旋转运动时,产生感应电动势,形成电压并切入了电流,形成了交流电。切入的电流沿着导体定向移动,交流电的电压变动是旋动及横向震荡方向的变动,不是自由电子流向的往复式运动。那个神奇而又无所不能的自由电子不要再打肿脸充胖子了,在电压的作用下自由电子就会定向流动,形成电流的谬论可以休矣!

我想,关于“电非电子”,对于不是很教条的研究者来说,应该是很容易接受的观念,但思想认识的接受并不等于实际行动上的接受,虽然仅仅是个解释,但守旧者任然要顽固的阻挡,要想跨过这道坎还是很难的,即便是跨过了这道坎,也只能算是走出了第一步。我希研究者们勇敢的跨过这道坎,大胆的迈出这具有历史意义的第一步。

迈出第一步后,面临的将是第二步了,第二步就是: “电非电子”那又是什么呢?发电机发电、化学能产生电、太阳能发电、雷电、还有像电鳗这样动物的生物电等来自何方神圣?对此,我在本文中虽给出一些设想,但只不过抛砖引玉罢了,深入下去则需要更专业的研究与实验手段。

走出第二步,需要百花齐放百家争鸣,待到百花烂漫时,大家可以统一认识选出一个花魁来,也可以选出几个候选的花王,形成几个学派。我希望看到百花齐放春满园的那一天,随着物理学科的大发展,大进步,迎来物理学科新的春天。

[1] 高潮等. 图解当代科技[N]. 北京:红旗出版社,1998.

[2] 甄长萌. 近代物理[N]. 北京:北京师范学院出版社,1988.

[3] 杨福家等译. 二十世纪物理学[N].北京:科学出版社,1979

[4] 伍唐生、杨志平、张晨译.科学难解之谜[N].北京:经济日报出版社,2002

[5] 汪晓元.大学物理学.复旦大学出版社,2006.8

作者:杨长顺、退休调研员、高级工程师

地址:云南省昆明市新亚洲体育城星都总部基地中铁十六局集团云南工程指挥部

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