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[建议，要点] 平行导线之间电磁力的实体物理实验 （关联：电磁学的实验再检验）

安培定律： Ampère's law

毕奥-萨伐尔定律：Biot-Savart law

库仑定律： Coulomb's law

图1  安培 André-Marie Ampère, 1775-01-20 ~ 1836-06-10, 61

https://energeiaplus.com/wp-content/uploads/2015/02/u3_andre-marie-ampere.jpg

https://energeiaplus.com/2015/02/13/connaitre-lintensite-du-courant-grace-aux-amperes/

   电磁学经典实验的当代“再检验”，除了要满足当时麦克斯韦电磁场方程要求的条件之外，一般应在“真空”、“电磁屏蔽”等条件下完成。最好不要“推导公式”，而是尽可能最直接地对这些经典实验定律进行检验。

   2023-10-26我亲自观察了“费曼电容器充电”的电压波形（实体的物理实验），未见电容器“电磁屏蔽”前后的电压波形的较为明显变化。换言之，重新认识经典麦克斯韦电磁场方程，是有初步的实验证据的。已经不全是“理论猜想”。

一、原因

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395251.html

   不再多说。只重复几个要点：

   （1）“毕奥-萨伐尔定律并不是直接的实验结果，原因是恒定电流元不可能孤立存在。”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31200&Type=bkzyb&SubID=61931

   （2）“电磁场理论的麦克斯韦方程组是在一些电磁学实验定律的基础上建立起来的，这些实验定律的精度和适用范围都难以言明，”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

   （3）多年之前在备课时，又见到了 100多年之前那些经典电磁学实验装置的相关照片。

   担心那时的实验精度、稳定性。所以，建议在当前高精度、高稳定性条件下重复一下。

二、尽可能的直接验证相关的定律

   原始的实验定律公式，或者接近麦克斯韦经典电磁场方程的公式。

   一般而言，

   用符号来表示知识，每推导一步公式，都会实质性地、隐含地引入一个新的假设，作为推导结果的“新公式”就会偏离“原来那个公式”的本意。

   这是因为，“同一律 law of identity”在现实世界中一般不是严格成立的。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1434112.html

三、一些建议和担心

3.1  长平行导线：关联 SI 电流单位的“安培”定义（1948-2019）

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31272&Type=bkzyb&SubID=61954

   核心：

   两个平行载流导线，其间的电磁力，是否与其电流“同向”、“反向”等有关？

   更多担心，请看《[请教，建议] 电磁学的实验再检验（20）：两根载流平行导线之间的磁力大小，与电流方向、导线材料等的关系》。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1457415.html

3.2  圆形载流线圈：关联安培的无定向秤（ astatic balance ）的系统误差估计

   “实际上，定义中的两根‘无限长’导线是无法实现的，根据电动力学原理，可以用作用力相似等效的两个线圈替代。”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31272&Type=bkzyb&SubID=61954

   在某些特殊情况下，安培的无定向秤是否会存在一定的微小的系统误差？

   详见《[请教，讨论] 电磁学的实验再检验（16）：无定向秤（ astatic balance ）的系统误差是多少？》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1439428.html

3.3  超导：圆形的恒定电流元

   “毕奥-萨伐尔定律并不是直接的实验结果，原因是恒定电流元不可能孤立存在。”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31200&Type=bkzyb&SubID=61931

   尽管“这是电导率无穷大的金属所不具备的性质。这种现象说明，超导体除了要满足麦克斯韦（Maxwell）理论限制之外，还有新的约束，即后来发现的伦敦规范。”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=193730&Type=bkzyb&SubID=138164

   但，超导圆环，在一定程度上算是“恒定电流元”。

   建议用超导材料进行“图5 三个稳恒直流电线圈之间的电磁作用”之类的实体物理实验。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1439428.html

参考资料：

[1] 2022-06-04，库仑定律/Coulomb's law/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31176&Type=bkzyb&SubID=61925

[2] 2022-01-20，毕奥-萨伐尔定律/Biot-Savart law/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31200&Type=bkzyb&SubID=61931

   恒定电流元激发磁场的基本规律。

   毕奥-萨伐尔定律是讨论恒定电流的磁场性质和计算其磁场分布的基础。根据这一定律可导出恒定磁场的两个基本定理：磁高斯定理和安培环路定理。毕奥-萨伐尔定律并不是直接的实验结果，原因是恒定电流元不可能孤立存在。

   这种由个别特殊实验导出的普遍规律的正确性，是靠由此得出的一切推论都与实验相符而得到确认的。

[3] 2023-11-09，毕奥-萨伐尔定律/Biot-Savart law/于歆杰，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=398554&Type=bkzyb&SubID=134099

   描述无限大真空中恒定电流产生磁场的定律。

   如果载流回路周围空间中有介质存在，介质的磁化将影响空间的磁场，此时，毕奥-萨伐尔定律失效。但从工程观点出发，除铁磁材料以外，其他介质的磁化效应很弱，常予忽略。因此，只要不存在铁磁材料，仍可应用毕奥-萨伐尔定律计算恒定电流产生的磁场。

[4] 2022-01-20，安培定律/Ampère's law/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31201&Type=bkzyb&SubID=61931

   描述两个恒定电流元相互作用的规律。电磁学的基本规律之一。

   他进一步做了4个极为精巧的实验，得到电流相互作用力的一些结论：电流反向时产生的作用力也反向；电流元具有矢量的性质；作用在电流元上的力与电流元垂直；电流相互作用中几何线度（电流元的长度、相互距离等）增大相同倍数时作用力大小不变。

[5] 2023-10-10，超导/superconductivity/闻海虎，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=193730&Type=bkzyb&SubID=138164

   对于超导体，无论是先让它进入超导态再加磁场，还是加磁场后再让它进入超导态，超导体总是把磁力线排斥在体外。这是电导率无穷大的金属所不具备的性质。这种现象说明，超导体除了要满足麦克斯韦（Maxwell）理论限制之外，还有新的约束，即后来发现的伦敦规范。

[6] Vladimir I Arnol'd ((Arnold). On teaching mathematics [J]. Russian Mathematical Surveys, 1998, 53(1): 229-234.  Number 1, February 1998

doi:  10.1070/RM1998v053n01ABEH000005

https://iopscience.iop.org/article/10.1070/RM1998v053n01ABEH000005

https://iopscience.iop.org/article/10.1070/RM1998v053n01ABEH000005/pdf

[7] 科普中国，2021-12-31，抽象思维

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=334248

[8] 2022-01-20，安培/ampere/陈熙谋，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=31272&Type=bkzyb&SubID=61954

   1946年，国际计量委员会（CIPM）提出定义为：在真空中，截面积可忽略的两根相距1米的平行而无限长的圆直导线内，通以等量恒定电流，导线间相互作用力在1米长度上为2×10-7牛时，则每根导线中的电流为1安培，又称绝对安培。1国际安培=0.999 85绝对安培。该定义经1948年第9届国际计量大会（CGPM）通过并沿用至今。实际上，定义中的两根“无限长”导线是无法实现的，根据电动力学原理，可以用作用力相似等效的两个线圈替代。

[9] 科学网，2018-11-16，国际计量大会重新定义“千克” 国际单位制迎来重要变革 [EB/OL]

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/11/420020.shtm

[10] 2024-01-06，国际单位制/International System of Units/李天初、高蔚、李进源，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=173451&Type=bkzyb&SubID=134060

[11] SI base unit: ampere (A), BIPM

https://www.bipm.org/en/si-base-units/ampere

相关链接：

[1] 2024-10-28 22:49，[请教，建议] 电磁学的实验再检验（20）：两根载流平行导线之间的磁力大小，与电流方向、导线材料等的关系

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1457415.html

[2] 2023-07-25 17:49，[讨论] 电磁学的实验再检验（9）：三根平行载流导线之间的电磁力

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1396605.html

[3] 2023-07-14 22:29，[最主流] 电磁学的实验再检验（2）：平行载流导线之间的电磁力

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395383.html

[4] 2021-09-11 14:22，[求助] 三根平行载流导线之间的洛伦兹力，怎么计算？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1303778.html

[5] 2014-10-21 09:46，[请教]平行导线间磁力大小，与电流方向的关系

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-837340.html

[6] 2023-07-14 01:22，“电磁学的实验再检验”：经典电磁学实验当代再检验的起因、意义要点

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395251.html

[7] 2023-10-26 22:44，[最主流，实体的物理实验波形] “费曼电容器充电”的电压波形观察

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1407363.html

[8] 2020-10-02 15:28，[严肃内容] 2019年 SI 的新“安培定义”，是对我2012年第二方案的细化

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1252951.html  

“电磁学的实验再检验”的相关博文：

[1] 2025-01-13，[博文，网址，汇总] 电磁学的实验再检验（关联：麦克斯韦电磁场方程，经典电磁学实验，实体的物理实验）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468565.html

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