本帖最后由 rogerw 于 2023-1-3 11:37 编辑
愚石 发表于 2023-1-3 07:34
“你的第一张图描绘的图像是错误的。首先在这个实验里面没有任何地方是磁流体，更别说是理想导电流体。“ ...
我在这句话的后面就说了，并不是不能接受，而是容易犯错。不可以接受的不是这个推理路径，而是在推理过程中犯的错误。但是有时候推理中的错误不容易指出来，这时候人们就容易想到如果实验采用了充满全空间的近乎理想的导电流体，某些错误就可以避免，不需要论证了。在这个实验里面，空气物质不会被冻结，不能把它想像成磁冻结。紫铜不是理想导电的导体，不仅不是，而且差很远。理想导电的导体可以参考超导体。当然用极限的思维，取不同电导率的材料进行实验，推论极限情况这是可以的。
真正正确地按照磁流体力学的理论来预估实验中的磁场，如果紫铜内部完全磁冻结，空气中的磁场不是这个样子。考虑了磁扩散效应之后，空气中的磁场扭曲也不是这个样子。因为你说了考虑到磁扩散，前端变密后端变疏的趋势不会改变。
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 15:13 编辑
rogerw 发表于 2023-1-3 10:21
这里更正一下，昨天写的时候确实还没有想清楚。当电阻越来越小的时候，涡流越来越大，感应电流没有极限， ...
你说的这个短路问题，在电工学和电子学里边，是一个很简单的问题。
要回答这个问题，你需要先确定：
1，图中电池是不是恒压源（也就是有没有内阻）？
2，图中的外电路有没有电阻？
答案如下：
1，如果电池是恒压源（没有内阻），外电路也没有电阻，那么，电流和环路磁场会一直线性上升，电流（和磁场）上升产生的反电动势始终等于电池的电动势。电表显示的电压始终等于电池的电动势。由于假设了没有内阻，所以电线不会烧毁，磁场和电流也没有上限。电池做功变成了磁能（和一部分辐射能），电池一直做功，磁能一直增加。
2，如果电池或/和外电路有电阻，电流和磁场有上限，上限等于电压除以总电阻。电压表的读数等于内阻和外阻的分压值。电流的渐近线就是欧姆定律给出的水平线（电流值）。
总结。你说的短路问题的正确的答案是：有电阻的时候，电阻限制电流的最大值，没有电阻的时候，磁通的变化率（决定反电动势）限制电流的上升速度，但是不限制电流的最大值。
无论哪种情况，都不会出现（我猜测）你想象中的电流首先到无穷大，然后马上消失。
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 12:58 编辑
rogerw 发表于 2023-1-3 10:40
紫铜内部出现涡流归因于磁扩散，这么说也没错，但不是我的主要意思。我的主要意思是：涡流的磁场能够到达 ...
“后面的两个问题不难回答啊：
1、如果你用无限细的紫铜棒来代替实验中的紫铜块，不出现涡流，会出现感应电流，感应电流是流向铜棒两端的，感应电流在磁场中会受力，受力方向与铜棒的运动方向相反。
2、如果紫铜替换成完全无电阻的导体，如果你能推得动它，会出现涡流，涡流会很强，强到无穷大，整个世界都会被颠覆。前提是你能推得动它。你也说了实验中阻力很大，那么极限情况是不是完全推不动？在推不动的情况下，没有涡流。”
第一个问题，你也想到了电荷流向两端而形成的电容性电流，这跟我们第一篇论文的想法一致。差别在于，我们指出，即使磁场有梯度，即使是理想导体，即使导体不是无穷细，只要沿着等磁面移动，就仅仅有微弱的的电容性电流，而不会有内部涡流。也就不会出现你说的“推不动”现象。我们的结论是，无旋的感生电动势，永远不会产生内部涡流，无论磁场多强，无论电阻多小，都是如此。我们的第一篇论文就是分析了产生无旋感生电动势的条件。
第二个问题。如果真的推不动理想导体，一定是导体（或内部涡流）与外磁场产生了相互作用力，对吧？那么。如果我推着它一直不松手，它里边的涡流会一直保持无穷大吗（理想导体，不考虑磁扩散）？ 如果原本外磁场只是个弱磁场，你觉得内部涡流和产生的反磁场也会无穷大吗？你觉得楞次定律和法拉第定律能算出一个远强于外磁场的反磁场吗？
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 14:58 编辑
rogerw 发表于 2023-1-3 11:19
实验中测到的紫铜外面的磁场扭曲是因为磁扩散，而不是因为磁冻结。磁扩散把紫铜区域的磁场扩散到空气中 ...
你讲的这些，都是以原来的等离子理论作为依据。我们们讨论的问题是：磁冻结这部分理论是不是正确。这样，我们必须暂时放弃原来的理论依据，而以更基本的电磁理论为基础。
现在我们考虑这样一个更基本的问题：
当理想导体（或非理想导体）在磁场中运动的时候，如果满足某些条件，内部的动生电动势就处处无旋。我想问你，这种无旋条件有可能满足吗？
因为无旋的电动势不可能驱动出涡流，所以，只要符合了无旋电场的条件，就不会出现内部涡流。既然内部不会出现涡流，那就不会产生作用力（磁阻力）。我说的这一点，你能同意吗？如果你能同意，我就给你看看三种无旋条件。怎么样？
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 14:36 编辑
rogerw 发表于 2023-1-3 11:28
我在这句话的后面就说了，并不是不能接受，而是容易犯错。不可以接受的不是这个推理路径，而是在推理过程 ...
“理想导电的导体可以参考超导体。”
看来你跟原来的我一样，对超导体的抗磁特性一无所知。
我曾经买了超导体和液氮做实验，发现超导体跟理想导体在磁特性方面完全不同。觉得很奇怪，就查了超导体的详细介绍，才知道了它们的差别。你跟原来的我一样，还蒙在鼓里。
愚石 发表于 2023-1-3 12:13
你说的这个短路问题，在电工学和电子学里边，是一个很简单的问题。
要回答这个问题，你需要先确定：
是恒压源、电池能量有限。如果外电路就用空气，或者棉线，电压表读数接近电源电压。如果外电路用铜线，电压表读数接近于零。随着外电路电阻越来越低，电压表读数也越来越低。极限情况当然是零。
在外电路没有电阻的时候，你描绘的电流变化有问题。按照你描述的电流变化，电感的阻抗是多少？按照阻抗算出来的电流是多少？在外电路没有电阻的时候，电路一闭合，电流从零开始线性上升，上升的速度可以是无穷的，也就是瞬间电流就达到了无穷大。因为电池能量有限，一下子就耗光了，电压就消失了，电流也消失了。
愚石 发表于 2023-1-3 12:48
“后面的两个问题不难回答啊：
1、如果你用无限细的紫铜棒来代替实验中的紫铜块，不出现涡流，会出现感应 ...
电动势是标量啊，不管什么样的电动势都没有旋度。我现在还不知道等磁面是什么，你可以简单介绍一下。按照磁冻结理论的话，沿着磁力线推也不会推不动。但是理想导线切割磁感线的话，这电流就会瞬间到达无穷大，这个电流在磁场中受到的力和运动方向相反，还是推不动。推不动电流又消失了，来不及在导线两端堆积电荷。
你一直推着理想导体不松手，一直推不动，导体里面没有涡流，也没有磁场，不会一直无穷大，不会出现无穷大的电流和磁场，楞次定律不会被打破。楞次定律能不能给出远大于外磁场的反磁场我不敢给一个明确的答案，我倾向于不能。如果不能的话，你对短路电路的分析（内外阻为零的情况）不就很明显错了吗？
因为理想导体在现实中是不可能存在的，这个假设本身就有奇异性。无穷大的电导率摆在这里，出现点无穷大的东西不奇怪。但是用冲击函数最终是可以得到有限解的，物理世界不会被无穷大颠覆。冲击函数虽然在某个点上取值达到无穷大，但它的积分是1，也就是说它对现实世界产生的作用是有限的，数学上更喜欢把它当做1来看待。
愚石 发表于 2023-1-3 13:51
你讲的这些，都是以原来的等离子理论作为依据。我们们讨论的问题是：磁冻结这部分理论是不是正确。这样， ...
你这个逻辑就很奇怪。等离子体的理论就是以基本的电磁学为基础的啊。你要讨论磁冻结正不正确，难道不是首先要正确理解磁冻结，进行正确的推导，最后否定推导的结果？故意在推导过程中掺杂一些错误，再用实验否定它，你应该不屑于做这种事情吧？
电动势是标量，一定是无旋的。你想说的是电场吧？无旋的电场有很多。但只要有电流，在磁场中就会产生作用力。
本帖最后由 rogerw 于 2023-1-4 13:48 编辑
愚石 发表于 2023-1-3 14:16
“理想导电的导体可以参考超导体。”
看来你跟原来的我一样，对超导体的抗磁特性一无所知。
蒙在鼓里？抗磁性有什么问题吗？抗磁性就是磁扩散效应弱的表现，也就是磁冻结效应强的表现啊。如果超导体没有抗磁性，那么磁冻结理论就会出现错误了。因为磁冻结理论告诉我们，如果理想导电流体一开始不在某条磁力线上，那么它以后也不会在这条磁力线上。如果超导体没有抗磁性，你在做实验前把超导体放入磁场，它就已经跨越磁力线运动了，磁冻结理论也就推翻了。实际上非理想的良导体内的磁场会有趋肤效应，也是抗磁性。
既然你买过超导体，用超导体做过实验，可以描述一下现象吗？是不是想把它推入磁场却推不动？
就单从理想导体的定义看，超导体是最接近理想导体的。它的性质不管再怎么讨厌也是最接近理想导体的性质。你这话给人的感觉就是，你看到了磁冻结，赶紧把它捂起来别让别人看到了。
愚石 发表于 2023-1-3 07:26
“你的第一句话我就当作是肯定了等离子体物理教材确实有讲不是磁冻结的情况。实际上磁冻结只是等离子体物理 ...
不好意思，这个回复我漏看了。
等离子体物理的磁感应方程就是直接脱胎于电磁学，没做假设。物理学家用磁感应方程来计算磁冻结的场景，如果磁冻结理论错了，就会显现出来。所以在电磁学理论是正确的前提下，等离子体物理有可以分辨磁冻结正误的工具，不会被阿尔芬引入歧途，就是磁冻结这一点也不会。阿尔芬提出磁冻结，有假设，有推理，数学上无瑕疵，物理学家们没有找到漏洞。而他自己的反对，没有指出假设上的缺陷，没有指出推理中的错误，虽不能说是毫无道理，却也是无法推翻磁冻结理论的。
而且也许阿尔芬是有道理的，只不过被人断章取义了。比如太空中某些地方磁扩散效应很显著，又比如磁扩散效应虽然不显著，但是在某些现象的形成机理中占据关键地位，这些地方反对用磁冻结很有道理啊。这不是磁冻结理论的错误，而是磁冻结条件满不满足的问题。
rogerw 发表于 2023-1-4 13:31
蒙在鼓里？抗磁性有什么问题吗？抗磁性就是磁扩散效应弱的表现，也就是磁冻结效应强的表现啊。如果超导体 ...
“你这话给人的感觉就是，你看到了磁冻结，赶紧把它捂起来别让别人看到了。”
哈哈，不得了了，你发现了大秘密，发现我有学术不端了。发现我写论文的时候，捂住了对我不利的证据。是吧？
我认真地说，我真没那么low。
我用超导材料做实验的时候，是在室温下就把超导材料（隔着瓷器）放在磁铁上面，因为室温下超导材料不超导，所以磁力线就穿进了超导材料。
然后我用液氮给超导材料降温，本以为它能跟磁力线冻结在一起，移动困难。没想到，等温度降低以后的，超导材料出现了超导抗磁现象，它飘起来了，运动起来毫无阻力。
这种现象让我感到非常奇怪，百思不得其解。然后就查超导资料，最后发现，我错误理解了超导体抗磁特性：
超导体的抗磁特性跟理想导体完全不同。理想导体总是力图让它内部的磁通量守恒，超导材料总是力图让它内部的磁通量为零。所以，千万不要企图用超导体做磁冻结实验。我原来不知道这一点，所以走了弯路。
想来你一定看过超导磁悬浮试验的视频。那些超导体都是在磁场里面毫无阻力地滑来滑去，根本就不会冻结在某条磁力线上推不动。你想象中的磁冻结，绝对不会在超导体试验中出现。
永远不要低估事物的复杂性。否则会闹笑话。这是我的经验，希望对你也有帮助。
本帖最后由 愚石 于 2023-1-4 19:06 编辑
rogerw 发表于 2023-1-4 13:21
是恒压源、电池能量有限。如果外电路就用空气，或者棉线，电压表读数接近电源电压。如果外电路用铜线，电 ...
“是恒压源、电池能量有限。如果外电路就用空气，或者棉线，电压表读数接近电源电压。如果外电路用铜线，电压表读数接近于零。随着外电路电阻越来越低，电压表读数也越来越低。极限情况当然是零。
在外电路没有电阻的时候，你描绘的电流变化有问题。按照你描述的电流变化，电感的阻抗是多少？按照阻抗算出来的电流是多少？在外电路没有电阻的时候，电路一闭合，电流从零开始线性上升，上升的速度可以是无穷的，也就是瞬间电流就达到了无穷大。因为电池能量有限，一下子就耗光了，电压就消失了，电流也消失了。”
看样子你肯定没有学过电工学和电子电路这些课程。
你说“是恒压源、电池能量有限”，你这是互相矛盾的两句话。电池能量有限，它如何能保证大电流时的恒压输出出？电池能量有限，就不可能是恒压源。
假设是理想恒压源，那就假设了：
1，它没有内阻，
2，它可以输出无限大的电流而不降低输出电压。（否则还怎么叫恒压源？）
3，它可以输出无限的功率（恒定的电压乘以无限的电流）
网上关于恒压源的介绍非常多。在百度百科 恒压源词条里边，理想恒压源的端电压具有以下特点：
1）不因负载(输出电流)变化而改变；
2）不因输入电压变动而改变；
3）不因环境温度变化而改变；
4）内阻r等于零。
实际工程中，不可能内阻为零，不可能电流无限，不可能功率无限。因为不可能有完全理想的恒压源。但是这不影响按照理想恒压源讨论问题。讨论中，你不能一方面假定它是恒压源，反过来就说它能量有限。这不是讨论问题应有的逻辑。
另外，任何环路都有电感，只要有电感，电流的上升速度就是有限的。随着电流的上升，环路内的磁通量就是变化的。既然磁通量是变化的，变化的磁通就必然会产生反电动势（请参照楞次定理）。反电动势就会限制电流的上升速度，所以电流不可能无限，除非时间无限。
你问我“电感的阻抗是多少？” 这很奇怪，是你出的短路题，你应该告诉我电感是多少啊。怎么反到问我？你不会认为你画的环路中没有电感吧？
给你的一个建议是，好好学习一下电工电子知识。
rogerw 发表于 2023-1-3 10:21
这里更正一下，昨天写的时候确实还没有想清楚。当电阻越来越小的时候，涡流越来越大，感应电流没有极限， ...
这个是你提的问题呀。是不是太可笑了，初中的考试题估计都不会这样出，怕别人笑话。
rogerw 发表于 2023-1-4 13:26
电动势是标量啊，不管什么样的电动势都没有旋度。我现在还不知道等磁面是什么，你可以简单介绍一下。按照 ...
“电动势是标量啊，不管什么样的电动势都没有旋度。”
谢谢。这一点你说的对，我经常混用感生电场和感生电动势。准确的说法是感生电场沿路径积分后得到感生电动势。我前边用感生电动势的地方应该改用感生电场才准确。
有的感生电场是有旋的，有的是无旋的。如果感生电场沿环路积分以后得到电动势不为零，就可以说是旋转电动势，否则就是无旋的感生电动势。这种说法不太精确，但是很多人都在用。用“旋转电动势”可以搜到很多的文档，它们都是指有旋电场对应的感生电动势。
rogerw 发表于 2023-1-4 13:26
电动势是标量啊，不管什么样的电动势都没有旋度。我现在还不知道等磁面是什么，你可以简单介绍一下。按照 ...
“但是理想导线切割磁感线的话，这电流就会瞬间到达无穷大，这个电流在磁场中受到的力和运动方向相反，还是推不动。推不动电流又消失了，来不及在导线两端堆积电荷。”
这个只是你自己的发挥，阿尔文是为了避免电流无穷大才提出了磁冻结，而你认为有了无穷大的电流才冻结。
“推不动”这也是你自己的说法。我们的一个审稿人的说法，比你这个还更容易接受一点（虽然也是错误的）。他的说法是，如果磁场较弱，磁场会跟随理想流体一起运动，如果磁场较强，则理想流体跟随磁场一起不动，后者类似于你说的推不动。
支持磁冻结的人，总是用这种模模糊糊的说法讨论问题。其实理解我们的理论以后，理想导体在磁场中移动时，受力的大小和做功的多少，都已经变成可定量计算的。
根据我们的理论，如果一个理想导体从A点移动到了B点，那么：
1，在B点的阻力（你说的推力）与A，B两点的磁场强度之差成正比，与B点的磁场梯度成正比，也就是梯度在路径上的积分乘以终点的梯度。
2，从A点推到B点时，外力做的功等于B点的磁通能量减去A点的磁通能量，只与起点和终点有关，与路径无关。
这些内容没有写进两篇论文里边。还需要仔细琢磨，但是不会有大的问题了。
rogerw 发表于 2023-1-4 13:26
电动势是标量啊，不管什么样的电动势都没有旋度。我现在还不知道等磁面是什么，你可以简单介绍一下。按照 ...
“你一直推着理想导体不松手，一直推不动，导体里面没有涡流，也没有磁场，不会一直无穷大，不会出现无穷大的电流和磁场，楞次定律不会被打破。”
在磁场里边推一个理想导体，却一直推不动。这时，你告诉我里边没有涡流? 导体内没有电流流，磁场是如何把力传给导体的？难道左手定则失效了？理想导体里边得电流消失以后，它的受力跟绝缘体还有啥区？
rogerw 发表于 2023-1-4 13:26
电动势是标量啊，不管什么样的电动势都没有旋度。我现在还不知道等磁面是什么，你可以简单介绍一下。按照 ...
”楞次定律能不能给出远大于外磁场的反磁场我不敢给一个明确的答案，我倾向于不能。如果不能的话，你对短路电路的分析（内外阻为零的情况）不就很明显错了吗？“
电路短路和磁冻结是完全不同的两个题目；本来不具有可比性，是你非把它们放在一起进行类比。
在磁冻结问题里边，外磁场是已知的，有限的。而内部出现的涡流只是为了抵消外磁场在导体内的变化量。因此内部的涡流必然是有限的。
电路短路则完全不同，这时电动势是固定的，电阻又等于零，电流自然就没有上限。
出题时给定的原始条件不同，结论自然不同。这不难理解吧？
本帖最后由 愚石 于 2023-1-4 22:52 编辑
rogerw 发表于 2023-1-4 14:51
不好意思，这个回复我漏看了。
等离子体物理的磁感应方程就是直接脱胎于电磁学，没做假设。物理学家用磁 ...
“等离子体物理的磁感应方程就是直接脱胎于电磁学，没做假设。物理学家用磁感应方程来计算磁冻结的场景，如果磁冻结理论错了，就会显现出来。所以在电磁学理论是正确的前提下，等离子体物理有可以分辨磁冻结正误的工具，不会被阿尔芬引入歧途，就是磁冻结这一点也不会。阿尔芬提出磁冻结，有假设，有推理，数学上无瑕疵，物理学家们没有找到漏洞。而他自己的反对，没有指出假设上的缺陷，没有指出推理中的错误，虽不能说是毫无道理，却也是无法推翻磁冻结理论的。”
你说物理学家没有找到漏洞是什么意思？
我们的两篇论文一共得到了四个审稿人的认可，有一个还是加州理工的等离子体物理资深教授。再加上阿尔文自己的反对，你觉得他们的观点都是错的？
磁冻结理论的漏洞其实很清楚了。当理想导体在磁场中运动的时候，就会出现电磁演化（所以也有人把磁冻结方程叫做演化方程）。需要最少两个方程（感生电场的旋度方程和散度方程）才能描述系统的演化。但是推出磁冻结理论的时候，他们只写了一个方程。所谓的“磁冻结方程”就只是感生电场的旋度方程。仅仅一个方程不可能准确描述电磁系统的演化，这是电磁学界的常识。只是在常识上也会有人犯错误罢了。
愚石 发表于 2023-1-4 18:06
“你这话给人的感觉就是，你看到了磁冻结，赶紧把它捂起来别让别人看到了。”
我确实不了解超导体，现学现卖出丑了。
抗磁性确实很讨厌，但是没办法，超导体确实是最接近理想导体的。抗磁性是磁扩散效应弱导致的，非理想的良导体里面也有一定程度的抗磁性，到极限情况，理想导体也是这样。
那怎么办呢？为了让磁场穿过超导体，可以在超导体上钻孔，或者把超导体做成圆环，至于更高级的做法，我还不太了解，就不提了。然后这样的超导体就是磁通量守恒的，只能在均匀磁场中自由移动，在不均匀的磁场中被冻结，也就是在梯度场中沿梯度方向推不动。
愚石 发表于 2023-1-4 22:14
”楞次定律能不能给出远大于外磁场的反磁场我不敢给一个明确的答案，我倾向于不能。如果不能的话，你对短 ...
理想导体可不就是处处短路的嘛。恒压源代表你认为的理想导体中可以出现电势差，恒压源能量有限代表造成电磁感应的原因是有限度的，比如没有用无穷大力去推。恒压源能量有限，电源只能维持一定时间的恒压输出，遇到无限的电流就无法维持恒压，这不就是阿尔芬所假设的不可能出现无穷大电流嘛。你要完全按照电工学来，电池能量无限，那就可以维持无穷大的电流，阿尔芬的假设就直接错了，何必实验？如果你还是觉得别扭，可以让电源不是恒压的，只要能保持电流方向不变就行了。
我一开始确实以为短路电路中没有电感，但看到你说有电感，觉得有道理，在上一次回复的时候就默认有电感了，电感假设为L，阻抗是多少？
理想导体里面出现有限的电流，和阿尔芬的磁冻结假设的前提条件不矛盾啊。有限的电流乘以零电阻，电压为零，电场为零。