我们的否定磁冻结原理的第二篇论文发表

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愚石 发表于 2022-12-14 16:40 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 愚石 于 2023-1-22 22:32 编辑



在2015年,我们曾经发表过一篇论文,讨论了阿尔文提出的磁冻结原理。
论文地址: https://journals.plos.org/ploson ... ournal.pone.0136936

那篇论文发表以后,仍然有不同意见,为此,我们又设计完成了两个实验。这两个实验再次证明磁冻结原理是错误的。
我们的第二篇论文就是介绍这两个实验的结果和理论分析。标题是“Two negative experimental results and analysis of Alfvén's theorem”。
论文通过了审稿于昨天正式上线。
论文地址:https://journals.plos.org/ploson ... ournal.pone.0278990

在维基百科中,磁冻结原理通常被叫做"Alfvén's theorem"。在等离子体物理和天体物理里边,磁冻结原理被普遍接受,每一本等离子体物理著作里边都会介绍这个原理。相信我们的观点会逐步进入等离子物理教科书。

今天把我们两篇论文里的观点梳理了一遍,写了一篇简短的总结,感兴趣的网友可以到这里看一看:


https://zhuanlan.zhihu.com/p/600482230

rogerw 发表于 2022-12-27 18:13 | 显示全部楼层
现在的等离子体物理教科书里面有明确说过等离子体不能跨磁力线运动吗?你的实验有没有满足磁冻结的条件?

点评

其实,在阿尔文提出磁冻结原理的时候,他犯了一个非常低级的错误:他用错了欧姆定律(电流=电压/电阻)。欧姆定律只适用于稳衡电路,不适用于非稳衡电路。在非稳衡电路,决定涡电流大小的是复阻抗(感抗,容抗和电阻  详情 回复 发表于 2022-12-28 15:34
在我看过的十来个版本的的等离子体物理书里边,无论英文版还是中文版,全都明确说了,等离子体会冻结在磁力线上,不能横穿磁力线。你要是发现那一本等离子体物理书里边没有说过这种观点,倒是可以告诉我一声。 抄录  详情 回复 发表于 2022-12-28 15:23
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 楼主| 愚石 发表于 2022-12-28 15:23 | 显示全部楼层
rogerw 发表于 2022-12-27 18:13
现在的等离子体物理教科书里面有明确说过等离子体不能跨磁力线运动吗?你的实验有没有满足磁冻结的条件? ...

在我看过的十来个版本的的等离子体物理书里边,无论英文版还是中文版,全都明确说了,等离子体会冻结在磁力线上,不能横穿磁力线。你要是发现那一本等离子体物理书里边没有说过这种观点,倒是可以告诉我一声。
抄录一下中科大李定等四个老师的《等离子体物理学》第69页的一句话“磁冻结方程还可以推出另一重要性质:在理想导电流体中,初始位于磁感线上的流体质元,以后也一直位于此磁感线上”。


下面这是阿尔文的原话:

“In view of the infinite conductivity, every motion (perpendicular to the field) of the liquid in relation to the lines of force is forbidden because it would give infinite eddy currents. Thus the matter of the liquid is ‘fastened’ to the lines of force....”


我们的实验使用的是紫铜,它不是理想导体,但是用它做实验,是没有问题的。因为阿尔文提出磁冻结原理的时候,就是从非理想的导体外推到理想流体的。我们后面的数学推导也是从非理想外推到理想导体。






点评

所有等离子体物理教材都会讲单粒子的漂移,就是跨越磁力线的运动。李定的教材里面也有(2.2节和2.3节)。  详情 回复 发表于 2022-12-28 23:44
我倒是觉得所有等离子体物理的书里面,都明确说了等离子体可以跨磁力线运动。我大概2004年上过等离子体物理课,学的就是中科大的教材,我记得教材里面磁冻结的推导过程是这样的:首先从电磁学的基本方程推导出磁感应  详情 回复 发表于 2022-12-28 23:39
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 楼主| 愚石 发表于 2022-12-28 15:34 | 显示全部楼层
rogerw 发表于 2022-12-27 18:13
现在的等离子体物理教科书里面有明确说过等离子体不能跨磁力线运动吗?你的实验有没有满足磁冻结的条件? ...

其实,在阿尔文提出磁冻结原理的时候,他犯了一个非常低级的错误:他用错了欧姆定律(电流=电压/电阻)。欧姆定律只适用于稳衡电路,不适用于非稳衡电路。在非稳衡电路,决定涡电流大小的是复阻抗(感抗,容抗和电阻),而不仅仅是电阻。

由于电抗的存在,即使理想导体横穿磁力线产生了感生电动势,其内部涡流也总是有限的。
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rogerw 发表于 2022-12-28 23:39 | 显示全部楼层
愚石 发表于 2022-12-28 15:23
在我看过的十来个版本的的等离子体物理书里边,无论英文版还是中文版,全都明确说了,等离子体会冻结在磁 ...

我倒是觉得所有等离子体物理的书里面,都明确说了等离子体可以跨磁力线运动。我大概2004年上过等离子体物理课,学的就是中科大的教材,我记得教材里面磁冻结的推导过程是这样的:首先从电磁学的基本方程推导出磁感应方程,磁感应方程有两项,对流项和扩散项;然后忽略扩散项只剩下对流项,和流体力学方程列出的关于流体微元的方程一模一样;最后得到结论,磁场和流体微元的比值是恒定的,也就是说它们会发生同样的变化,也就是“初始位于磁感线上的流体质元,以后也一直位于此磁感线上”。



那么问题来了,为什么要忽略扩散项?我想所有的等离子体物理教材都不会告诉你一定可以忽略扩散项。就比如你举出来的李定写的教材里面(我只搜了个目录,没有读正文)第3.4.1节讲磁感应方程,第3.4.2节就讲磁扩散效应,第3.4.3节才讲磁冻结,磁扩散效应告诉我们等离子体不会被冻结在磁力线上。


所以磁冻结是有条件的,并不是所有等离子体都能冻结在磁力线上。只有扩散项远远小于对流项的等离子体才会冻结在磁力线上。我记得你上一篇论文发表的时候已经有人提到这一点了,只不过没有后续。那么怎样的等离子体才是扩散项远远小于对流项的呢?把这两项里的每一个变量都取一个特征值,得到两项的大概取值,拿来比一下,就搞出了一个叫磁雷诺数的东西,磁雷诺数远大于1,对流项远大于扩散项,扩散项可以忽略,磁冻结才能成立。我想所有等离子体物理的教材里面都会写磁雷诺数和它的用途,可以翻一下你手上的书,看看有没有。


对于理想导电流体,电导率无穷大(欧姆效应就失效了,因为根本没有电阻),扩散项等于零,所以理想导电流体是满足磁冻结条件的,才会有教材上的那句话。教材上的话恰恰明确说了,并非所有等离子体都会被冻结,只有特定的满足条件的等离子体才会。太空中的等离子体由于特征长度特别大,导电性也很好,基本上都是满足磁冻结条件的。


所以如果你设计的实验使得磁雷诺数不是远大于1,磁扩散效应显著,当然可以否定磁冻结效应,但这只不过是等离子体物理学早就揭示了的东西。你的实验是不是在空气中进行的?空气是电导率极差的介质,离理想导电流体差远了。

点评

确实,等离子物理书上都会说磁扩散,说实验室的等离子体不符合理想导电流体,会有磁横穿。但是也都会说天体物理领域的等离子体一般都可以认为是理想等离子体,都会磁冻结。 其实我们论证的是,无论在理想还是非理  详情 回复 发表于 2023-1-1 14:42
磁冻结原理是从“磁冻结方程”推导出来的一个结论。但是,我们仔细分析了他们的推导过程发现,他们真正的数学推导结论只是一个:理想导体内部的磁通量守恒。除了这个结论,后面的磁冻结是磁通量守恒的一种错误演绎。  详情 回复 发表于 2023-1-1 13:36
我们的论证方法是:用非理想导体做实验,首先证明在非理想导体的情况下,磁梯度会引起内部涡流,这个涡流可以造成导体前边的磁力线变稀,也能造成导体后面的磁力线变密。这是违反磁冻结趋势的。 然后我们用数学推导  详情 回复 发表于 2023-1-1 13:02
你说的这些基本是对的,但是,我们讨论的是理想导体,也就是导电率无穷大的情况下,也不可能发生磁冻结。 我们的实验,并不是利用理想导体与磁场相互作用,直接证明它不会产生磁冻结,而是用非理想导体(紫铜)与磁  详情 回复 发表于 2023-1-1 12:17
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rogerw 发表于 2022-12-28 23:44 | 显示全部楼层
愚石 发表于 2022-12-28 15:23
在我看过的十来个版本的的等离子体物理书里边,无论英文版还是中文版,全都明确说了,等离子体会冻结在磁 ...

所有等离子体物理教材都会讲单粒子的漂移,就是跨越磁力线的运动。李定的教材里面也有(2.2节和2.3节)。

点评

你说的是单个带电粒子在磁场内的漂移,是螺旋线轨迹。 单粒子的微观运动跟等离子体在磁场内的宏观运动完全不同。 等离子体垂直与磁力线运动的时候,会在它的宏观边界和内部产生多余电荷(即电场的散度不为零),那  详情 回复 发表于 2023-1-1 14:26
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-1 12:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-1 16:08 编辑
rogerw 发表于 2022-12-28 23:39
我倒是觉得所有等离子体物理的书里面,都明确说了等离子体可以跨磁力线运动。我大概2004年上过等离子体物 ...

你说的这些基本是对的,但是,我们讨论的是理想导体,也就是导电率无穷大的情况下,也不可能发生磁冻结。

我们的实验,并不是利用理想导体与磁场相互作用,直接证明它不会产生磁冻结,而是用非理想导体(紫铜)与磁场的相互作用,证明磁场的实际演化与磁冻结理论的推论相矛盾。

例如,根据磁冻结原理,当导体在磁场中运动的时候,如下图所示,它的前面的磁力线会被推挤而变得比原来更密集,而它的后面则相反。即使考虑上磁扩散,这种趋势不会出现相反的结果,磁扩散影响的只是在密集程度和维持时间上有些不同。也就是说,按照磁流体力学的理论推论,导体(即使是非理想导体)的前边的磁力线不可能变得更稀,后边的磁力线也不可能变得更密。

导体移动会把它前边的磁力线推挤得变密,后边的变稀

导体移动会把它前边的磁力线推挤得变密,后边的变稀


而我们的实验证明,它前面的磁力线可以变得更稀,后边的磁力线可以变得更密。这取决于磁场的梯度方向。如果导体沿着磁场梯度方向运动,磁场的实际演化如下图,它后面的磁力线不会变稀,而是会变密。实际测出的前波和后波都是向上的,证明导体运动时,它后边的磁力线也变密了。

导体沿磁场梯度方向移动,它后边后边的磁力线不会变稀,而会变密

导体沿磁场梯度方向移动,它后边后边的磁力线不会变稀,而会变密



如果导体逆着磁场梯度方向运动,其实际演化如下,它前面的磁力不会变密,而是变稀。实际测出的前波和后波都是向下的,证明导体运动时,它前边的磁力线也变稀了。

导体逆着磁场梯度移动,它前边的磁力线不会变密,反而会变稀

导体逆着磁场梯度移动,它前边的磁力线不会变密,反而会变稀



如果磁场梯度为零,也就是导体在均匀磁场中运动,则它前边的磁力线不会变得更密,后边的磁力线也不会变得更稀。导体与磁场不会产生相互作用。

导体在均匀磁场中运动,它前后的磁力线既不会变密,也不会变稀

导体在均匀磁场中运动,它前后的磁力线既不会变密,也不会变稀


我们的实验证明,导电体(理想的或者非理想的)与磁场的相互作用需要一个必要条件,那就是磁梯度
当导体沿着磁场梯度方向进入更密集的外磁场的时候,会有更多的外磁力线进入导体,导体内部就会产生涡型感生电动势和涡电流。这个涡流产生的磁场,总是力图抵消变化的磁通量(楞次定理),这就是导体和磁场作用的本质。如果是理想导体,涡流产生的磁力线总是正好抵消多进入的磁力线,不会多一根,也不会少一根。

阿尔文提出磁冻结原理时,只考虑了欧姆定律,认为电阻为零就不能再产生感生电动势,否则涡流就会无穷大。他忽略了楞次定律和法拉第定律。这两个定律告诉我们,有了感生电动势,涡流也仅仅是为了抵消磁通量的变化,根本就不会变成无穷大。

在李定的教材中,也有这样的描述:“既然流体的导电率趋向无穷大,感应电场必须为零,否则要导致无穷大的电流”,由此他们推论得出结论。理想导体必须跟磁力线冻结在一起,不能穿越。

为了避免无穷的电流出现,理想导体中不允许出现感生电动势。这是一个根本性的错误,所有的等离子体教科书在这个问题上都犯了同样的错误。我们的论文就是在纠正这个错误。
我们的实验证明,非理想导体在梯度场中运动时,它的内部会产生感生电动势和涡流,稍微想一下就应该知道,电阻率越小涡流肯定会越大,理想导体内的涡流会达到最大,只不过这个最大值以能够抵消磁通的变化量为限,不会更高,更不会达到无穷大。









点评

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的一小部分,所谓的等离子体物理被阿尔芬引入歧途这种事情是不存在的,且不说磁冻结有严格的数学推导,哪怕磁  详情 回复 发表于 2023-1-2 15:09
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-1 13:02 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-1 16:00 编辑
rogerw 发表于 2022-12-28 23:39
我倒是觉得所有等离子体物理的书里面,都明确说了等离子体可以跨磁力线运动。我大概2004年上过等离子体物 ...

我们的论证方法是:用非理想导体做实验,首先证明在非理想导体的情况下,磁梯度会引起内部涡流,这个涡流可以造成导体前边的磁力线变稀,也能造成导体后面的磁力线变密。这是违反磁冻结趋势的。

然后我们用数学推导指出,导体的电阻率越小,内部涡流会越大,然后求极限给出了涡流的最大极限(对应理想导体)就是完全抵消外来磁通量的变化。这里关键点是,我们不仅考虑了欧姆定律,还引入了楞次定律和法拉第定律,实现了从有限导电率向无穷导电率的过渡。也是从纯电阻向复阻抗的转化。

我们的论证,在电工学和电子学领域应该算是常识性的东西。但是阿尔文的磁冻结理论把等离子体物理引入了歧途。尽管后来阿尔文自己两次告诫人们不要使用他发明的磁冻结原理,但是人们仍然对这个原理一往情深。人们不愿意放弃这个错误原理,是因为人们不知道它错在了那里,我们就是告诉人们发生错误的原因。
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-1 13:36 | 显示全部楼层
rogerw 发表于 2022-12-28 23:39
我倒是觉得所有等离子体物理的书里面,都明确说了等离子体可以跨磁力线运动。我大概2004年上过等离子体物 ...

磁冻结原理是从“磁冻结方程”推导出来的一个结论。但是,我们仔细分析了他们的推导过程发现,他们真正的数学推导结论只是一个:理想导体内部的磁通量守恒。除了这个结论,后面的磁冻结是磁通量守恒的一种错误演绎。

我们的论文中进行了数学推演,在理想导体内,总的磁通量是守恒的,这一点没有错。但是它里边的磁通量由两部分组成,一部分是外磁场穿进导体的磁通量,另一部分是内部涡流产生的磁通量。这两部分相加总是守恒的,但是两者本身都不守恒。当导体进入更密的外磁场,更多的外磁通就会进入导体内(外磁通不守恒),然后内部产生涡流,涡流产生的磁场,进而维持总磁通守恒。这才是磁演化的完整准确的描述。

弄清楚外磁通和内磁通这两个变量的关系,是理解这个问题的一个关键点。外磁通在理想导体内不守恒,这并不违反内部总磁通量守恒,也不违反那个“磁冻结方程”。所以,从磁通量守恒演绎到磁冻结并不成立。



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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-1 14:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-1 15:20 编辑
rogerw 发表于 2022-12-28 23:44
所有等离子体物理教材都会讲单粒子的漂移,就是跨越磁力线的运动。李定的教材里面也有(2.2节和2.3节)。 ...

你说的是单个带电粒子在磁场内的漂移,是螺旋线轨迹。

单粒子的微观运动跟等离子体在磁场内的宏观运动完全不同。
等离子体垂直于磁力线运动的时候,会在它的宏观边界和内部产生多余电荷(即电场的散度不为零),那些极化电荷会形成一个内部电场,这个电场会“护送”其它带电粒子直线地横穿磁场,不再需要螺旋地漂移。这些道理在我们的第一篇论文里进行了论述。关于这一点,一开始审稿人(加州理工的的资深教授Bellan,Fundamentals of plasma physics 一书的作者)也搞不明白,他觉得既然在导电体的边界面,电场旋度不为零,为什么不会出现涡电流。后来经过我们的解释后他明白了,就同意了我们的观点。

当等离子体在磁场内运动的时候会引起系统的演化。而任何电磁系统的状态,最少需要电场的旋度和散度两个方程才能描述。而磁冻结方程只是感应电场的旋度方程,依靠这一个方程,不可能准确描述系统的演化。在我们的第一篇论文里,加入了电场的散度方程,描述了系统的极化现象,是极化电荷(电容)影响了系统的演化,化解了磁冻结。使得理想导体也可以沿着等磁面自由地横穿磁场而不会出现磁冻结,不会出现磁阻力。

大致上说,我们的第一篇论文主要讨论了电容对磁冻结的影响,第二篇主要讨论了电感对磁冻结原理的影响。也就是分别讨论了电场旋度为零和不为零两种情况。

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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-1 14:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-1 15:04 编辑
rogerw 发表于 2022-12-28 23:39
我倒是觉得所有等离子体物理的书里面,都明确说了等离子体可以跨磁力线运动。我大概2004年上过等离子体物 ...

确实,等离子物理书上都会说磁扩散,说实验室的等离子体不符合理想导电流体,会有磁横穿。但是也都会说天体物理领域的等离子体一般都可以认为是理想导电流体,都会磁冻结。而我们研究这个问题的起因就是脉冲星的磁层冻结问题,因此我们主要关注的是,在理想导电流体里是否会出现磁冻结。这在每一本等离子物理书里,都有相同的结论。

其实我们要论证的是,无论在理想还是非理想导体,在推出磁冻结原理的时候,所使用的推理方法都是错误的。第一,他们忽视了系统的电场散度方程和极化现象,第二,他们忽视了系统的电容和电感。第三,他们混淆了外磁通和内磁通的差别和角色。
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rogerw 发表于 2023-1-2 15:09 | 显示全部楼层
愚石 发表于 2023-1-1 12:17
你说的这些基本是对的,但是,我们讨论的是理想导体,也就是导电率无穷大的情况下,也不可能发生磁冻结。
...

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的一小部分,所谓的等离子体物理被阿尔芬引入歧途这种事情是不存在的,且不说磁冻结有严格的数学推导,哪怕磁冻结真的错了,等离子体物理还有更一般的磁感应方程可以用,不至于被带歪。

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。拿这样的实验来否定磁流体理论是有很多坑在里面的,一不小心就会犯错。空气本身电导率极差,如果计算磁雷诺数的话,必然是远小于1,是磁冻结效应极不明显的一种介质。所以在空气里面,磁场不会被扭曲,仍然保持它原有的样子。或者你可以这么想,紫铜内部由于磁冻结效应磁场是扭曲的,但是一旦离开了紫铜的范围,扭曲的磁场就会瞬间恢复平坦,这是极强的扩散效应导致的。所以按照磁流体力学描述出来的图像和你的均匀磁场的那个实验结果是一致的。当然这不是磁冻结,因为根本没有达到磁冻结的条件。

如果把紫铜替换成真正的磁流体会怎么样呢?没有磁流体的地方,仍然是极强的扩散效应占主导,所以如果发生了磁冻结,不会在磁流体运动的前端加密磁场也不会在磁流体运动的后端稀释磁场,离开了磁流体区域,磁场恢复它本来在空气中的样子。更进一步,如果磁流体内部磁冻结效应很强,那么你将推不动它,它有一点运动就会在磁场中发生偏转,转一圈又回到原位。

现在来讨论带梯度的磁场的情况。非理想的导体内产生了涡流,涡流产生了磁场。也是因为空气是磁冻结效应极不明显的介质,涡流产生的磁场在空气中有强烈的扩散效应,可以扩散到空气中影响运动导体前后的磁场。所以如果考虑磁扩散效应,完全可以解释所谓的前端更稀疏、后端更密的现象。而空气是冻结效应极小的流体,磁扩散效应是一定要考虑的。

那么如果紫铜换成理想的导体会怎么样呢?楞次定律恰好给出了符合磁冻结理论的物理图像。楞次定律告诉我们当外界磁通量改变时,电磁感应总是想抵消这个变化。在理想导体中,楞次定律被发挥到极致,电磁感应完全抵消掉了外界磁通量的变化因素。外界磁通量变化的主因正是导体的运动,导体的运动被电磁感应抵消掉了,导体将保持不动,就像是被“冻结”在初始位置上一样。电阻极低的导体,运动被电磁感应抵消掉了,超导磁悬浮就是这个现象,人类已经见识过了。

你用楞次定律推导的时候有一个错误,当电阻越来越小时,涡流越来越强,涡流产生的磁场有一个极限,但是电流不会有极限,除非欧姆定律错了。不管是直流电还是交流电,没有电工敢说欧姆定律错了。极强的涡流会带来极强的能量消耗,也就是说想推动这个导体要耗费越来越大的能量,极限情况就是最终推不动这个导体,和磁冻结所揭示的物理图像是一样的。而推不动这个导体,就不会发生电磁感应,感应电动势为零,又和磁冻结理论不谋而合。

点评

“你用楞次定律推导的时候有一个错误,当电阻越来越小时,涡流越来越强,涡流产生的磁场有一个极限,但是电流不会有极限,除非欧姆定律错了。不管是直流电还是交流电,没有电工敢说欧姆定律错了。” 确实没有电工  详情 回复 发表于 2023-1-3 08:41
“现在来讨论带梯度的磁场的情况。非理想的导体内产生了涡流,涡流产生了磁场。也是因为空气是磁冻结效应极不明显的介质,涡流产生的磁场在空气中有强烈的扩散效应,可以扩散到空气中影响运动导体前后的磁场。”  详情 回复 发表于 2023-1-3 08:21
“所以在空气里面,磁场不会被扭曲,仍然保持它原有的样子。或者你可以这么想,紫铜内部由于磁冻结效应磁场是扭曲的,但是一旦离开了紫铜的范围,扭曲的磁场就会瞬间恢复平坦,这是极强的扩散效应导致的。” 可是  详情 回复 发表于 2023-1-3 07:43
“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。“ 我们在论文中已经指出,阿尔文给出磁冻结原理的时候,明确说了就是从固体外推到了流体。我们也从固体开始  详情 回复 发表于 2023-1-3 07:34
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-3 07:26 | 显示全部楼层
“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的一小部分,所谓的等离子体物理被阿尔芬引入歧途这种事情是不存在的,且不说磁冻结有严格的数学推导,哪怕磁冻结真的错了,等离子体物理还有更一般的磁感应方程可以用,不至于被带歪。”


我说每一本书上都说了等离体会和磁力线冻结。你强调说冻结需要一定的条件。你说的是对的。只是我们是在天体物理领域讨论这个问题,而天体物理领域,这个条件一般就是满足的。
我们的论文中也明确说了,我们的实验材料紫铜不是理想导体,不会冻结。但是它会引起其外部磁场的扰动。我们要看的是起扰动趋势是不是跟磁冻结具有相同的趋势,会不会出现相反的趋势。

我说的“等离子体物理被阿尔芬引入歧途”,仅仅是指磁冻结这一点点问题上误入歧途,在其它问题上阿尔文都给出了伟大的理论,这是毋庸置疑的。
就是阿尔文自己,也曾两次反对人们使用他发明的这个磁冻结理论,这是事实吧?你是不是觉得阿尔文自己的反对毫无道理?

点评

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  详情 回复 发表于 2023-1-4 14:51
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-3 07:34 | 显示全部楼层
rogerw 发表于 2023-1-2 15:09
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 ...

“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。“


我们在论文中已经指出,阿尔文给出磁冻结原理的时候,明确说了就是从固体外推到了流体。我们也从固体开始讨论,这真的不能接受吗?

点评

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  详情 回复 发表于 2023-1-3 11:28
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-3 07:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 08:09 编辑
rogerw 发表于 2023-1-2 15:09
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 ...

“所以在空气里面,磁场不会被扭曲,仍然保持它原有的样子。或者你可以这么想,紫铜内部由于磁冻结效应磁场是扭曲的,但是一旦离开了紫铜的范围,扭曲的磁场就会瞬间恢复平坦,这是极强的扩散效应导致的。”


可是我们的实验证明紫铜外边的磁场扭曲是可以测到的。你不会怀疑我的实验数据是假的吧?我们测到的紫铜前边的前波和它后边的后波,清清楚楚。
我们的第二项实验证明,紫铜在梯度场里边运动时,阻力非常强烈,一个振荡周期都完不成,而在更强的均匀磁场里,它可以振荡近千个周期。这样的对比结果还不能证明梯度场外部磁场被紫铜扭曲?还不能证明紫铜在梯度场也有你认为的“冻结”趋势?

点评

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。把空气换成理想导电流体,在没有流体运动的区域不会出现磁场扰动。我并不是说你的实验做错了,而是说考虑磁  详情 回复 发表于 2023-1-3 11:19
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-3 08:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 08:27 编辑
rogerw 发表于 2023-1-2 15:09
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 ...

“现在来讨论带梯度的磁场的情况。非理想的导体内产生了涡流,涡流产生了磁场。也是因为空气是磁冻结效应极不明显的介质,涡流产生的磁场在空气中有强烈的扩散效应,可以扩散到空气中影响运动导体前后的磁场。”


你在这里把紫铜内部出现涡流,归因于磁扩散,这就很奇怪。我看不明白,你说的磁扩散是由导体外的环境决定的,还是因为导体内的导电率决定的?你总不会说能否冻结是由外部环境决定的吧?

也学你觉得要是用理想导体替代紫铜,里边就不会出现涡流。
假设下面这个磁场是梯度场(因为梯度场不好绘制,就画了均匀的代替),你是不是认为:
1,如果是紫铜棒,里边会出现涡流;
2,如果是理想导体,里边就不会出现涡流?
你是不是这种想法?

导体在磁场中运动

导体在磁场中运动


我觉得,只要你回答这个问题,你就会进入矛盾之中。

点评

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空气里的其他位置归因于磁扩散。如果把空气替换成理想导电流体,涡流的磁场不会影响到它前端和后端。我并不是  详情 回复 发表于 2023-1-3 10:40
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 楼主| 愚石 发表于 2023-1-3 08:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 愚石 于 2023-1-3 08:42 编辑
rogerw 发表于 2023-1-2 15:09
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 ...

“你用楞次定律推导的时候有一个错误,当电阻越来越小时,涡流越来越强,涡流产生的磁场有一个极限,但是电流不会有极限,除非欧姆定律错了。不管是直流电还是交流电,没有电工敢说欧姆定律错了。”


确实没有电工敢说“欧姆定律错了”,但是有足够电工学知识的人都敢说,在理想导体里边,在非稳态系统里边,在非闭环电路上,欧姆定律都不适用。因为那种情况应该用复阻抗替代纯电阻,应该用微分方程(而不是欧姆定律)求解系统的演化。这正是我们论文的主要论点和和分析方法。

你还说磁场有极限,但是电流不会有极限。这很奇怪。难道描述电流和磁场关系的毕奥—萨伐尔定理错了?电流和磁场之间的线性关系会随着电导率的上升而破坏?

点评

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,感应电流产生的磁场也没有极限。但是感应电流存在的时间趋于无穷小,它带来的总能量变化是有极限的。如果把这  详情 回复 发表于 2023-1-3 10:21
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rogerw 发表于 2023-1-3 10:21 | 显示全部楼层
愚石 发表于 2023-1-3 08:41
“你用楞次定律推导的时候有一个错误,当电阻越来越小时,涡流越来越强,涡流产生的磁场有一个极限,但是 ...

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,感应电流产生的磁场也没有极限。但是感应电流存在的时间趋于无穷小,它带来的总能量变化是有极限的。如果把这里的电流用函数来描述,是一个冲击函数。

不知道经验丰富的电工是怎么看待短路问题的?把这个问题放到电工学里面,就是讨论这样的一个电路,电压表测得的电压会是多少?
1.jpg

点评

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。  详情 回复 发表于 2023-1-4 19:55
你说的这个问题,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  详情 回复 发表于 2023-1-3 12:13
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rogerw 发表于 2023-1-3 10:40 | 显示全部楼层
愚石 发表于 2023-1-3 08:21
“现在来讨论带梯度的磁场的情况。非理想的导体内产生了涡流,涡流产生了磁场。也是因为空气是磁冻结效应 ...

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空气里的其他位置归因于磁扩散。如果把空气替换成理想导电流体,涡流的磁场不会影响到它前端和后端。我并不是说你的实验做错了,而是说考虑磁扩散效应之后磁流体力学的理论是可以解释你的实验结果的。


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。

点评

“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  详情 回复 发表于 2023-1-3 12:48
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rogerw 发表于 2023-1-3 11:19 | 显示全部楼层
愚石 发表于 2023-1-3 07:43
“所以在空气里面,磁场不会被扭曲,仍然保持它原有的样子。或者你可以这么想,紫铜内部由于磁冻结效应磁 ...


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。把空气换成理想导电流体,在没有流体运动的区域不会出现磁场扰动。我并不是说你的实验做错了,而是说考虑磁扩散效应之后磁流体力学的理论是可以解释你的实验结果的。

实验中阻力很大,那么极限情况是不是完全推不动?

在等离子体物理或者磁流体力学里面,磁冻结效应和磁扩散效应是同时存在的两个效应,不是二选一的效应,理想导电流体只有磁冻结效应,在现实中并不存在。在太空中的等离子体磁冻结效应很明显,但是也会有磁扩散效应,只不过磁扩散效应显现出来需要时间,在它显现出来之前,磁场和流体都已经大变样了,这时候就可以完全忽略磁扩散效应。太空中的某些地方磁扩散效应和磁冻结效应都很明显,比如地球上空的辐射带,只考虑冻结效应是不对的。而空气里面扩散效应极明显,冻结效应极不明显,可以忽略冻结效应。

导体与磁场的相互作用每时每刻都存在,它不等于磁冻结效应。磁冻结是要求导体和磁场的变化完全同步,磁扩散也可以带来磁场扰动,只不过这个扰动没有和导体运动同步。所以检测到磁场扰动不能说明就发生了磁冻结。

点评

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  详情 回复 发表于 2023-1-3 13:51
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