涡旋电场和电磁感应定律
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前 言
我找到了有真实形式的涡旋电场。麦克斯韦150年前假说的这个电场，今天揭开面纱与世人见面。面纱揭开，迷雾吹散，因而我能够法拉第电磁感应定律和建立新电磁感感定律。新电磁感应定律能计算导体在两点间运行所生电动势的大小，还能用于发电机、变压器的制造和无线电技术。公式的使用，将结束电力设备中诸量叫“参数”的时代，因为用新公式能求得准确数据。
本文从涡旋电场概念讲起，不断出现新名词，新定律， 新公式。文章末尾是新定律的应用举例和实验。
1 什么是涡旋电场？
原子由原子核和核外电子构成。电子绕核运转，我叫它环形电流，简称电流环。既是电流，据奥斯特实验，此环必有磁场。电流环的磁场受变化磁场作用会发生增强和削弱两种奇妙变化。这变化就是涡旋电场。涡旋电场一旦形成，电流环中许多电子就不绕核转了，而是沿环上某点的切线方向飞出，形成感生电动势。（本文不用“感应电动势”、“磁感应强度”等词）。
我不是说神话， 我能绘出示意图讲解。M是放置在我们右前方的一个电流环。设它水平。L1、L2是环左右两侧磁场中的磁力线。一侧一根为代表。D是放置在我们左前方的电磁铁。设它正立坐在水平面上。N是它的一根磁力线。它竖直射向天空，返回时垂直穿过电流环的环面。D方是信号发射装置，M方是信号接收装置。这是题设，你要识图。
实验开始。把K闭合。闭合的刹那，一个外磁场向M飞来。b表示外磁场传播方向。N表示外磁场的磁场方向。怎样飞来？像火车一样飞来。磁场有头，叫场首，像火车有头一样。一个磁场产生，不是同时充满宇宙，而是由近而远渐生。有迟早之分。场首是空间中，磁场从无到有的分界线。就是说，传播中的磁场前沿是场首。在我们的图中，场首N到电流环M的左沿，接着进入环（越过A点）。又从环的右沿出来（越过B点）。N接着就离开地球远走了。这一过程中，你见到两个现象吗？我见到了。它是：首N靠近环，未进入环时刻，L1与N反向。所以L1被削弱。首N进入环，未出环时刻L2与N同向。所以L2被加强。这就是强弱现象。这就是涡旋电场.
不信吗？请读下文。
2 一次来首和一次离尾
强弱现象是外磁场给电流环的力。我们知道，物体受外力作用要改变运动状态或方向。这里，电流环受力后环中电子脱轨，生成感生电动势。这是一次来首生势。首过之后，生势停止。为什么停止？因为首进入环，A两侧受力平衡.削弱现象停止。首出了环，B两侧也受力平衡。加强现象停止（同一根磁力线L在电流环的内外两方，同时受大小相等，方向相同的力N作用，L受力必平衡。 杠杆是A、B的直径。支点分别是A、B）。因此，强弱现象是电流环某时刻发生的现象，不是持久现象。只有外磁场的首尾来到时才发生。
下边讲尾对电流环的作用.火车有尾，外磁场也有尾。这个尾是图3中电键K断开的刹那出现的磁场变化。K断开，磁场灭亡。磁场很大，充满宇宙，近处先灭，远处后灭。灭与未灭的分界叫场尾。换句话说，场尾是退走的磁场后沿。图3中，场尾N始于磁源D向电流环M走来。b示尾的走向，N示外磁场的作用力方向。尾N进入环未出环时刻，环内L1与N同向，故L1被加强.尾N出了环，未远离环时刻，环外L2与N反向.故L2被削弱.这又是强弱现象.又是涡旋电场.又有电子脱轨.这是一次离尾生势.尾过之后，一切平静，和首走过、尾未到时刻完全一样。与来首生势相比，离尾生势中，电流环的加强侧不同，因而电动势方向不同.图1中，电流环B侧加强.电动势方向是“向我来”（射线BC）。图3中，电流环A侧加强，电动势方向是“离我去”（射线AE）。为什么是这个方向？因为这个方向符合楞次定律。所以环的加强侧环的电流方向是新生电动势方向。此向和电子运动方向相反。所以电流环受力后，电子脱轨之处是环的削弱侧。
上文主要讲了场首、场尾的概念和作用。由此，我想到一个比喻。天平两盘失去平衡的两个时刻是什么？匀雨的雨首击左盘，尚未击右盘时刻。雨尾击过左盘，正击右盘时刻。匀雨中的两盘始终平衡，和无雨时刻相同。
3 连续来首和连续离尾
进一步研究。我们把图1、图3中的磁源换成用滑动变阻器控制的磁源。那么，滑片P向强电流方向滑，发出随时间增强的外磁场。我们设这种磁场为台梯，由先后到达的无数场首构成。这时生成持续电动势。这是连续来首生势。同理，滑片P向弱电流方向滑，发出随时间减弱的外磁场。我们也设磁场为台梯。由先后到达的无数场尾构成.这时也生成持续电动势。这是连续离尾生势。
注意，我们要更进一步研究。我们将变阻器控制的磁源拿走，换成永磁铁。我们叫电流环做靠近永磁铁运动。这时生成持续电动势。这是因为电流环M仍能得到随时间增强的电磁波。同理，我们叫电流环做远离永磁铁运动， 这时生成持续电动势。这是因为电流环M仍能得到随时间减弱的电磁波。
因此，我们得出结论：改变电磁铁的电流方向及强度（变流）和改变导体与磁体的距离（变距），生势原理相同。
4 说电磁波
凡变化磁场必由场首、场尾二者或二者之一构成。没有首尾的磁场非变化磁场。而首尾必传播。因此，变化磁场就是电磁波。简称电波。
电磁波分完整电波和残片电波两种。LC电路和旋转磁极发射的电波是完整电波。完整电波有周期。它是S极方向的波尾，接N极方向的波首， N极方向的波尾，接S极方向的波首。因此一周期含两组场首和两组场尾。可使导体产生两次来首生势和两次离尾生势。若一次生势时间为t，则电波的一个周期T=4t
我们把无周期的电波都叫残片电波。导体、磁体相对无规则运动所生电波，变阻器滑片任意滑动所生电波，皆是。
下面，我们来看四种残片电波。
设西安火车站一磁体A不动。又设某列车B为一段闭合导体。B由西安向兰州飞驰时，A即向B发来由强变弱的电波。火车开出的第一秒，全车同时变弱。可是从第二秒起，总是车尾先弱，车头后弱。所以电波从车尾向车头传。
磁源不动，导体中出现的电波，传不出导体。总是从导体面磁源侧传到导体背磁源侧。这里，电波从车尾传到车头就终止。波不出车厢。
又设兰州向西安开来一闭合导体列车C。 C向A靠近。 A即向C发来由弱变强的电波。火车开出的第一秒，全车同时变强。可是从第二秒起，列车上的每一个变化都始于车头。即车头先变强，车尾后变强。故电波从车头向车尾传 .
我们又令磁体A乘机西飞。因A向西走，故欧州方向的所有空间都得到由弱变强的电波（强波）。同时，太平洋方向的所有空间都得到由强变弱的电波（弱波）。
空间中的这两种电波传向是什么？我不单答此问。电波不论强波、弱波，完整的、残片的，都是离开磁源向外传（不说“从磁源向外传”。因为离开磁源而走的电波不一定都始于磁源）。电波传播学说是：导体靠近磁源，导体上磁场强度要增强。面磁源侧先增，背磁源侧后增。故电波离开磁源向外传。导体远离磁源，导体上磁场强度要减弱，面磁源侧先减，背磁源侧后减。故电波离开磁源向外传。
最后要说：电磁波前后两时刻总是以不同形式穿过有限空间和无限空间。空间中一切由原子核、电子层构成的物质都被它冲击，先生涡旋电场，后生感生电动势。这是电磁波的特点和性质。
最后还要说：电波传播与磁源变化同速。电流光速变化，波也光速传播（“你能变多快，我能传多快。”波说）。发电机中，波与运行磁极或电枢的线速度同速。上文前两个波与火车B、C同速；后两个波与磁源D同速。总之，导体、磁源相对运动产生的电波，传速就是相对运动速度。导体、磁源一动一静者，波速与动者同。二者异向动者，波速是二速之和。二者同向动者，波速是二速之差。二速无差，则是无波。
5 生势与不生势的电流环
不敢说电磁波到来时，空间中的所有电流环都产生涡旋电场。但是，我这里画的四种不同姿势的电流环，受同一个电磁波作用时，不仅都产生涡旋电场，且能产生方向一致的感生电动势。
图7中，ABCD四个电流环的姿势是：A环正立，B环倒立，CD两环躺着。C环头向右，D环头向左。环中极棒是立体感的参照物。设N极是环的头，S极是环的脚。
同一个场首N来到时，A环强侧在左，感生电动势方向是I1。B环强侧在右，感生电动势方向是I2。C D两环特殊：首到环平面左，未到环平面右时刻，在环左侧，加强、削弱两个现象同时进行。C环强侧在上，D环强侧在下。感生电动势方向是I3、I4。四个方向都是“向我来”。
同一个场尾N来到时，这四环同时改变加强侧。电动势方向都改为“离我去”。我不画了。读者自已画出看。CD两环特殊。强弱现象是：尾离环平面左，未远离环平面右时刻，在环右侧，加强、削弱两个现象同时进行。
不产生涡旋电场的环是什么姿势？图8就是。左环头对读者躺。右环脚对读者躺。场首从读者左方来。我们看到，环的头脚两方，场首N总是同时到达。环的磁场L1、L2总是受力平衡。又看到，N与L3、L4也无力的关系。若场尾来到，情况相同。若首尾从读者右方来，情况也相同。总之，这个姿势不好。要产生涡旋电场，须变姿势，或变首尾传播方向。
6 切割磁力线问题
导体运动须切割磁力线。否则不生电。为什么？不切割磁力线的情况有两种。第一种，见图9.图中，导体ab纵向向右走。右手定则得电动势方向是“离我去”。这个方向是导体的横向。横向排列的原子队伍短，电动势的总和小得很，测不出来。不是导体中未生涡旋电场和电动势。第二种见图10.图中，导体ab横向和磁力线N平行移动。此时导体中没有电波。因为导体、磁体相对位置未变。磁体周围是非匀强磁场。导体须改变与磁体的距离，才能获得电波。
7 生势定律
涡旋电场向人提示：产生电动势的物体是导体，不是回路内空间。导体生势时，外磁场强弱变化，且磁力线切割导体。于是有以下定律：
第一生势定律：导体切割磁力线时，若导体上前后两时刻的磁场强度不相等，该导体才产生感生电动势。
第二生势定律：导体切割磁力线时，若穿过导体的磁通量发生变化，该导体才产生感生电动势。
据第一生势定律有：B=B2-B1。这是将导体上前后两时刻的电波强度用B1、B2表示，电磁波首尾的大小用B表示得到的公式。公式说：B是电磁波的末波强度B2与初波强度B1之差。
据公式，电动势类型有强波生势、弱波生势，磁通变大生势、磁通变小生势。上文有来首生势、离尾生势。
8 法拉第电磁感应定律错了
法拉第电磁感应定律的实验装置中，回路内磁通量虽有变化，但是涡旋电场认为生电物体是导体，不是回路内空间。 穿导体的磁通量变化没有？匀速运行于匀强磁场中的导体，前后两时刻，不会有磁场强度差的。就是说，匀速在匀雨中行走的人，前后两时刻，鼻尖碰的雨点数必相等。因此，这个定律错了。
插语：若人时快时慢地在匀雨中行走，前后两时刻，鼻尖碰的雨点数必不等。或人匀速，而雨非匀，前后两时刻鼻尖碰的雨点数也不等.
9 第二电磁感应定律
我们由匀强磁场中的匀速运动导体不生势，得到如下定律。闭合回路的部分导体在匀强磁场中匀速切割磁力线运动，是绝不生电动势的。若此导体变速运动，则一定生势。此时，导体具有的电动势 的大小与这部分导体的长L成正比，与导体的加速度a成正比，与这个匀强磁场的磁场强度B成正比。数学表达式是：
式中v0是导体的初速度，vt是导体的末速度。t是导体通过这段路程所用时间。此公式叫匀强磁场生电定律。又叫第二电磁感应定律。是我命名，是传统电学中没有的定律。有人一见就火，说我随便说话是定律。我认为先假设，后验证，有何不对！
定律的第二句话，若用第二生势定律说，匀强磁场中，在不同时刻，因导体速度变化，穿导体的磁通量也变化，故导体生势。定律中的“这部分导体”及下文的“生电导体”指切割磁力线的导体。为什么 与a成正比呢？因为相等时间内，行路快者鼻尖碰雨多。加速度a为导体争得的磁通量变化值，与 成正比。
10 第一电磁感应定律
据涡旋电场理论，我们找到了第一电磁感应定律。这定律是：金属棒中的电动势 的大小与生电导体的长L成正比，与导体上电波强度随时间的变化率B/t成正比。数学表达式是
=
式中B=B2-B1是上文出现过的公式，用于计算外磁场首尾的大小。
为什么这样描写电动势呢？因为电动势是电子从原子电子层中飞出作用于导体截面的压强。电子有质量，有惯性。它离开电子层时以极大的惯性撞击导体截面。电子惯性造成的这个压强与生电导体的长度L成正比，像液柱的压强与液柱的高h成正比一样。B是首尾的高低，当然与 成正比。场首是洪水的头。那是多么害怕的猛兽！场尾是蛇的尾巴。那是多么害怕的东西！t是首或尾的存在时间。时间短就是首尾的台梯陡。我们知道，陡的台梯对环危害大。因此 与t成反比。
定律中的B/t应有简明名称，应叫或电波变化率。t命名电期。电期是一组首或一组尾的存在时间，是导体完成一个生势类型所用时间。发电机中，同一导体经过相邻两极所用时间是4t。因为导体向N极去和离为2t，又向S极去和离为2t。LC电路、变压器及一切偶合装置中，原线圈的两次起磁和失磁所用时间也为4t。因此，一周期是四个电期。即
1T=4t
电期又是人手动作中导体经过两点或滑动变阻器的滑片经过两点所用时间。
11 第三电磁感应定律
导体的匀速运动对匀强磁场生势无意义，却对非匀强磁场生势有意义。导体匀速靠近磁体，可得来首生势；导体匀速离开磁体，可得离尾生势。导体的变速运动对匀强磁场生电有意义，对非匀强磁场生电更有意义，或失去意义，或生反向电流。为什么？导体加速向磁体靠近，生势更高；而加速离开磁体却是少生势，或不生势，或生反向势。导体减速离开磁体，生势更高；而减速靠近磁体，却是少生势，或不生势，或生反向势。为什么会有这种情况？因为穿越导体的磁通变化量与不同处的磁场强度有关，还与导体运动速度有关。用比喻说：雨大鼻尖碰雨多，行路快鼻尖碰雨多，不动鼻尖不碰雨。什么是反向电动势？这是导体加速向磁力线稀处去，或减速向磁力线密处去可能生的电流。这种电流的方向是右手四指的反方向。遗憾，这个电流是理论推断，在实验中尚未见到。是我的理论错了，还是条件差实验难成功，或其他原因。希读者探讨。
据此现象，我们得到磁场转化定律：匀强磁场和非匀强磁场向变化磁场转化的条件是：导体和磁场相对运动及运动中的合理速度。
定律的数学表达式是什么？我们这样来推导。设长为L的导体在磁场强度为B的匀强磁场中做切割磁力线运动。这时导体两端的电动势
答：皮带轮转速应为1500转/分。
13 发电机公式
发电机中诸量历来叫做“参数”，是法拉第电磁感应定律错误，不能用于发电机计算所致。我们的定律能使这些量成为准确数。定律怎样用于发电机？看下文推导。
发电机中，运动导体的起点磁场强度B0=0，是两极之间的磁场强度。导体在这里不切磁力线。又，导体的运行速度v为匀速。
我们看到，第三电磁感应定律用于发电机，即产生发电机公式，公式说：发电机输出端的电动势 与生电导体的长L及这个导体的旋转轨道直径d成正比，与发电机的磁极个数C及这个磁极中心让导体得到的磁场强度Bt成正比，与皮带轮转速n的平方成正比。
公式用于发电机的制造工业。
（d是旋转电枢式发电机的电枢直径，是旋转磁极式发电机的定子直径。）
14 偶合电路公式
变化电流发射的电 波，初波 强度B1=0.是电流换向时的波值。现看推理：
16 例题
例一 收音机天线线圈56匝，直径为0.01米/匝。当地10千赫的电磁波的最大电波强度B2 =2×10-5 T。求收音机的振荡电路LC得到的最大电动势。
解：由偶合电路公式得
=4πdBtN?=4×3.14×0.01×2×10-5×56×10×103 =1.4（伏特）
答：收音机天线得到的电动势为1.4伏特。（插语：周期T和频率?互为倒数。T的单位为秒，则，?的单位是1/秒。）
例二 非匀强磁场中，代表点C和D的磁场强度分别是6T秒/米和1T秒/米。导体EF的长L=0.1米，以1米/秒的匀速由D向C切割磁力线运动。CD距离S=0.15米。求EF中电动势的类型和大小。
17 实验
验证电磁感应定律只须验证发电机公式，因公式是定律的变形。而验证公式又须和验证欧姆定律一样，看量之间的关系。器材是发电机，验法简单，令人吃惊。同一台发电机的两次发17.1 用变阻起电机实验：
什么是变阻起电机？图16a是它的机械装置，图b是电路图。从b图看到，给变压器的L1串以直流电源、安培表和环形变阻器R。滑片P在环形变阻器的环内旋转滑动时，L1中就出现变化电流，L2得到电磁波就起电。怎样制做呢？电阻丝绕在塑料环（图中的环直经9厘米）上，环固定在木板上，木板又固定在 铁架上。见图a。铁架是学生实验室静电起电机的铁架。它的手摇轮与皮带轮的比是15 ： 1。
17.1 .1 实验方法：开机前，安培表要测滑片P静止在C点时，通过L1的电流I1和静止在B点时通过L1的电流I2。再闭合两个电键K，测P静止在BC中点时，通过L1的电流I3。我们需要电流差I1-I2、I1-I3的值。把电流差写入记录。开机后，要手摇轮，心记手摇轮的转数，目示电压表和时钟。手摇轮的转速应为：n转/15秒，即15秒一 次。如10转/15秒，20转/15秒，各怎样摇？你练一会就会了.
17.1.2 实验结果：笔者用起电机做的四组10个实验见表一至四。从表一看到， 的确与导体的长L成正比。做法是在变压器外，绕16米导线做一 次实验，加绕16米导线做第二次实验。从表二看到， 与滑片P 静止在R 的不同位置，L2 得到的磁感应强度差成正比。要说明的是：表中出现的是电流差值。因电流差与磁场强度差成正比，故 与BT-B0 成正比。从表三看到， 电动势与皮带轮转速的平方成正比。从表四看到， 与b 成正比，即与C成正比。做法是将两个开关K 闭合做实验。这时电流差（I1-I3）为0.4A， 应从7.2V降到4.8V。但b 升高一倍，故有实验值为9.6V。
17.2 用发电机实验
17.2.1 实验器材：汽车直流发电机一台，直流电源，安培表，伏特表，时钟各一件。发电机的手摇装置一套.笔者使用的这套，手摇轮与皮带轮直径比为 8：1.
17.2.2 实验方法：将电机磁极供电线头接在我们的电源上，串以安培表。用伏特表测所生电动势（接在电刷上）。安培表读数 要在开机前测得。开机后和变阻起电机实验相同。
17.2.3 实验结果：笔者做的两组6个实验见表五、六.
（用汽车交流发电机实验也行）