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安培力的微观解释分析摘要 可以认为晶体中本来就存在将电子和正离子结合为一个整体的力场，安培力是电流元所有组分受到的洛仑兹力的宏观表现。关键词 安培力 洛仑兹力 微观解释 以往对于安培力的微观解释是从受力和做功的角度对洛仑兹力与安培力的关系展开讨论，分析了磁场中的载流导体所受的安培力与导体中载流子受力的关系。综合前人观点分析后认为可以这样理解安培力：晶体中本来就存在将电子和正离子结合为一个整体的力场，安培力是电流元所有组分受到的洛仑兹力的宏观表现。一、前人对安培力的微观解释1.“碰撞传递”观点程守洙、江之水主编的普通物理学第三版（1979年2月），第二册，第217页写道：“因为导体中的电流是由自由电子的定向运动形成的，在磁场中电子受到洛仑兹力作用而向侧向漂移时，与晶格上的正离子碰撞，把力传给了导线，所以载流导线在磁场中也要受到磁力的作用，通常把这个力叫做安培力”。这段话清楚的阐明了“碰撞传递”的观点。2.“霍尔电场”观点程守洙、江之水主编的普通物理学第五版（1998年6月），第二册，第249页写道：“每个自由电子在洛仑兹力作用下做侧向漂移，结果在导线下侧堆积负电荷，上侧堆积正电荷，在上、下两侧间形成一横向霍尔电场，这个电场阻碍自由电子的侧向漂移，当电场力与洛仑兹力平衡时，自由电子便不在做侧向漂移，而晶格中的正离子只受到霍尔电场的作用。这些正离子所受到的霍尔电场的合力的宏观效果便是电流元在磁场中所受到的安培力”。这段话清楚的阐明了“霍尔电场”观点。3.“正离子受力”观点贾起民、郑永令等编写的面向21世纪课程教材电磁学（第二版）第186页写道：“当载流导体处在磁场中时，磁场以洛仑兹力作用于做漂流运动的载流子，载流子以电力作用于分布在导体表面的电荷，这些电荷既受载流子（电子）的作用，又受晶格正离子的作用，合力为零，而它们对正离子的作用力就表现为载流导体所受的安培力。由于载流子受的合力为零，因此并无加速度，其结果就像静力学中力的传递那样，磁场作用给载流子的洛仑兹力最终传递给导体”。该观点认为载流导体在磁场中所受安培力的微观机理是：分布在导体表面上的电荷对导体的作用。二、对以上解释的质疑1对“碰撞传递”观点的质疑（1）洛仑兹力不改变电子的动量大小，无法提供电子传递给晶格的动量。并且电子在洛仑兹力作用下发生横向偏移，不能保证电子与晶格在垂直于导体方向上碰撞。（2）如果用电子与晶格碰撞解释电阻，因为形成霍尔电场的电子在导体一侧同时沿电流方向运动，产生霍尔电场的电子处于动态平衡状态，所以要不断有电子发生横向漂移，则电子除了定向运动的碰撞外，还要附加一个侧向漂移运动的碰撞，那么载流导体应该产生一个附加电阻，产生更多的焦耳热，但实际并不存在这样的附加热。（3）当电子的横向漂移达到平衡时，电子只做纵向运动，不再横向碰撞晶格。导体应该不再受到安培力作用，但实际导体受的安培力仍然存在。2对“霍尔电场作用”观点的质疑霍尔电场是导体中载流子在洛仑兹力作用下侧向漂移积累形成的，该电场对晶格正离子施加的作用力是载流导体的内力，宏观上不应该表现出安培力的作用。3对“正离子受力”观点的质疑导体表面的电荷不等价于“载流子”，部分载流子在导体表面积累，另一部分仍然在导体内移动。因为当外磁场强度改变时，导体表面的电荷量也随之改变。安培力等于全体载流子在洛仑兹力作用下对正离子的作用力。另外，导体表面的载流子除了受导体内载流子以及晶格正离子的作用力外，还受来自于电源稳恒电场的驱动作用做纵向运动，从而受到洛仑兹力的作用。三、对安培力产生的微观机理的探讨 从安培力和洛伦兹力的本质上说，两者之间有着很大的区别：安培力是电流元受到的力，是一种宏观力。而洛伦兹力是带电粒子受到的力。两者的研究对象不同，描述的空间尺度也不同。 以上研究都是剖析导体内部电荷受力，通过分析电荷之间、电荷与晶格之间以及电荷与霍尔电场之间的相互作用，进而推导出安培力的微观解释以及计算方法。我们需要分清安培力中的内力和外力，可以认为晶体中本来就存在将电子和正离子结合为一个整体的力场，安培力是电流元所有组分受到的洛仑兹力的宏观表现。 电流元Idl 在磁感应强度为B 的磁场中受到的安培力df=IdlB，我们的研究对象是电流元整体，不是其中的某一部分。电流元在宏观上是微小的，但是在微观上是很大的，组成电流元的电子和正离子之间存在着复杂的相互作用，它们处在一个使它们结合的力场当中。这个力场使磁场对组成电流元的电子和正离子作用的洛仑兹力作用到电流元上，从而体现出安培力的作用。 导体的宏观运动对安培力没有贡献，最终决定安培力的是电子相对于导体有定向漂移速度，而在磁场中受到的洛仑兹力。而电流强度决定了电子定向漂移的速度，所以该结论与安培力公式相符合。 四、结论 认为晶体中本来就存在将电子和正离子结合为一个整体的力场，安培力是电流元所有组分受到的洛仑兹力的宏观表现可以很好的解释安培力的产生机理。磁场对电流