[发明专利]相对论生电机

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高等学校物理专业教学实验设备，也涉及一种新型产生电的设备。

背景技术：

众所周知，常规发电机是利用法拉第电磁感应定律进行发电的。即导体在磁场中做“切割磁力线”运动时，会在导体中产生出动生电动势；或者“穿过环形或闭合导体回路的磁通量随时间变化”时，在导体回路中产生出感生电动势。这是至今所有发电机所依据的原理。另外，还有一种教学演示仪器，叫“静电起电机”，依据的是摩擦起电，起的是静电。

相对论和量子力学是近代理论物理两大支柱。然而在高校物理专业近代物理实验中，却没有一个实验是验证“宏观物体运动的相对论效应”的。或者说，至今，在实验室水平上，还无法直接测量出宏观物体运动的相对论效应。因为宏观物体的运动速度远小于光速，一般认为相对论效应是无法观测的。

应当说明，所谓相对论效应有很多，有运动学效应如时间膨胀、洛仑兹缩短等；也有动力学效应如电磁场的洛仑兹协变性。在一个静止的宏观永磁体内(取为坐标系S′)，只有磁场，没有电场。当这个磁体以高速(仍比光速低得多)运动时，在实验室坐标系(取为S系)中观察，就“看到”有电场存在。所谓“看到”，是加引号的，因为电、磁场本身不能用肉眼看。这里说的“看到”是指测量。就是说，磁场运动产生的电场具有可直接测量的效应。这是一种相对论动力学效应。是相对论中洛仑兹协变的结果。目前尚没有采用这种相对论原理的生电设备即“相对论生电机”。

发明内容：

本发明的目的是提供一种采用相对论原理的生电机，该生电机可以直接显示宏观物体运动的相对论动力学效应。

本发明的相对论生电机是利用电磁场的洛仑兹协变性来产生电。在一个永磁体(取作S′坐标系)中只有纯粹的磁场，没有电场。当这磁体高速运动时，在实验室坐标系(取作S坐标系)观测，会看到有电场存在(参见虞福春郑春开《电动力学》286页，1992北大出版社，或俎栋林《电动力学》讲义205页方程(6.5.12)，北京大学教材中心，2002)。这是纯粹的相对论效应。沿电场方向的路径积分就是电动势。如果沿此路径设置导体，就有可能引出电流。这电动势可直接用电压表进行测量。也有可能点亮发光二极管。

利用相对论产生电需要两个条件：

一是强磁场。采用“自屏蔽魔球永磁体”(以下称魔球磁体，如图3，参见《大学物理》第20卷第3期第17-20页，2001年3月)，可以获得强磁场。而且魔球磁体能把磁场完全集中在自身内部。

二是高速连续运动。虽然惯性系必须是直线运动，但“一次通过”式的直线运动不便于观察相对论效应。因此，这里考虑采用转动的方式(参见美国“科学”杂志的文章：J.C.Hafele，R.E.Keating，Science 177，p166-168，1972.那里把地球公、自转都近似当惯性系处理)，一方面容易驱动，另一方面容易形成连续运动，便于操作和观测。这时，把坐标系考虑为“瞬时惯性系”是成立的。

下面结合附图详述本发明的技术方案：