О свободных электронах. В начало на лист изменений
В качестве экспериментального доказательства
существования носителей электрического тока в металлах служат опыты
Мандельштама-Папалекси и
Стюарта-Толмена, проведенные в начале 20-го века. (1913) В них катушка с
обмоткой приводится во вращение с последующим резким торможением.
Присоединенный к обмотке гальванометр в течение
короткого промежутка времени показывает наличие электрического тока именно в
момент торможения на доли секунды.
При этом утверждается наличие в проводнике (в данном
случае в обмотке катушки) свободных электронов (отрицательно заряженных
частиц). Эти свободные электроны именуются «электронным газом». Свободные
электроны, якобы обладая инерционными свойствами, вызывают электрический ток.
Направление тока при этом (как объясняется) показывает, что он вызван движением
отрицательно заряженных частиц, т.е. электронов. Таким образом, направление тока выбрано
обратным направлению движения электронов. Что уже вызывает недоумение в сязи с
тем, что носители энергии обладающие массой движутся в одну сторону, а сама
энергия в другую.
Короче эффект толпы пассажиров летящей в начало
автобуса при торможении.
Опыт проведен
недостаточно корректно и может быть истолкован на основе современных знаний,
совершенно по-другому и вот по каким причинам:
Во-первых:
Не было проведено исследование: возникает ли электрический ток при таком же
быстром как при торможении раскручивании катушки.
Скорее всего - возникает и можно предположить, другого
направления.
Что не было проделано в опыте.
Но что-то происходит с
длиной проводника в момент торможения или разгона. Она явно
деформируется
Во-вторых:
Трудно предполагать наличие «газа» в твердом веществе,
хотя бы и с приставкой «квази» или «псевдо», который, как по трубам, да еще без
плотных стенок, спокойно перетекает из проводника в проводник. То есть
пресловутые электроны должны по идее сначала вылетать в менее плотную среду,
там сопротивление меньше, а не стремиться остаться в проводнике. Все как в
автобусе или автомобиле через лобовое стекло наружу, батенька! Или через руль
велосипеда, будьте добры, пожалуйста на выход.
Плюс ко всему
воздух более или менее проводящая среда,
поэтому о работе выхода электрона по Эйнштейну и речи быть не может, это уже
отмечено в работе О классическом
объяснении явления фотоэффекта . Не говоря уже о более проводящих средах,
которые могут окружать проводник. Даже в линиях электропередачи утечка тока
настолько большая, что не упомянуть об этом нельзя, трещит, знаете ли, в
воздухе, а на хороший штырь и искру поймать не долго, киловольты и не малые. И
при этом утверждается, что самопроизвольное испускание электронов металлом при
обычной температуре не наблюдается. Но теория сразу оговаривается, дескать не
электроны это, а ионизация воздуха. Ну да бог с ним, допустим. Опять же, с
понижением давления и увеличением разницы потенциалов следовало бы ожидать
увеличения истечения тока в вакууме. Но опыт показывает, что этого нет, и ток
наоборот сначала растет, а потом стабилизируется, примеров масса. Основной
пример: вакуумный диод, катод, оказывается, греть надо или лампу проводящим
газом заполнять..., который опять – почему то ионизируется. А вот в диоде с подогревом катода уже
электроны либо вылетают, либо вышибаются из холодного при фотоэффекте. Правда
теоретическая физика, в том числе и квантовая до сих пор не определилась что
такое ионизация, то ли приобретение или потеря лишнего заряда, то ли переход
атома на новый энергетический уровень, при котором электроны меняют орбиты.
Напрочь забывается, что нагретый до свечения катод интенсивно испаряет свой материал, очень даже неплохо проводящий. Да и свечение
само – не излучение разве?
Теория движения
«электронного» газа в плотной атомной среде, если б была создана, должна быть
аналогична теории поведению струи воздуха в трубе набитой пенопластовыми шарами
со своей «аэродинамикой», турбулентностью и т.п. Что-то нет такой теории.
Напротив все говорит о том что это не электроны а
излучение, поскольку как и у света есть явление дифракции.
Высокая скорость нарастания тока в цепи объясняется
наличием электрического поля, распространяющегося со скоростью света, а скорость
электронного газа чуть ли не сантиметрами в секунду. Несопоставимые скорости. И
при этом приводится аналогия с движением газа в трубе, где давление
распространяется со скоростью звука в газе, а сам газ со скоростью несколько
метров в секунду. Но тогда полной величины ток бы достигал за астрономическое
время, так как скорость «электронного газа» архи мала по сравнению с ростом его
«давления». Разность потенциалов действительно возникает практически мгновенно,
но не сила тока. Миллион проблем с описанием поведения в твердом теле – газа.
Небольшая аналогия: это все равно, что ветер в лесу! Не проходит.
Еще одна причина, не позволяющая представить
электронный газ в качестве носителя даже в отсутствии сильного сопротивления
среды, состоящей из атомов, это явление «толпы» в узких местах, от толстого
проводника к тонкому. Такие места должны больше нагреваться! Однако этого мы не
наблюдаем на опыте. Проводники (однородные вставки) нагреваются по всей их длине равномерно при
прохождении электрического тока. Лампочка.
Места контактов нити не греются больше самой нити.
Третья причина. Направление тока выбрано неудачно с
точки зрения направления передачи энергии. Если это электроны являются ее
носителем, значит и направление тока должно совпадать с направлением передачи
энергии, то есть от большего к меньшему:
от плюса (+) к минусу (-). Все это потому что не нести с собой энергии
такие электроны не могут. А так, как
принято, просто нелогично. И мало того, следствием этого вроде безобидного
решения и стали многие теоретические тупики в физике. Сегодня ток течет от минуса к плюсу, именно
благодаря таким экспериментам.
Четвертая причина.
Ничем не
объясняется наличие свободных электронов у атомов. Есть только гипотеза
обобществления электронов - коммунизм
какой-то в физике. Почему не всех, а
именно крайних? По каким законам они вдруг слетают со своих орбит и летают, где
хотят? Почему только в проводниках их много, а в диэлектриках мало? А пробой
диэлектрика? И еще много почему…
Пятая причина.
Предполагаемое
существование «свободных электронов» приводит к странному возникновению
положительных и отрицательных носителей тока, тем более положительных, которые
навязываются и автоматически приводят к появлению «дырок», «ионов», тут уже не
физика одна страдает, а и химия. Вводится понятие движения пустого пространств
в виде этих «дырок», еще и несущих несуществующую ОТРИЦАТЕЛЬНУЮ энергию. Вот до
какого бреда докатились. Такого рода абстракции никак не ведут к глубокому
пониманию процессов передачи энергии, а лишь тормозят дальнейшее развитие
физики вообще!
Одним из множества негативных результатов введения
понятия «свободных электронов» является невероятное, да и нелогичное различие в
описании процессов прохождения электрического тока и переноса массы под его
действием в различных средах, особенно в жидкостях и газах.
Невозможность качественного объяснения особенно таких
эффектов, как трибоэлектричество, и все что связано с пьезоэлектрическими явлениями,
да и массы прочих.
Во времена открытия Менделеевым периодического закона
электронов вообще не было. Следовательно, попытка вообще введения электрона (и
всяческих распределений электронов по уровням) как части атома ответственной за
основные физические и химические его свойства является результатом теоретического подгона к таблице, И совершено
это было от безвыходности положения под давлением груза предрассудков и
частично от неправильности толкования результатов экспериментов. Мы это покажем
на примере распределения плотности химических элементов вещества от атомного
веса, ее связи с такими его основными свойствами как электропроводность,
температура плавления и кипения, теплопроводность, никак не зависящими от
электронного строения атома. См. Плотность.
Признание гипотезы срыва электрона с орбиты говорит об
избыточной энергии некоторых атомов, способных присвоить часть энергии у других
и сделать коллективное хозяйство. Хотя
связанные в кристаллической решетке металла атомы УЖЕ! находятся в состоянии равновесия, и хоть один
улетевший в неопределенном направлении электрон
нарушает хотя бы атомный вес, что ведет к дисбалансу внутри атома и к
перестройке связей в решетке. Да и в любой молекуле. Представим себе солнечную
систему через объем которой (хоть и рядом с ней) даже изредка пролетают тела
всего в 1840 раз меньшие по массе чем солнце. Атаз….. 1.989 1030 кг/
1850= 0,001 10
Да что-то и не заметно таких примеров из жизни, да и с
такой моделью атома все плохо. По нескольку электронов на одном уровне (скажем
энергетическом) это что, полет на одной орбите цугом, или на разных
равноудаленных орбитах? И как потом не столкнуться, а это нам одинаковость
зарядов запрещает, ага!!!! И позволяет летать пришельцам.
Математически невозможно описать поведение таких
электронов, не принимая принципов неопределенности. А неопределенность это
роспись в собственном бессилии, в непонимании происходящего и попытка решить
проблему неприемлемым способом, просто подогнать результат под желаемое.
Аналогия:
улетел – прилетел Уран, солнечной системе по барабану. Украли доллар, да
и Бог с ним! Есть вакансия, пустой карман – доллар скоро вернется обратно. А
что в промежутке без куска хлеба, переживем, …есть «дырка» от бублика и она, эврика! - движется.
Выводы.
1. Наличие электрического тока при торможении катушки
вызвано чисто механической причиной.
Точнее сказать - это явление до крайности похоже на
явление пьезоэффекта: при торможении возникают силы, сжимающие провод в
направлении торможения за счет его инерционности, что приводит к возникновению
разницы потенциалов на его концах (и не только на концах в силу неравномерности
кристаллической структуры металла) и кратковременному появлению электрического
тока, что и регистрируется. Просто и
никакой математики. Если тоже самое сделать с пьезоэлементом получим абсолютно
такой же результат.
Более точно опыт можно поставить, используя, длинный
металлический стержень, метнув его в стенку, пьезоэффект слабый, но факт
налицо: чем чаще кидаем или даже просто
бьем по нему, тем чаще импульсы тока. Если
это пьезокристалл, наблюдаем то же явление, но лучше выраженное. И мало того начинаем это
использовать в качестве эталона частоты. Плюс ко всему нагревание при ударах по
всему объему – инфракрасное электромагнитное излучение и еще излучение звуковое, тоже имеющее электромагнитные
корни. А еще излучения на других частотах, кто бы занялся…
И если пока глубоко не копать и не добавлять
математики, это будет сделано несколько позже, такой электрический ток
вызывается, а точнее разность потенциалов, прежде всего, с макроскопической
точки зрения, механической деформацией проводника.
Но на самом низком атомном уровне это все те же электромагнитные
взаимодействия.
2. Носителем
электрического тока не может быть электрон, ни свободный – никакой. Вообще Гипотеза о существования
электрона вызывает только недоумение.
Частице с несопоставимой массой по
сравнению с массой атома приписывают такие свойства, как будто это она обладает
энергией, управляющей всеми физическими
процессами.
Неприемлема и модель атома с
непредсказуемым облаком электронов. Это слишком парадоксально. Если и есть у
ядра атома спутники, то они должны двигаться по уже давно определенным законам,
а не по теории вероятности, которая только и существует благодаря нашему
невежеству. Атом несомненно имеет магнитное поле – магнит в той или иной
степени. Кто будет отрицать. И атом, точнее ядро скорее всего вертится. А вы найдите в космосе хотя бы один
естественный спутник, который бы не крутился и обращался вокруг своего ядра не
в плоскости его экватора, не в плоскости эклиптики. Двигатель собственный
нужен. Но об этом в других разделах.
Каковы
же причины, вызывающие электрический ток на атомном уровне. Вполне определенно,
что носителем не может быть электронный газ
в проводниках. Большое сомнение естественно вызывает и представление
тока в полупроводниках как совокупность совместных перемещений электронов и
дырок, причем дырке присваивается энергия, да еще и текут они в разных
направлениях. Еще непонятней ионная теория, никак не объясняющая тока в
жидкостях и газах. К тому же логика подсказывает, что механизм передачи тока в
любых веществах независимо от состояния должен быть единым.
Можно
предположить, что за это ответственно электромагнитное излучение вполне
определенной энергии, своего рода свет, для которого большинство материалов
является относительно прозрачным при определенных условиях. Что это за излучение нам и предстоит
выяснить…
Фатьянов А.В.