В начало на лист изменений

Электростатика.

Примеры из учебных пособий и комментарии.

В данной работе черным курсивом приведены выдержки из различных учебников, справочников и монографий по электростатике. В большинстве своем примеры опытов взяты из школьной программы, поскольку электростатика сегодня считается настолько элементарной, что изучать подробно в высшей школе такие «тривиальные» вещи представляется дурным тоном. Там уже властвует чисто описательный, количественный подход. Качественное решение проблемы полагается давно сделанным, не смотря на массу противоречий возникающих при тщательном рассмотрении основных принципов электростатики. А противоречий и непонятностей очень много, через чур много. Множество примеров приводится из учебника элементарной физики под ред. Академика Ландсберга.

Просто перечислим пару, тройку из противоречий и непонятностей:

“Смех без правил”

Почему электрическая емкость в системе единиц СГСЕ измеряется в сантиметрах? А в системе СИ это фарады.

Сколько метров можно запихать в конденсатор.

Или сколько артистов или ученых можно туда засунуть.

Чем конденсатор отличается от термоса? Это накопитель энергии или что? Если подходить формально, это именно накопитель количества или длины.

C=q/U, где U разница потенциалов (ф2-ф1), а ф - выражается через другой заряд Q и расстояние.

Что это за потенциал бесконечности в физике?

бесконечное значение означает неопределенность.

Подставив в выражение для работы значение потенциалов

A=q(kQ/r-kq/r)=U

Мы получаем сказочное исчезновение обратно-квадратичной зависимости силы взаимодействия от расстояния (Закон Кулона) и превращаем математической эквилибристикой эту зависимость в линейную.

После чего делаем возможным невероятную вещь: рассмотрение заряда в отрыве от второго заряда на любых расстояниях.

И работа по перемещению заряда между двумя другими зарядами по замкнутой траектории становится равной нулю!!!!

Где джоули, где ампер часы, где ватты ? Сплошь рекурсия в определениях.

А емкость, оказывается, еще можно измерять просто в шарах!!!!!

Тогда термос это хранитель молекул!

Оно конечно и верно…

U=IR q=It. Где в свою очередь наблюдается противоречие чисто логическое и явно несовместимое с законом Ома. U=qR/t, где увязка с электрической емкостью тогда проблематична C=q/U q/C=qR/t т.е. и математический казус: при сокращении заряда получаем время t/R=1/C , t=RC, размерность времени Ом*фарада !!!!!!!!!!!! Заметим, что сама формула является известной записью

Постоянная времени разрядки - это время, которое требуется конденсатору, чтобы разрядиться до 36, 8% от начального заряда.

С полным правом замены фарады на сантиметры, емкость обособленного шара, имеем Ом*см, А это в свою очередь очень напоминает удельное электрическое сопротивление.

как в анекдоте - объединили пространство и время -----от забора и до обеда… хотя очень не лишено кой-какого физического смысла……но это в отдельном блокноте….

А здесь просто отметим, что данные формула позволяет приблизительно рассчитать РЕАЛЬНУЮ скорость распространения электричества в проводниках.

(не полей, не электронов, а именно электричества!!!, !электрического тока.). А зависит это не только от площади пластины конденсатора, но и от ее объема, объема проводника и площади проводника, если они не изолированы от окружающей среды.

Если в теории присутствует сила, почему такая теория называется ЭЛЕКТРОСТАТИКОЙ?

Как скорость, как себя чувствует, ускорение? Заболели и благополучно вместе с Исааком Ньютоном почили в бозе…… движения то и нет никакого!

Почему досточтимый электрон спокойно «свободно» перемещается, и куда делась равная ему половина положительная. Где Дырка то, жена его законная, опять с Протоном небось на Кавказ убежала. А ведь с баблом ушла, чтоб потом аннигилировать. Это по поводу движения электрона в электрическом поле в отрыве от дырки. В разводе… если электрон со знаком минус, то дырка будет с плюсом, то бишь позитрон, с той же массой, а в любом другом случае закон сохранения нарушаем, массы у дырки нет, энергии, как выясняется тоже. Вакансия одним словом, от бублика.

Результат математической бесконечности!!!!!!!!

Мы все время гоняем свободные электроны, закон сохранения требует справедливости для всех. Свободу движения Дыркам! И Боже, если в металлах дырок нет, то они есть в полупроводниках!

Да и заряды у нас непростые – гомозаряды и гетерозаряды (ну прямо мужики да бабы ) в диэлектриках, а еще и объемные да поверхностные.

Напряженность и разность потенциалов.

E=(ф2-ф1)/r

Уже пропал квадрат расстояния для двух потенциалов, для одного обособленного все имеем.

E=dф/dr

При этом ф=W/q

а тогда W=Q/4pee₀r опять, не менее сказочное, исчезновение второго заряда и второго потенциала. Хороша энергия и работа.

А какова напряженность поля между двумя одинаковыми по величине и знаку зарядами. По определению между ними нет разности потенциалов. А если поместить ровно посредине равный и отличный по знаку заряд. Задачка типа буриданова осла… неопределенность! Куда ему двигаться?

а ток течет однозначно от минуса к плюсу, независимо от расстояний… стоит только такой конденсатор нагреть вместе с диэлектриком внутри.

И в том же духе можно продолжать и дальше. Но, времени жаль. Жаба душит.

ИТАК, Опыт первый.

Электризация через влияние (электростатическая индукция).

К продолговатому проводнику с закруглёнными концами вблизи концов и в его центре подвесим три одинаковых пары лёгких проводящих лепестков. К одному из концов проводника поднесём заряженное тело. При этом обнаружим, что лепестки на концах проводника разошлись, а в центре остались вместе. Уберём заряженное тело – все лепестки опять опадут. Итак, при поднесении заряженного тела проводник в целом остаётся нейтральным, но на его концах возникают заряды.

Одновременно с заряженным телом поднесём поочерёдно на нити к концам проводника пробный заряд того же знака, какой имеет заряженное тело. Обнаружим, что от дальнего конца проводника он отталкивается, а к ближнему – притягивается. Значит, расположенный вблизи заряженного тела проводник, оставаясь нейтральным, на ближайшем к телу конце приобретает заряд противоположного, а на удалённом конце – одноимённого с зарядом тела знака.

Стоит, пожалуй, сначала определиться с понятием энергетического потенциала. Понятие потенциальной энергии как внутренней энергии вроде бы объяснять нет необходимости. По всему это энергия, которую можно аккумулировать и расходовать либо сразу, либо медленно. Потенциал это обычное сокращение. Классическая электростатика считает, что потенциал это бесконечное удаление даже не энергии, а одного заряда от другого. Честно говоря, опрометчиво считает, нарушая правило: ничто никуда не пропадает и не возникает ниоткуда. А бесконечность и есть то самое ниоткуда. Потенциал равный нулю в электростатической теории быть не может, по определению это энергия, деленная на заряд, а энергия при его отсутствии это неопределенность – деление бесконечно большой работы по удалению второго заряда на ноль. А что еще хуже бесконечность. Таким образом, мы уже имеем основание подозревать неладное в классической теории.

Будем считать, что потенциал энергии может быть большим или маленьким. Отсутствие потенциала это отсутствие возможности измерения его относительно другого потенциала. Это не означает, что этого потенциала вообще нет. Просто считаем, что он равен нулю для нашего случая. Точка отсчета. Электрический потенциал это термин того же плана. Потенциал это энергия. Внутренняя энергия, запасенная в теле и составная часть этой энергии электрический потенциал. Его всегда надо сравнивать и оговаривать относительно чего он больше или меньше.

Сегодня мы называем его «зарядом». Нейтральность (отсутствие заряда), нулевой потенциал это равенство внутренней энергии определенного качества данного тела либо со средой, либо с другим телом. Скажем, более общими словами, равенство энергий подразумевает равновесное энергетическое состояние, когда между телами, или телом и средой, не происходит заметного обмена энергией определенного вида. Это не означает, что существует полное абсолютное равновесие и полное отсутствия всякого обмена. Все относительно.

Тело может нагреваться от света и одновременно получать электрический потенциал. Тело может охлаждаться и при этом сохранять электрический потенциал или наоборот. Тело может расходовать заряд (электрический потенциал) сохраняя и даже увеличивая тепловую энергию за счет внешнего нагрева. Это и есть круговорот энергии в узком смысле. Сюда же можно отнести и магнитное взаимодействие.

Электростатика и считает большой или маленький электрический потенциалы соответственно (-) минусом и (+) плюсом. Но в этом не признается. Наверно из скромности. Она считает что минус и плюс это одинаково. И напрасно! Передача энергии электрическим током сама по себе доказывает, что это не так.

А почему мы холодное не называем плюсом, а теплое минусом? Вопрос на засыпку. Понятие энергетического диполя в применении к теплу это горячий и холодный конец тела. Плохо или хорошо это тело проводит тепло, другой вопрос. В любом случае это тепло старается занять весь объем тела. То есть тело это диполь лишь до той поры, пока не уравняется энергия во всем объеме. Вопрос количества энергии, сопротивления, времени и расстояния. Такой тепловой диполь проводит тепло от более горячего конца к более холодному, а интенсивно излучает в окружающую среду с более горячего конца только в том случае если его температура ниже температуры холодного конца или худшей проводимости тепла самим диполем.

Некое пространство, заполненное чем-то, не обязательно вещественным, но имеющим сопротивление передаче энергии, в данном случае тепловой является диполем. Диполем будет являться и любое тело в состоянии трансляции энергии. Тело находится в окружении других тел и обменивается энергией с ними. Тогда любая пара тел тоже диполь. То же касается тела и среды. Обмен энергией происходит и в этом случае между телом и средой, опять диполь, имеющий объемную топологию (шар внутри шара). Вопрос, каким образом. Механизм обмена един, и не должен зависеть от количества атомов ни в теле, ни в среде. То есть обмен энергией не есть обмен частью тел. Попросту нелогично и не подтверждается житейским опытом. Сегодня передача тепла в среде вакуума и воздуха приписывается инфракрасному излучению. Почему тогда обмен теплом внутри тела (проводника???) и между проводниками приписывается части атома – электрону. Почему не излучению. Почему воздух не считается проводником, просто плохим проводником?

Почему большой потенциал со знаком «минус»? потому что электрический ток является потоком энергии. И по классике ток идет от минуса к плюсу, так уж приключилось.

Ну, гравитационный диполь должен, по крайней мере, повторять последовательность. Ан нет. Классика запрещает даже думать об этом.

Что интересно, у магнитного диполя (постоянного магнита) совпадает направление тока и направление от юга к северу (есть подтверждающий опыт).

Эксперимент инженера А.К. Сухвал [5]

5. Сухвал А.К. Два опыта с магнитным полем. Журнал «Химия и жизнь», № 3, 1988 г. с 27.

Есть такой раздел в физике – термодинамика. Он описывает все, что касается тепловой энергии.

Из термодинамики можно перенять главное, касающееся принципа передачи энергии: тепловая энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому телу, но не наоборот. Тепловой большой потенциал переходит на тело с малым тепловым потенциалом.

А дальше распространяем этот закон и на передачу электрической энергии. Аналогия вполне ожидаемая. И никто этого не запрещает. Электрический потенциал, как и тепловая энергия это часть внутренней энергии тела. Поток электрического тока это аналог теплового потока от тела к телу. Ток от тела с большим электрическим потенциалом идет к телу с меньшим электрическим потенциалом, от «минуса» к «плюсу», это единственная неточность.

Названия надо просто поменять с минуса на плюс. Тогда и обобщить можно: энергетический потенциал, аккумулированный в теле любого агрегатного состояния, в виде потока энергии передается другим телам, если потенциал данного вида энергии у них меньше.

Обмен разного вида энергиями может идти в разных направлениях, тепло от более горячего тела переходит к холодному, а то в свою очередь больший электрический потенциал передает первому.

То же касается и магнитного действия. Магнит можно нагревать, тепло уходит в виде излучения, магнитные свойства могут в это время ухудшаться, и в то же время магниту можно сообщить электрический потенциал.

Данное правило справедливо и для механических систем. Там в виде такого потенциала выступает масса. И в этом смысле масса эквивалентна энергии. Тело с большей массой оказывает большее влияние на тело с меньшей массой. Скорость движения и ускорение ограничены только сопротивлением движению массы. А что может тормозить, среда или другое тело. Среда или тело являются источниками сопротивления движению, процессу передачи энергии. Средой можно считать и само тело или систему тел.

Таким образом, потенциал это внутренняя энергия тела. Разность потенциалов это разница внутренних энергий. В данном случае полностью отказываемся от абстрактного определения потенциала, принятого в электростатике и в электродинамике, поскольку там потенциал это приведенная энергия к величине заряда, измерение которого напрямую невозможно, да потенциал и не измеряется в единицах энергии.

Понятие потенциала теперь приравнивается к понятию энергии, потенциальной, внутренней энергии тела. Это и есть пресловутый «заряд». А энергия не может храниться только на поверхности любого тела. В равновесном состоянии энергия принадлежит всему объему тела. Аналог с теплом, аналог с магнетизмом. Чем хуже и дольше тело нагревается, тем дольше оно отдает накопленное тепло – сопротивление нагреванию – керамика, камни, пластмассы, смолы. Чем хуже тело проводит электричество, тем дольше оно хранит заряд – электрическую энергию – диэлектрики (электреты), что интересно это одни и те же материалы.

Раз мы можем регистрировать действие какой-либо силы (закон Кулона), следовательно, присутствуют скорости и ускорения применительно к движению тела, их можно измерить, и это крайне необходимо. Но до сих пор не сделано. И это в фундаментальной науке!

И вот другое толкование опыта: оно основано на рассмотрении процесса передачи энергии от тела с большим электрическим потенциалом к телу с меньшим потенциалом.

При помощи трения эбонитовой палочки о мех мы, затрачивая механическую энергию, увеличиваем внутреннюю энергию этих тел. Во-первых, это нагрев, увеличение температуры. Причем неравнозначное. Во-вторых, это электризация тел. Логично предположить, что и эта электризация тел происходит не одинаково. Ближайший пример из механики. Бильярд. Шары после столкновения могут разлетаться в стороны, бьющий шар может и остаться на месте как вкопанный, а может и дальше после удара двигаться. Почему два тела при трении друг о друга должны приобретать одинаковую энергию. Процесс соударений отдельных частей тел имеет ту же механику, что и столкновения в бильярде. Так что отделение части от одного из шаров при столкновении и прилипание к другому шару выглядит как ни что иное, как шутка из детского мультика. Нет причины для существования такой элементарной частицы, переносящей энергию удара.

Тепло от тела рассеивается в окружающую среду. Каким образом? Посредством излучения. При небольшом нагреве это инфракрасное излучение, при большом нагреве это уже видимый свет, еще больше - ультрафиолет. И так далее. Чем больше энергии мы расходуем на трение, тем дольше эта энергия, преобразованная в тепло, накапливается в теле и одновременно передается окружающей среде. А среда может быть любая, прозрачная и не очень для данного типа излучения в данном направлении. Да и под средой можно понимать не просто воздух или вакуум. Таким образом, мы получаем разность тепловых потенциалов у каждого тела и окружающей его среды и разность потенциалов между телами. В данном случае тепловые потенциалы натираемых тел будут больше теплового потенциала среды (воздуха). Мерой измерения этих потенциалов является температура! И тут надо отметить несуразности в молекулярно-кинетической теории, целиком и полностью отдавшейся на откуп высокоскоростному движению молекул и атомов. Там температура является производной от средней скорости их перемещения. Данная теория без нарушения принципов сохранения энергии даже не может объяснить причин давления газов в замкнутых объемах. Есть повод заняться и термодинамикой, но это к слову.

Второй вид энергии от трения это электрические заряды. Да почему плюс и одинаковый ему минус ??????? Это что же за заряды такие… не большие и не маленькие и измеряются в кулонах, а не в джоулях? Энергии нет, а есть заряды. И количество переносимых зарядов (элементарных) за время это уже сила (тока). Ударим количеством по качеству!!!! Это и сегодня продолжает электростатика – использование порочного подхода в качестве библии.

Но аналогия, великая вещь! Стоит ею только воспользоваться!

Всего-то ничего, даже не надо опровергать столпов физики (куда уж более сомнительными методами защищающих «свои открытия и теории», об этом речь пойдет в процессе изложения нового подхода). Лишь стоит предположить, что электрические явления тоже являются излучением, так более или менее все начинает складываться в стройную и логически непротиворечивую (на мой взгляд) качественную, пока качественную, теорию.

Какое это излучение. Доказательства будут изложены в другом месте. Но я уверен, что подавляющая часть образованного и необразованного населения Земли с ним давно и не понаслышке знакома.

Вокруг всех тел имеется среда – воздух и, сообщая эбонитовой палочке некий электрический потенциал, больший потенциала среды, мы подносим ее к нейтральному и более плотному по отношению к среде телу - проводнику. Нейтральность в данном случае означает, что тело не имеет заметного электрического потенциала по отношению к среде. В результате обмена энергией между палочкой и телом, обладающим большей электрической проводимостью, чем окружающая среда, потенциал (энергия) частично переходит на этот проводник, и его потенциал тоже получается больше потенциала среды, но несколько меньше чем потенциал палочки, потому что прямого контакта нет (сопротивление воздуха). Как никак абсолютных диэлектриков не бывает, просто это очень плохие проводники. Да, эбонитовая палочка не проводник, а диэлектрик; и динамика образования потенциала на них не качественно, но количественно разная по сравнению с проводником. И не «свободные электроны и ионы» в этом виноваты. Какая динамика - это будет пояснено ниже. Запишем пока неравенства. Рисунок несколько ниже по тексту. P1- Потенциал от палки. Рср-потенциал среды. Р2-потенциал проводника. Рш – потенциал пробника. Везде есть разницы потенциалов. Rср – сопротивление среды, R2- сопротивление проводника, Rш – сопротивление пробного шара.

Эквивалентная электрическая схема.

P1>Pср P1>P2>Рср до начала процесса

P2>P1>Pср после начала процесса

Теперь от той же палочки зарядим легкий пробный шарик из бумаги. Его потенциал будет тоже больше потенциала среды. А почему палочка сохранит свой заряд, почти сохранит, дальше станет понятней.

Pш>Pср

Но по всему потенциал шарика явно меньше потенциала проводника и самой палочки просто исходя из их размеров и массы.

P1<P2>Pш>Рср

В результате происходит несколько процессов: взаимодействие эбонитовой палочки с проводником, взаимодействие проводника с пробным шариком и взаимодействие всех участников с внешней средой. Нам надо выяснить в каком случае взаимодействие интенсивней. Мы наблюдаем эффект, вызванный обменом именно энергией, другое трудно представить. Электростатика позволяет себе тут вольность: переносится не энергия, переносится заряд! Я заявляю: отталкивание происходит в результате обмена энергией между проводником и легким пробным шариком. А кто скажет, что это не так? Почему именно происходит отталкивание, мы выясним несколько позже. Короче отталкивание мы зафиксировали. При этом не стоит забывать и про оставшегося участника процесса – это та самая меховая шкурка, трением о которую мы заполучили потенциал на эбонитовой палочке и бросили где-то рядом. И он косвенно, посредством обмена со средой, участвует в процессе. Это закон сохранения энергии для системы. Разница потенциалов между этим мехом и самой палочкой это электрический аналог и часть механических затрат от трения.

Механическая работа, которую мы затратили на трение, является в нашем случае внешним воздействием на систему, состоящую из трех участников: эбонитовой палочки, меха и окружающей внешней среды. Эта работа превращается в два вида энергии: электрическую и тепловую. И обе они накапливаются в телах. А тела уже в свою очередь обмениваются в данный момент этой энергией с внешней средой, не со всей конечно, с ближайшим окружением. Вот где нужна настоящая теория относительности! Вопрос, какое из тел приобретает больший энергетический потенциал. Опыт показывает, что более плотное. Как тепловой, так и электрический.

…продолжим.

И после этого мы переносим шарик в область передачи энергии от P1 к Р2,

Естественно, имея меньший потенциал, он захватывается более сильным и плотным потоком энергии, чем его собственный поток обмена с внешней средой и он притягивается. Ну, как в поток воды затягивает легкий мусор. Этот собственный поток гораздо менее плотен из-за большой площади внешней поверхности проводника. Да и немаловажна разница в массах. В данном случае притяжение пробного шара вызвано иной причиной, нежели притяжение самой палочки к проводнику.

Рассмотрим более тонко процесс отталкивания. Передача энергии от проводника происходит в основном в окружающую среду, более интенсивно, чем у шарика, поскольку разница потенциалов между проводником и средой выше, чем разница потенциалов между проводником и пробным шариком. От одной палочки заряжались.

P2-Pcp>Pш-Pср

То есть обмен между ними мал и шарик сам обменивается энергией с внешней средой и его смещение относительно проводника меньше чем, если бы мы подвесили палочку точно также как и пробный шарик на том же расстоянии. Сама сила отталкивания меньше силы притяжения палочки к проводнику. Эту тонкость никак в курсах физики не отмечают.

Стоит сделать заключение, что это сам процесс передачи энергии вызывает притяжение. А вот и примеры из жизни: притяжение, когда бьет током; на огонь смотрим, тянет; на волны – тоже тянет; Просто вода в речке течет, смотришь, не оторваться. То есть само движение, как видимый процесс передачи энергии даже инстинктивно вызывает притяжение. Все наши органы чувств настроены именно на восприятие движения и передачи энергии.

К тому же разделение зарядов по классике должно происходить и на палочке и на самом пробном шарике, но это во внимание не принимается. Проводник является диполем, а остальные участники почему-то нет, только в силу того, что они хуже в несколько раз проводят электрический ток. А ведь проводимость вещь относительная. Какой ток, при какой температуре, при каком давлении и еще масса факторов.

Падение листочков посредине проводника это дефект самого опыта, где проводник крепится посредине к ручке, даже не важно из какого материала. Достаточно того, что площадь этой ручки больше площади листочков и основная энергия уходит через ручку, а не через листочки. Подвесив все это дело (проводник) на тонкой нити, наблюдать опадания листочков при приближении палочки не придется. Разбирая опыты из «Элементарного учебника физики» под редакцией Ландсберга, мы вернемся к этому делу еще раз.

Подытожим. Энергия от палочки передается без контакта проводнику, при этом пробный шар заряженный от палочки отталкивается от противоположного конца. При внесении шара в область взаимодействия с палочкой он притягивается к проводнику.

Второй подобный опыт более четко показывает обменный процесс.

В качестве источника потенциала берем устройство от пьезозажигалки и иглу, подвешенную на нитке. При достаточно близком расположении пьезоконтакта от конца иголки, нажмем на выключатель. Между контактом и концом иглы проскочит искра, и иголка резко притянется к контакту, а потом также резко оттолкнется. И мало того начнет вращаться.

Выводы.

Наличие сильного разрядного тока говорит о том, что потенциал от пьезоэлемента при его сжатии гораздо выше потенциала иголки, по крайней мере, в десяток раз больше, чем потенциал эбонитовой палочки (все оттого, что и искры от нее получить при касании проводника практически невозможно). Передача энергии в виде электрического разряда вызывает притяжение. Потенциал энергии, получаемый иголкой при разряде не больше оставшегося потенциала на пьезокристалле (разряд длится ровно столько времени, сколько необходимо для выравнивания энергии внутри системы), поэтому она отталкивается ближайшим концом от кристалла (дальше идет взаимодействие со средой) и поворачивается другим концом. Иголка проводник, а значит, внутри его будет разница потенциалов и ток. Скорость стекания энергии в среду будет разной и не мгновенной. К моменту, когда игла повернется на 180 градусов часть энергии уйдет в среду уже с первого конца и может не успеть выровняться по всей длине и потенциал второго будет опять меньше потенциала кристалла, но больше потенциала другого конца иглы. Не факт, что потенциал от кристалла расходуется полностью. Различие в скорости стекания потенциала иголки в среду на разных ее концах вызывает переменное чередование разницы потенциалов между концами иглы и контактом пьезоэлемента и это вызывает вращение. Если присматриваться более внимательно, можно наблюдать малое притяжение и отталкивание при этом чередовании концов. А это говорит о том, что потенциал кристалла при первом разряде не полностью переходит на иглу. Последующий обмен уже невидимый. Тихий разряд в уже «ионизированном» газе. Процесс затухающий. Плюс инерция. Опыт ставился неоднократно, а в практике и теории электростатики подобного еще не было.

Отсюда основополагающий вывод: электрический разряд, как один способов передачи энергии обладает свойством притяжения. И более конкретно он обладает свойством самостягиваться. Это не притяжение предмета предметом, это притяжение предметов сгустком энергии, сосредоточенной в разряде. Как природное явление это образование шаровой молнии. Данное заключение делается и на примере притяжения вольтовой дуги в виде залипания электрода, утолщением дуги посредине.

Магнитное поле, образованное током Дуга электрическая, взаимодействуя с током дуги, вызывает сжатие (стягивание) шнура (см. Пинч-эффект). С увеличением давления в окружающей среде сила тока Дуга электрическая возрастает, а поперечные размеры её шнура уменьшаются. Вблизи электродов шнур Дуга электрическая суживается ещё больше, образуя на их поверхности яркие катодные и анодные пятна. Плотность тока у катода Дуга электрическая зависит от материала катода и природы газа и обычно составляет 10⁴—10⁵а/см², но при особых условиях может достигать 10⁷а/см².{10}

Процесс стягивания несколько сложнее, чем представляет его классическая электродинамика. На шнур действует еще и сила притяжения – гравитация. И помимо этого действуют силы притяжения внутри самой дуги, действующие перпендикулярно силам стягивания, силам Ампера, обусловленные законом Кулона. А также и сила давления от нагревающейся среды, оказывающая расширяющее действие. Потому шнур приобретает форму, несколько напоминающую шар. Стоит еще учесть и влияние близко расположенных искусственных и естественных магнитов с их «электромагнитным полем», например, поле земли. Следует упомянуть об эффекте вращения тока вокруг полюса магнита. Примеров масса, опыты Планте (электролиты), Фарадея (униполярное вращение), современные опыты с кольцевыми магнитами и дугой.

А также это заметно и на примере простого ощущения такого притяжения при ударе электрическим током, неважно каким, переменным или постоянным.

Просматривается аналогия. Это заостренный конец у отрицательного электрода и впадина у положительного электрода. Второй рисунок. Опыт с формой принимающего заряд тела. Обсудим потом и это.

Электрический разряд является лишь одним из видимых эффектов передачи энергии от тела с большим потенциалом к телу с меньшим потенциалом. Электростатика косвенно принимает во внимание то, что эта энергия передается в виде притяжения тел, но приписывает это действие электрическому полю, а не слабому потоку электрического тока. Да, действительно на сегодняшний день приборов вроде бы и нет для измерения величины слабых токов в воздухе. Но ведь в вакууме это уже не проблема…там токи во много раз больше. Пример электровакуумный диод. Трубка Леннарда. Трубка Крукса и наконец рентгеновская трубка.

Подытожим: электростатическое отталкивание и притяжение ни что иное, как различие направления передачи энергии между различными телами и средой, между различными потенциалами. Сила этого взаимодействия зависит от скорости перемещения энергии, ее плотности и мощности, от сопротивления среды.

Электростатическая индукция или электризация влиянием, по сути, и по названию, является процессом передачи энергии через среду, в данном случае воздух. То есть это не наведение, бог знает, каким способом, противоположного и равного ПО величине (количеству!!!!!электронов) заряда.

Вопрос. Сколько электронов можно запихать в утюг в вакууме, если угодно в пустотелый. Да не очень то и много, не гугол. Следовательно, существует критическая масса утюга, при которой в вакуум начнут лететь во все стороны сами по себе эти «частицы». Куда, к кому, да назад к дыркам, в бесконечность. Не кажется ли что физика уже докатилась до абсурда и изучает в основном ею же изобретенный мир.

Опыт 2.

 Явление электризации тел.

Эбонитовой палочкой прикоснёмся к маленьким кусочкам бумаги, лежащим на столе, и поднимем палочку – бумажные кусочки останутся лежать на столе. Это свидетельствует о том, что сила гравитационного взаимодействия между бумажными кусочками и палочкой недостаточна для притяжения их к палочке.

Потрём эбонитовую палочку о мех (или шёлк) и поднесём её к тем же кусочкам бумаги – они подскочат и прилипнут к палочке, а спустя некоторое время, отскочат от неё.

Значит, в результате соприкосновения и трения о мех (или шёлк) эбонитовая палочка приобрела новое качество, выражающееся, в частности, в том, что она стала способной притягивать к себе лёгкие тела с силой, значительно превышающей силу гравитационного притяжения. Тела, соприкоснувшиеся с потёртой о мех эбонитовой палочкой, приобретают способность притягиваться и отталкиваться от неё. Наблюдаемые явления и есть электризация тел. При электризации тела приобретают электрический заряд.

Если поднести потёртую о мех палочку к щеке, возникнет ощущение прикосновения к лёгкой паутине. Прикоснувшись в темноте к натёртой мехом эбонитовой палочке, мы увидим слабую искру и услышим лёгкий треск. Всё это проявления электризации тел.

На этом все объяснение и заканчивается. Посредством чего электризация? Почему потом кусочки падают, непонятно. Почему проскакивают искры, тоже. То, что палочка в результате трения получает какой-то потенциал, ясно. Итак, почему прилипают, а потом падают листочки бумаги. При натирании о мех эбонитовой палочки она приобретает какую-то (пока не будем уточнять) энергию. Появляются не какие-то абстрактные заряды, а энергетические потенциалы относительно окружающей среды, в которой большинство других предметов относительно нейтральны, то есть имеют почти одинаковый с ней потенциал. По сути это внутренняя энергия «заряжаемых» тел и внутренняя энергия среды. Какой именно потенциал, разговор отдельный. Явно он явно больше энергии близлежащей среды (минусовой «заряд», это так принято).

Мы здесь как раз и учитываем, куда девается энергия от механического трения палочки о мех, на увеличение и уменьшение внутренней энергии палочки и меха.

На опыте мы видим, что волоски меха притягиваются к поднесенной (уже натертой) палочке. Точно также, но с большей силой притягиваются и листочки. Их потенциал равен потенциалу среды в отличие от меха. Разница потенциалов это разница внутренних энергий. Причем явно заметно, что при разнесении в сторону волоски у меха несколько опускаются. А это говорит о том, что со средой у него идет обмен, но по сравнению с палочкой менее интенсивный, значит и меньший потенциал. К меху листочки не притягиваются так же как к палочке, зато притягивается пыль. А это в свою очередь показывает просто меньшую силу – потенциал меньше!

P1>Pср=Pлисточков

Что происходит, когда мы эту палочку подносим к листочкам. Происходит банальное физическое взаимодействие в виде переноса энергии от палочки к листочкам, и оно выражается в притяжении. Более явно передача энергии наблюдается в виде искр (электрических разрядов) если палочку при трении о мех то отдалять, то приближать к нему.

При этом шерстинки вытягиваются. Эти искры мы называем электрическим током в газообразной среде, в воздухе. Ток достаточно большой и вызывает свечение газа. Значит, если ток мал, то и свечение мало, а то и вовсе отсутствует, но это не означает, что тока нет вообще. То есть принудительное введение понятия электрического поля в отсутствии видимого и регистрируемого тока, вещь сильно надуманная. Особенно это касается электрического тока в газообразных средах, где проводимость тока средой определяется давлением и наличием смеси элементов с разной электропроводностью.

Вывод: передача энергии сама по себе вызывает притяжение. дальше можно опять обобщить, но пока рано, продолжим с электростатикой.

Почему листочки падают? И сразу после этого палочку подносить к ним бесполезно, притяжения не будет. Но если подождать немного процесс можно повторить.

При приближении натертой «заряженной» палочки к листочкам, энергия передается к ним. Классическая физика говорит, что это энергия электрического поля, создаваемого зарядами, но не уточняет, каким именно образом заряды переходят с тела на тело, говоря о таинственной электростатической индукции. Листочки прилипают к палочке по мановению волшебства не иначе. Ну, в крайнем случае, отдают или принимают электроны. Ну а почему кто-то должен их туда сюда гонять и с какой стати. Ответа нет.

Но. Площадь поверхности у листочков значительна, следовательно, и площадь поверхности взаимодействия, как с палочкой, так и со средой тоже, поэтому энергия к листочкам, а затем в среду будет уходить быстрее через листочки, а не через саму палочку прямо в среду. Это означает, что она быстрее отдаст свою энергию именно листочкам. Здесь мы наблюдаем притяжение как факт передачи энергии. Действие силы притяжения (собственно передача энергии, ее количество не бесконечно) уменьшится, и листочки упадут, причем также достаточно быстро отдадут свою приобретенную энергию среде.

Электрический ток есть передача энергии между энергетическими потенциалами.

Опыт 3. заряд поверхности

Распределение электричества по поверхности проводника можно исследовать с помощью пробного шарика, т. е. маленького металлического шарика, насаженного на изолирующую ручку. Возьмем металлическое тело, форма которого изображена на рис., и установим его на изолирующей подставке. Зарядив его, коснемся пробным шариком острия А, а затем поднесем шарик к электроскопу. Стрелка электроскопа отклонится. Если то же самое повторить, касаясь пробным шариком боковой поверхности тела, то отклонение стрелки будет меньше. Если же коснуться впадины В, то стрелка совсем не отклонится. Это показывает, что плотность электричества максимальна у точки А и минимальна у В.

Кулон заряжал проводящие тела (шары) друг от друга и показал, что можно делить заряды в пропорции, в зависимости от размера шаров. Правда, эти опыты он не проводил с полыми сферами и с подобными предметами. Это уже последователи привнесли лепту, и голословно объявили, что заряд располагается на поверхности, то есть перевели это дело в совершенно иную плоскость. На деле ток (энергия) идет с места контакта на другой проводник и с поверхности, если контакта нет. Или ток стекает с той же поверхности в окружающую среду, если поблизости нет тела с большей, чем она, проводимостью или с отличным от данного тела потенциалом. Естественно чем больше площадь поверхности, тем интенсивней это стекание энергии в виде токов, а значит и с острия.

Аналогия с теплом явная, нагретое тело точно также с выступающих частей больше излучает(радиаторы), и лучше отдает тепло более хорошему его проводнику.

Небольшое отступление. приборы для измерения величины «статического» электричества.

Электроскоп – прибор, позволяющий обнаружить даже слабую электризацию тел.

Еще вопрос, насколько слабую, потенциал в несколько тысяч вольт!

Внутрь прозрачного сосуда из хорошего изолятора введём металлический стержень, на верхнем конце которого закреплён небольшой шарик, а на нижнем – тонкие лёгкие лепестки из проводника. Поднесём к шарику наэлектризованное тело и обнаружим, что лепестки расходятся, свидетельствуя о наличии электричества. Поэтому прибор называют электроскопом. Электроскоп, снабжённый шкалой, позволяет судить о степени электризации тел, поэтому называется электрометром.

Никто еще не изобрел кулонметра, поэтому до сих пор электростатика самый неточный, а скорее всего, неопределенный, загадочный и опасный раздел ортодоксальной физики, служащий основанием всей Электродинамики. Сколько бы кулон заряд не был, выше крыши листочки не поднимутся. Предел 90 градусов, а на деле то немногим больше 45-ти.

Так вот. Первый прибор изолирован от внешней среды обычным стеклом. Вопрос только в том, не является ли это стекло пьезоэлектриком. Оказывается, в какой то степени да, поскольку в его состав входит кварц. А он в свою очередь очень хорошо отзывается на высокие разности потенциалов. То есть является проводником тока, если напряжение достаточно велико. В опытах с пьезокристаллами включенными последовательно в электрическую цепь это видно великолепно. Попробуйте сами. А в электростатике величины потенциалов в классических опытах составляют тысячи и десятки тысяч вольт. На грани искрового пробоя воздуха. Так является ли в таком случае изолятором от внешней среды данная конструкция? Нет. Данный прибор показывает, прежде всего, интенсивность обмена с внешней средой заряженного проводника, интенсивность стекания потенциала, то есть электрической энергии или если очень захотеть – заряда. Данный обмен и есть электрический ток. И этот ток идет не с какой-то отдельной точки в среду, а идет с поверхности. И чем больше поверхность, тем большее количество энергии с нее уходит, тем интенсивнее стекание потенциала. Ток естественно не один, а множество, в том числе и ток через проводящие лепестки. А их поверхность увеличена по сравнению с другими частями тела. Через листки идет повышенный ток, раз ток, то к нему применим закон Ампера. Почему? Потому что воздух вроде и плохой проводник, но в данных условиях при таких потенциалах он диэлектриком не является и замыкает. Где-то потенциал хоть на Йоту больше или меньше, мгновенно возникает кольцевой замкнутый ток. Так через листочки, воздух, стекло и среду снаружи – воздух, идет замкнутый общий ток, расталкивающий листочки в разные стороны.

Второй прибор более изощрен. Тут уже явно присутствует проводящая поверхность – металлический кожух, в который тоже вставлено стекло. Такой прибор более отчетливо показывает степень интенсивности тока, по идее это уже электростатический амперметр. Металлический кожух является проводником более хорошим, чем все остальные участники, расстояние небольшое и обмен энергией с ним более интенсивен, а значит и показания прибора более качественны. Но еще лучше электростатический вольтметр. Но об этом позже, поскольку зарядов и он не измеряет.

Конец отступления.

На остриях заряженного проводника поверхностная плотность электричества может быть настолько большой, что электричество начинает с них стекать.

Вопрос вполне естественный, а что такое поверхностная плотность и какой физический смысл она несет. С современной точки зрения это количество элементарных зарядов соотнесенных с единичной площадью поверхности. Но данное количество никак не отображает энергетики. То есть если заряд не двигается, то и энергии никакой не имеет. Тем не менее, заряд оказывает влияние на незаряженные предметы и притягивает их. Не свободными же электронами пуляет сам электрон и божьей милостью. Дело совсем в ином. Сама то энергия не может принадлежать целиком узкой полоске атомов, расположенных в верхнем слое. Она обязана распространяться по всему телу более или менее равномерно. Именно так и тепло распространяется по телу. И все только зависит от площади контакта тела с внешней средой и степени проводимости самого тела. Так и тепло быстрее уходит с ребристой поверхности – радиаторы. А шар вроде бы является идеальным равномерным источником, распространяющим энергию во все стороны. Но это только с виду. Есть тонкость – это происходит лишь в однородной среде. Аналог и в электричестве. Сегодняшняя физика приписывает передачу тепловой энергии в проводниках свободным электронам. В диэлектриках это вообще как-то туманно. А в газовых средах и в вакууме это уже инфракрасное излучение. Не пора ли определиться!

Таким образом электростатика, чтоб залатать дыру в теории извлекла на свет божий объемный электрический заряд.

Серия работ посвященных принципам передачи энергии представленных в данной монографии и проливает свет на причину взаимодействий, корни которой кроются в излучательном характере взаимодействий вообще и передачи электрического тока в частности. То есть передача энергии происходит посредством излучения света (различных энергий), причем свет является единственным ее носителем.

В сильном и сильно неоднородном поле вблизи острия молекулы воздуха заряжаются через влияние и притягиваются к нему. Коснувшись острия, молекулы заряжаются одноименно с ним r отталкиваются. Сила отталкивания превосходит ранее действовавшую силу притяжения, так как она действует на заряженные молекулы, а сила притяжения — на нейтральные. По этой причине заряженные молекулы будут удаляться от острия с большими скоростями, чем они приближались к нему. Возникает поток заряженных частиц воздуха, направленный от острия, называемый электрическим ветром. Им можно погасить зажженную свечу.

В демонстрационном приборе — колесе Франклина (1706—1790) — электрический ветер, стекающий с остриев, приводит во вращение легкий крест из металлических проволок (рис.). Прибор действует по тому же принципу, что и Сегнерово колесо. В другом демонстрационном опыте электрический ветер с остриев (рис. 36) приводит во вращение легкий цилиндр, насаженный на вертикальную ось (электрический ротор).

В сильных электрических полях механизм утечки зарядов с острия становится более сложным. Вблизи острия молекулы

воздуха ионизуются сильным электрическим полем. Воздух становится проводником электричества. Возникает сильный электрический ток, направленный к острию или от него (электрический пробой). Этот ток снимает электрические заряды с острия. На этом основано действие громоотвода.

Такой же опыт ставился и в вакууме при исследовании «катодных лучей», только крыльчатку вращал уже не ветер из молекул, а чисто электрический ток. Ха, изобрели электронный двигатель! Можно себе представить, в крыльчатку бьют электроны, а она извините, никакого заряда не приобретает вообще.

В общем, утверждение об острие касается плотности электричества не просто на поверхности, то есть плотности «заряда», а говорит о том, что в длинном проводнике (длина много больше диаметра), имеющего острие на одном конце и углубление на другом, за счет более интенсивного стекания в среду энергии (электричества), возникает разница потенциалов, и зависит она от сопротивления материала. То есть внутри проводника течет электрический ток, стекающий с острия в среду более интенсивно, нежели с других участков. На одном конце с острием потенциал выше, чем на другом конце с впадиной. Опыт удается только если масса пробного шарика значительно меньше массы проводника. Если его масса больше, то в силу вступает подмеченная еще Кулоном особенность – пропорциональное деление. Разность потенциалов в проводнике такой формы означает большую концентрацию энергии в толще проводника на острой стороне. То есть это увеличение объемной плотности, а поверхностная плотность это нечто абстрактное.

.

А вот такой опыт с листочками показывает, что на острых, выступающих местах проводника листочки более раздвинуты, чем на ровных поверхностях. А это говорит о том, что с листочков электричество (энергия) стекает в окружающую среду более интенсивно, чем с ровной поверхности. То есть идет ток, замкнутый через окружающую среду, воздух. И листочки представляют из себя тоже проводник электричества. А отталкиваются (если бы кто раньше знал) из-за действия силы Ампера, как проводники с различным направлением тока. Но это конечно достаточно упрощено, и механизм отталкивания куда более сложен, но это уже связано с решением принципиального вопроса о самой сущности электрического тока, магнетизма, и будет рассмотрено в другом месте.

Что касается электрического ветра, как и обычный ветер, он бывает сильным и слабым. Наши ощущения в безветренную погоду не означают отсутствия ветра вообще, то есть движения воздуха. Стекание энергии в виде заряда (потенциала) происходит постоянно сильно или слабо в зависимости от разницы потенциалов. И обычный ветер дует в ту сторону, где давление меньше.

Там и там сила соотносится с площадью - давление!!! Только в электростатике это не доведено до ума.

Так что нельзя утверждать, что нет электрического тока, если есть разность потенциалов. Чем она больше, тем больше потенциальная возможность для прохождения тока, которая зависит от проводимости материала, площади взаимодействия, и расстояния. Старая физика называет это взаимодействие как некое электрическое поле, не утрудив себя подумать. Сегодня эти эксперименты легко воспроизвести и используя высокоточные приборы определиться хотя бы со значениями токов и напряжений, рождаемых такой «электростатикой». Но нынешним физикам это не интересно.

1753 г.

Дж. Беккариа показал, что электрический заряд в проводнике распределяется по его поверхности.

В том то и дело, что это не так. Иначе надо согласиться с утверждением, что весь положительный заряд обычного аккумулятора сосредоточен на положительной его клемме, а отрицательный на другой клемме. Этого никто не делает, но говорят уже про объемные заряды. А электролит да электроды, куда ни кинь, проводники. То же и с объемными зарядами в газах, да и в диэлектриках. Одним словом, где проводимость хороша, то на поверхности, а где плоха то в объеме, да непорядок это! Допускается неоднозначность. Отсюда полное непонимание процесса, и отсутствие единства.

Рис. Зависимость напряжения пробоя в воздухе от расстояния между электродами различной формы

Енохович А.С. Справочник по физике. – М.: Просвещение, 1978.

Handbook of Chemistry and Physics, 33-th edition, ed. in Chief Ch. D. Hodgman, Chemical Rubber Publishing Co, 1951.

Вывод: при большой площади взаимодействия (острые электроды) возникает видимая передача электрического тока в виде искры (считаемой пробоем) при меньшей разнице потенциалов, чем в случае шарообразных электродов. Отсутствие видимого свечения (люминесценции воздуха) не означает отсутствия электрического тока, просто его значение мало при данных условиях и трудно подается измерению.

Опыт 4.

На заряженной сетке укреплены легкие лепестки. Они расходятся при заряде в стороны. Классика утверждает, это происходит из-за одинакового знака заряда. Она не принимает во внимание внешнюю среду, будь то вакуум, или воздух и начисто отвергает взаимодействие заряда с внешним окружением. А почему листочки к земле, так это только сила тяжести. А если поднести к ним палочку, и они к ней притянутся, то это уже действие электростатическое, а потенциал самой земли в учет не берется.

Возьмем гибкую металлическую сетку, к которой по обе стороны приклеены легкие бумажные листочки (рис. 34). Установим ее на изолирующих подставках, а затем зарядим электричеством. Если сетка плоская, то листочки расходятся одинаково с обеих сторон. При изгибании сетки листочки с выпуклой стороны расходятся еще больше, а с вогнутой — спадают.

То же касается и двух метелок, которым подведены потенциалы от электростатического генератора.

Тут уже сила Ампера работает для параллельных токов, поскольку взаимодействие со средой уже сильно ослаблено из-за близкого расположения потенциалов. В данном случае ее сопротивление на таких расстояниях мало. И чем разница потенциалов выше, тем сильнее вытягиваются и сближаются волоски метелок. Если в качестве метелок использовать тонкую проволоку и подвести достаточную разность потенциалов можно получить разновидность коронного разряда, пучковой разряд.

Немаловажная деталь, в сильно разряженной среде листочки подниматься не будут. И большинство, если не все, эффектов работать тоже не будет, так как не будет хорошо проводящей среды для данного вида излучения.

Электростатикой совершенно не рассматривается топологическое преобразование заряженной плоской поверхности в сферу и утверждается, что внутри заряженной сферы поля нет. Его действительно нет. Точнее не поля, а практически нет электрического взаимодействия стенок сферы с внутренним объемом воздуха, практически изолированного от внешней среды. Это взаимодействие происходит почти моментально, в первый момент после зарядки. Разница потенциалов между средой и сферой с одной стороны, между сферой и объемом, заключенным внутри ее с другой стороны это «две большие разницы». В меньшем объеме и быстрее процесс стекания энергии (заряда), выравнивания энергии, поэтому и воздух внутри сферы практически имеет тот же потенциал, что и сама сфера. Но, проводник, опущенный внутрь сферы и не касающийся ее стенок, будет уже делегатом потенциала от внешней среды (с другим знаком). А при касании сферы внутри он станет делегатом потенциала сферы.

А по классике электростатики заряд каким-то волшебным способом при простой операции (сгиб например, шаровой выкройки) вдруг ни с того ни с чего оказывается на внешней поверхности. Этот опыт можно проводить с той же редкой сеткой, постепенно сгибая ее (прерывать можно на любой стадии, сгибая и вновь заряжая сетку). Листочки по-прежнему будут висеть в раздвинутом состоянии, в том числе и внутри, но несколько ближе и ближе к сетке по мере сгибания. А это и говорит о том, что в данном случае полной изоляции от внешней среды нет. Сетка не является идеальным экраном.

Еще один довод в пользу отсутствия этого эффекта, приписываемого зарядам и электрическому полю – сферический конденсатор.

Сферический конденсатор термос

В нем по теории не должно существовать поля, но конденсатор работает, а рисунок отражает сущность взаимодействия, если не следовать канонам электростатики. А по ним один заряд располагается на внутренней поверхности, где его не должно быть, а другой располагается на внешней стороне. В силу утверждения принципа разделения зарядов с внешней поверхности сферы, надо полагать, появится отрицательный потенциал. А его то и нет. Потенциал положительный. Здесь электростатика бессильно пожмет плечами. В том то и дело, что никакого поля нет. Есть другое и с иной позиции это объясняется. А такая картинка, исходя из классики, нереальна. Придется придумывать «технологию» типа обратного перехода электронов или ионов с одной поверхности на другую.

А еще есть и поверхность Мебиуса, Бутылка Клейна. Многоуважаемые ФИЗИКИ, Как на них будет располагаться заряд???? И как будет происходить разделение.

Но если не рассматривать заряд, а рассматривать энергию, то она не может быть сосредоточена на внешней или внутренней поверхности. Она располагается по всему объему тела, которому была сообщена. Это внутренняя энергия. А съем этой энергии при контакте есть передача электрическим током, но это не означает, что вся она сосредоточена на поверхности.

А получить эту энергию можно либо в точке касания, либо если площадь большая, с поверхности. Концентрация энергии в одной части тела говорит лишь о том, что внутренние процессы не устоялись и находятся в неравновесном состоянии. А это при статическом рассмотрении невозможно. Весь вопрос сводится к одному. Насколько данная конструкция (тело) изолирована от внешней среды. Только в таком случае конденсатор как накопитель энергии ничем не отличается от термоса. А энергию, заключенную в виде пресловутого заряда можно снять в любом месте, где нет изоляции от внешней среды. Как и в случае с термосом. А это уже наводит на вывод, что электричество подчиняется тем же законам, что и тепло, то есть законам термодинамики, где энергия в виде тепла в равновесном состоянии рассредоточена по всему телу и не переходит от тела с меньшей тепловой энергией к телу с большей тепловой энергией.

И вот еще одно немаловажное!!!!!!!! Энергия к более горячему телу может поступать от более холодного, но не в виде тепла, а виде электрической энергии и в виде намагничивания и в виде внешнего облучения например, светом. А это говорит уже о взаимном обмене или круговороте энергии вообще.

Есть один фокус, показываемый со статическим электричеством. Большой проводящий шар, поначалу нейтральный заряжается от маленького заряжаемого от палочки шара бесконечное число раз. При этом утверждается, что заряд большого шара можно беспредельно увеличивать. Дескать, энергия с маленького шара (заряд) целиком переходит на большой. Неверно в принципе. И это доказал сам Кулон. Все дело в разности потенциалов и в площади соприкосновения с внешней средой и в ее проводимости. С большого шара энергия стекает быстрее (площадь больше), это раз, на маленьком шаре потенциал всегда выше это два. А деление энергии (заряда) происходит пропорционально размеру (массе). На полой сфере можно запасти гораздо меньше энергии, чем в монолитном шаре. Зато быстро!!!!!

.

Классическая физика узаконила существование электрического поля, а точнее поля действия сил, действительного происхождения которых ей (классической) выяснить не удалось. Да она и не пыталась. Заряду изначально не придали никакой физической нагрузки: ни понятия энергии, ни массы. Массу «элементарного заряда» изобрели позже, да и не корректно. Заряд это нечто в форме шара, на расстоянии притягивающего шар с другим видом заряда. Закон Кулона.

Поэтому во всех формулах, надо и не надо присутствует полный телесный угол – 4p или его половина. Все от шара. В том числе и единица емкости, выражаемая в метрах в одной из систем измерения (СГСЕ), с понятием энергетической емкости, как у электрических аккумуляторов, ничего общего не имеющая. Да точно также и Фарада не является выражением, связанным с энергией. Ни тебе ускорения, массы и ни времени.

Способ измерения разности потенциалов путем подключения приборов непосредственно контактирующих с исследуемыми объектами и есть неоспоримый факт существования процесса передачи энергии, а именно, как считается электрического заряда, то есть электрического тока через сам прибор. Электрический заряд вещь абстрактная, а элементарный заряд - электрон еще непонятней, имеет энергию, а измеряется, не как принято, в единицах энергии (джоули), а в надуманных кулонах.

Именно поэтому физика пошла на беспрецедентное решение

: берем из любого справочника

элементарный электрический заряд - заряд электрона

е- = 1.6021892*10 --19 кулона

внесистемная единица измерения энергии

1 электрон-вольт = 1.6021892*10 --19 джоуля

но еще

U=E/q

1 вольт =1джоуль/1кулон классическая разность потенциалов

Что имеем с гуся? Жир, мясо, а главное, перо! Что интересно – это пропажа 19-ти порядков при рассмотрении любых энергий с использованием разницы потенциалов.

1вольт как правило приравнивается к одному электронвольту. Пример – трактовка опытов Герца по определению потенциалов ионизации.

Работа по перемещению электрона в электрическом поле численно равна заряду самого электрона!

А =e(f2-f1)=Fs это и есть ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ.!!!!

И богу свечка, и черту кочерга!

В нашем случае утверждается, что эти силы и их происхождение давно известны и только косность не позволяет прислушаться к голосу разума.

А что это за сила такая, если не электромагнитное взаимодействие. Что это за поток энергии, если не электрический ток. Да и в самом деле: если явно не видно возникновения разряда в воздухе мы говорим – электризация (ионизация) как действие электрического поля, а когда, при сближении заряженных предметов возникает искра, то это уже электрический ток. А почему? Дело только в большем или меньшем сопротивлении среды. То есть физика процесса не должна меняться, она едина!!!

В старые добрые времена еще понятно, все было внове, и исследователи были вынуждены изобретать поле, чтобы хоть как-то объяснить явление. Приборов не было, все на интуиции. Но сегодня, зная, что все взаимодействия в конечном сводятся к передаче энергии электрическим током и их магнитным взаимодействием, тех же токов, какой смысл в электростатике и ее безэнергетике и времени. Вся электростатика это опыты при разнице потенциалов от тысячи, до нескольких десятков тысяч вольт и очень малых токах, которые никто и не пытался измерить. Считается, что их просто нет. При малых напряжениях и больших токах электростатическое взаимодействие уже вообще не рассматривается, потому что таковым (при наличии тока) по теории не является. А при малых напряжениях ни одного электростатического явления нет и в помине. Да просто обнаружить лениво!

Много несуразностей. В проводнике с током электрическое поле ему перпендикулярно. Магнитное поле тоже перпендикулярно, но в другой плоскости. Ну, это в цилиндрическом проводнике. А если намагниченный проводник шар, хуже того - сфера, то электрическое поле где, кто отважится и скажет. Тут контакт и рядом, или напротив.

При этом говорится что ток вызван электрическим полем.

И что там с магнитным полем то будет. Ток пропускаем, электроны бегают. Это до кучи смеха ради. А вокруг такого проводника электрического поля, если идет ток, по теории нету. А отчего-то возле ЛЭП (если на стремянку встать, или палкой с железным штырем потянуться) и треск стоит и волосы дыбом. Да к тож ионы лятають.

Можно предложить схему прибора (да и не внове это) для измерения действия силы Кулона. Но это будет опять же амперметр, а не кулонметр. Именно амперметр, так как последовательно в цепь включается, и не в шарах и точечных зарядах измеряет..

этот прибор как хохму, называют еще электрическим маятником.

между пластинами плоского конденсатора шарик поляризуется, притягивается к ближайшей из них, заряжается и отталкивается, касается другой, перезаряжается и снова отталкивается и т. д.

а в опыте с пьезокристаллом и иголкой мы этот вопрос уже рассматривали. Банальный процесс передачи энергии.

Достаточно сделать регулируемым расстояние от пластин двух электродов подвешенного шара с указателем, и изменяя разницу потенциалов и эти расстояния, можно провести серию опытов по измерению действия силы высоких напряжений.

Начать можно хотя бы с тысячи вольт. Такие опыты покажут, что смещение шара зависит прямо пропорционально от напряжения и от его собственной площади и формы, обращенной к минусовой пластине такого импровизированного воздушного конденсатора. Придется учитывать и его массу.

А можно и не воздушного. Или вообще откачать воздух и проводить опыт в разреженной среде и с разными газами и даже жидкостями. Изменение формы тела подвешенного между пластинами покажет и динамику процесса. Как в аэродинамической трубе. Используя вместо подвеса пружинный механизм можно оценить силу взаимодействия потенциалов. Можно будет определить ускорение на некотором отрезке пути и среднюю скорость движения. Наконец, можно варьировать форму и площадь самих пластин. Кстати именно действием силы притяжения объясняется тот факт, что в рентгеновских трубках приходится особо прочными делать крепления электродов.

То же касается и магнитного взаимодействия. Такие опыты ничем не должны отличаться.

Что очень интересно: опыты в жидкостях уже не рассматриваются электростатикой и являются предметом рассмотрения гальванических явлений, то есть способов описания прохождения токов в жидкостях. Явления электризации при этом сводятся к диссоциации – разрушению молекул в растворах, к образованию ионов. Вопрос интересный до безумия. А разрушаются ли молекулы в растворе при отсутствии тока. Скорее новые создаются химические соединения со слабыми связями.

Теперь о потенциале тела, находящегося внутри такого конденсатора. Сначала тело не имеет никакого потенциала, кроме как практически равного потенциалу среды, но при включении напряжения оно начинает двигаться от минусовой пластины к плюсовой (опыт Иоффе), это очевидно. Каков при этом будет его собственный потенциал? Да он будет равен потенциалу точки, в которой и находится, с одним различием, тело не является точечным и, имея размеры, обладает сопротивлением, значит, внутри тела есть своя разница потенциалов. Воздух у нас хоть и плохой проводник, но все-таки ток проводит, а его воочию можно наблюдать в виде шумовых эффектов и искры разряда, когда напряжение да расстояния соответствующие. Значит, у него есть удельная проводимость и падение потенциала на воздушном промежутке легко рассчитать либо получить экспериментально. Таким образом, факт движения тела есть результат прохождения электрического тока через среду и само тело. Результат давления этого тока. P=F/s. А напряженность электрического поля и понятие заряда нам и не понадобится!!!!!

Факт движения тела в промежутке между двумя потенциалами зафиксирован в опытах Иоффе.

Вывод: любое тело испытывает давление под действием разницы потенциалов и движется. Сила это зависит от вида материала и величины потенциалов, а не зарядов и подчиняется кулоновскому закону. Направление движения совпадает с направлением тока.

Эта сила будет отличаться от силы притяжения двух пластин. Мало того, небезызвестные опыты Брауна показывают, что можно при больших напряжениях, порядка нескольких десятков и сотен киловольт заставить двигаться или висеть в воздухе легкие предметы. Кроме того, давно известна конструкция электростатического подвеса.

Если одну из пластин закрепить и проводить опыт с подвижной второй пластиной, можно определить силу их собственного притяжения, и ускорение этого движения. То есть измеряя напряжение и зная сопротивление воздуха в промежутке можно не только теоретически, но и экспериментально показать, что сила тока приводится к механической Ньютоновой силе.

Тогда и закон Кулона в простейшем изложении можно будет привести к удобоваримому виду:

F=k (f2-f1)S/r²=US/Rr²

Где k – коэффициент проводимости среды, величина обратная ее сопротивлению - R, f2- f1 - разность потенциалов - напряжение, r – расстояние между пластинами. S – площадь сечения потока энергии.

Таким образом, в силе присутствует так необходимая нам энергия в виде разности потенциалов, а не абстрактные заряды, которые то и измерить проблематично.

Тогда механическую силу можно вполне выразить через силу тока F=ZI=Z(U/R), c безразмерным коэффициентом Z=S/r² – отношение площади сечения потока энергии к квадрату расстояния между источникам и приемником. И вполне легально измерять ее в 1 Вольт/1 Ом = 1 ампер

При равенстве квадрата расстояния и площади сечения закон переходит в обычный закон Ома. А при больших расстояниях и малых сечениях этот коэффициент вообще можно опускать.

Остаются поправки в виде внешних воздействий, различных излучений (тепловое, видимый свет, Уф, рентген, те же токи и излучение магнитное) и все для конкретного материала находящегося в промежутке между потенциалами.

R=r l S, где r - удельное сопротивление, l – длина проводника (среды), S - площадь сечения - есть сопротивление объема проводящей среды.

По классике R=r l/ S

В классике (система СИ) удельное сопротивление измеряется в 1 Ом х 1 метр, т.е. r= R S/ l то есть Ом метр²/метр

И как оказывается, это более удобно, в том смысле, если не учитывать сечение проводника..

F=US/Rr²=U S /(r²(r l/ S) =US²/r l r² единица измерения 1вольт/1ом

Или ампер,

1 ампер это сила давления потока на пробное тело. Ускорение движения тела легко измерить. Вывод напрашивается сам собой. За единицу времени перемещается определенное количество энергии, которое можно выразить через массу.

И следуя логике теперь можно приравнять эту силу аналогичной силе из механики.

F=ma=I = US/Rr² =Z(U/R) уже в ньютонах.

Тем более, что ускорение движения можно получить экспериментально, как и значение силы. И если потенциал не приложен постоянно, а подается импульсно, то известно и время его прохождения, а значит можно высчитать объемную плотность потока, и его мощность, да и скорость!!!!

Основная формула, описывающая работу электронных ламп, была получена И. Ленгмюром в 1915 году. Называют ее почему-то не формулой Ленгмюра, а «законом 3/2». Закон звучит так: ток, который протекает через вакуумный зазор, пропорционален площади электродов, напряжению на зазоре в степени 3/2 и обратно пропорционален квадрату ширины зазора. Это при положительном напряжении на аноде относительно катода.

3/2 это с учетом сопротивления среды – вакуума, вопрос только в степени разряжения этого самого вакуума, и что за газ все-таки в баллоне откачать не удалось до конца. О чем это я? Вакуум как таковой, судя по коэффициенту в полтора раза лучше проводит ток, чем воздух, то есть к хорошим диэлектрикам его относить нельзя ни в коем случае.

Что явно согласуется с вышеприведенными соображениями.

Поверхностная плотность тока d=I/S= U/Rr² ампер/м²

смысла физического не имеет, поскольку это будет не площадь, а квадрат расстояния. О поверхностной плотности можно рассуждать чисто с количественной точки зрения. Это если много проводников (пучок токов).

как это согласуется с поверхностной плотностью заряда, да никак!

Почему мы отказываемся от понятия напряженности E=F/q ? потому, что невозможно непосредственно измерить величину заряда. Значение силы тока I=Qt никак не связано с законом Кулона. F=q1q2/r² И ее значение выводится из него рекурсивно. Мало того, нет связи и с ньютоновским определением силы F=ma.

Плюс ко всему аналогичное понятие из гидростатики это давление P=F/s, так там площадь измерить не составляет труда.

В то же время I=U/R , таким образом можно связать время через выражение

t=I/q=U/Rq , бред пьяного не иначе. Одну секунду уже можно выразить и через энергию, так как разница потенциалов f2-f1=U, а потенциал ф=W/q, энергия на заряд.

Аналогично и с понятием емкости C=U/q. Играть с такими формулами можно до бесконечности, но и так видно, что это алгебра абсурда.

Фактически общепринятая емкость С это время, за которое при фиксированном напряжении накопитель электрической энергии может поддерживать определенное значение тока на нагрузке (ампер часы), но мы почему-то исчисляем ее в придуманных фарадах. Чем конденсатор отличается от других накопителей, да ничем! Достоинство, он при правильной эксплуатации вечен, и не разрушается. Практически мгновенно отдает энергию. Есть еще один накопитель – это индуктивность. Ее отличие от емкости лишь в относительно большем времени накопления и отдачи энергии.

Теперь надо поговорить о работе тока и о мощности.

Принятое сегодня представление о работе тока как о чисто тепловом эквиваленте не является абсолютно верным.

При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = IΔt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу

ΔA = (φ1 – φ2)Δq = Δφ12IΔt = UIΔt,

где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

Если обе части формулы RI = U,

выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножить на IΔt, то получится соотношение

RI2Δt = UIΔt = ΔA.

Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи.

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

ΔQ = ΔA = RI2Δt.

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:

Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Дело в том, что закон Джоуля-Ленца учитывает одно только тепло и не учитывает энергетических расходов на создание магнитного поля вокруг проводника с током. Тем не менее эти затраты входят в него косвенно (в виде полного сопротивления), как например и Томсоновское тепло.

Немаловажное следствие: энергия магнитного взаимодействия является следствием сопротивления проводника прохождению электрического тока, то есть магнетизм есть излучение, аналогичное тепловому, поэтому из закона Джоуля-Ленца следует, что отсутствие выделения какого-либо тепла при прохождении тока автоматически означает отсутствие магнитного излучения, то есть рассеяния!

Таким образом, рассеивается миф о невероятно больших полях, создаваемых сверхпроводниками. Большой расход и постоянная прокачка жидкого гелия необходимая для работы сверхпроводящих устройств говорит о том что сверхпроводники работают в высокочастотном импульсном режиме, на гране перехода: из нормального в сверхпроводящее состояние и обратно. И для исключения катастрофического нагрева в этом режиме и требуется постоянное восполнение жидкого гелия. При отсутствии такого восполнения гелий выкипает с достаточно быстротой, и это сказалось в опытах Оннеса. Магнитное поле возникает только на время нормального состояния. Именно по этой причине не удается и не удастся при помощи сверхпроводящих магнитов создать поля превышающие поля полученные обычными соленоидами.

И фразу приводимую в каждом печатном издании о сверхпроводимости и сверхпроводящей технике: - «Если сверхпроводящая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго.»

Надо сопровождать словами: При условии постоянного охлаждения и восполнения потерь жидкого гелия или другого охлаждающего реагента.

Бесплатной халявы не бывает.

Стоит упомянуть и о том, что мы привыкли считать проводник, как правило, круглым (цилиндрической формы). Закон Ампера, к примеру, не описывает взаимодействие плоскостных (ленточных проводников с током) и не учитывает толщины даже цилиндрического проводника. Теорема о циркуляции Био-Савара не дает расчет для осевого магнитного потока в соленоиде. Существование этого осевого потока более сильного, чем периферийный доказывается в опытах. Подтверждение это эффект шнурования (стягивания) электрического тока внутри соленоида, проявляющийся в электроннолучевых трубках с магнитным управлением. Это безэлектродный разряд.

Поэтому есть смысл в уточняющих опытах с разными проводниками по форме.

Необходимы опыты с соленоидальными катушками (парное взаимодействие) для выяснения количества энергии, затраченного на их взаимное притяжение и отталкивание. Не стоит забывать о динамике. Выяснение скорости перемещения и ускорений катушек позволит привести закон их взаимодействия к ньютоновкому F=ma !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Электризация соприкосновением.

В рамках изложенной модели электризация трением или соприкосновением может быть объяснена следующим образом. Все вещества состоят из атомов и молекул. Отрицательные заряды электронов в точности компенсируют положительные заряды ядер атомов. Поэтому в целом вещество нейтрально, т.е. имеет суммарный электрический заряд, равный нулю.

Однако степень связи электронов в атомах разных веществ различна. При соприкосновении тел часть электронов, слабо связанных с атомами вещества одного тела, переходит к атомам другого. При этом первое тело приобретает избыточный положительный, а второе – избыточный отрицательный заряд. Трение при электризации просто увеличивает число соприкасающихся участков различных тел.

В принципе такое объяснение ничего не дает. Механизма нет. С какой стати электроны от одного атома будут переходить к другому. Следствие не подкреплено действием, т.е. причиной. И как будто есть «не избыточные» заряды. А что это такое – вопрос. А тут в силу существования принципа разделения зарядов в электростатике, на лепестках появится отрицательный заряд. Но простой опыт доказывает, что если убрать заряженный предмет от электроскопа и поднести заряженный от него же пробный заряд, то он притянется, а это и означает, разделения зарядов нет, и энергия передается на весь объем проводника находящегося в электроскопе.

На самом деле почти вся энергия перейдет на проводник, но не вся.

Вещество не может быть нейтральным, по чисто энергетическим соображениям.

И самый главный аргумент в пользу этого существование контактной разницы потенциалов. Каждый атом вещества по-разному, в зависимости от своей собственной энергии и в зависимости от состояния внешней среды взаимодействует с соседними атомами. И по отношению к среде он может быть только относительно нейтрален. То есть он может иметь энергию приблизительно равную энергии других атомов рассматриваемой среды, в которой находится. Но тогда и обмениваться ей можно в минимальных количествах. И именно этим объясняется контактная разность потенциалов. Стоит и заметить, что она зависит от различия в плотности материалов, от площади контакта. От нагрева контактов (эффект Пельтье), освещения, от магнитного воздействия.

Опыт 4.

Мыльные пузыри также электризуются. Но для наблюдения этого явления требуется терпение, т.к. мыльные пузыри быстро лопаются, особенно в электрическом поле. Упрощенный вариант опыта – выдуйте пузырь на горизонтальной поверхности (полупузырь) и медленно подносите заряженную палочку. Вы увидите, как он вытягивается.

Это говорит о том, что нынешний закон Кулона как минимум не учитывает площади взаимодействия. Такой же опыт с мыльной пленкой на кольце так же заставляет ее вытягиваться, но форма будет несколько иной. Сферическая поверхность и плоскость реагируют по-разному. Так же иная реакция, если изменять форму заряженной поверхности и ее площадь. Например, опыт с вогнутым концом проводника или острым концом и мыльной пленкой показывают значительное различие в форме этой пленки. Почему в таких опытах более часто начинают лопаться пузыри. Да это только доказывает связь электрического взаимодействия с электрической природой сил поверхностного натяжения в жидкостях.

Проводники и изоляторы.

Наэлектризуем эбонитовую палочку и прикоснёмся ею к одному концу эбонитового стержня, другой конец которого находится возле легкоподвижных тел, например, кусочков бумаги. Обнаруживаем, что притяжение этих тел к эбонитовому стержню отсутствует. Значит, эбонит не передаёт электрический заряд, т.е. не проводит электричество. Подобные вещества называют диэлектриками или изоляторами.

К металлическому стержню прикрепим эбонитовую ручку, которая не проводит электричество и за которую можно держать стержень. Приблизим конец металлического стержня к легкоподвижным телам, а к другому концу прикоснёмся наэлектризованной эбонитовой палочкой – лёгкие тела притянутся к концу стержня. Значит, металлы проводят электричество, т.е. являются проводниками. Основываясь на опытах такого типа, Фарадей указал способ, с помощью которого заряд проводящего тела можно полностью передать другому проводящему телу. Для этого во втором теле надо сделать полость и внести в нее первое (заряженное) тело. При соприкосновении вносимого тела с внутренней поверхностью полости заряд от него полностью переходит ко второму телу. Внесенное тело можно извлечь из полости и зарядить снова. Внося его в полость второй раз, можно опять передать заряд второму телу.

Мы уже говорили об этом фокусе…не полностью.

Такую операцию можно повторить многократно и сообщить полому телу теоретически сколь угодно большой заряд.

Практически величина заряда лимитируется утечкой электричества из-за ионизации окружающего воздуха. По этому принципу работает электростатический генератор Ван-дер-Граафа.

Генератор Ван-дер-Граафа состоит из полого металлического шара / диаметром несколько метров, укрепленного на изолирующей колонке 2 (рис. ). Движущаяся бесконечная лента 3 из прорезиненной ткани заряжается от источника напряжения с помощью системы остриев 4. С обратной стороны ленты против остриев помещена заземленная пластина 5, усиливающая стекание зарядов с остриев 4 на ленту 3. Другая система остриев 6 снимает заряды с ленты и передает их полому шару. Генератор позволяет получать напряжения до 3—5 миллионов вольт. Он применяется для ускорения электронов и ионов.

Про электростатические генераторы мы расскажем в другом месте более подробно в разделе «ускорители».

Опыт 5.

 Наличие в проводнике сводных носителей заряда.

Шары одинаковых электрометров соединим металлическим стержнем, снабжённым ручкой из диэлектрика. К одному из шаров, например, левому, поднесём заряженную эбонитовую палочку. При этом стрелки электрометров отклонятся. Шары разомкнём и затем уберём заряженное тело. Стрелки обоих электрометров останутся отклонёнными на равные углы. Если эбонитовой палочкой коснуться левого электрометра, его показания уменьшатся, следовательно, он заряжен положительно. Если той же палочкой коснуться правого электрометра, его показания увеличатся, значит, он заряжен отрицательно.

Таким образом, под действием внешнего электрического заряда в нейтральном проводнике произошло разделение зарядов. Отсюда следует, что в проводнике имеются свободные носители заряда. Так как после отделения проводника обе части оказались заряженными противоположно, то, видимо, в проводнике произошло перераспределение свободных заряженных частиц.

В таком случае мы сообщаем обоим шарам по классике разноименные заряды.

Если проводить опыт с использованием электростатического генератора, подав на систему только один провод и затем убрать перемычку и убрать источник потенциала: искры при повторном соединении двух электрометров проводником мы не получим однозначно! А лишь немного опадут листочки. И это только за счет незаряженной проволоки. Видимо дело кроется совсем в другом, дело не в разделении зарядов.

А тут получается натуральный статический диполь из обычного проводника, состоящего из двух одинаковых электрометров и соединительной проволоки, а это то же самое что подносить заряженную палочку к обычному проводящему одиночному шару. На нем то не возникает никакого разделения зарядов. Со всех сторон шара прикрепленные листочки расходятся. То есть в данном случае наблюдаем хорошо замаскированный фокус. Вот еще один пример из учебника Ландсберга.

Значит, индуцированные заряды возникают только на концах тела, а середина его остается нейтральной, или незаряженной. Поднося к листкам, подвешенным в точках а и Ь, наэлектризованную стеклянную палочку, легко убедиться, что листки в точке Ь от нее отталкиваются, а листки в точке а притягиваются. Это значит, что на удаленном конце проводника возникает заряд того же знака, что и на шаре, а на близлежащих частях возникают заряды другого знака. Удалив заряженный шар, мы увидим, что листки опустятся.

Чем такой проводник отличается от проводящего шара или сферы – физически ничем. Только геометрией.

А на нем разделения зарядов не происходит. И если пару одинаковых шаров соединить вместе, то заряд распределится на них поровну и знака не сменит. Это еще Кулон приметил.

Мало того, проводник в этом опыте можно сделать составным и раздвинуть его, листочки в точках а-штрих и в-штрих поднимутся. Здесь таким способом объяснения процесса постулируется, что такой проводник является аналогом магнита или электрета, где невозможно разнести полюса, как не дели первичное тело. Но ведь этого нет на самом деле. В комментарии к опытам 1 и 2 приведено более правдоподобное объяснение. Да и при опыте с сеткой такого якобы разделения не происходит.

Значит все дело в креплении такого проводника и в способе передачи энергии. Листочки опускаются рядом с местом крепления. Это может означать только одно, утечки энергии с проводника в этом месте нет. Но можно провести и уточняющий опыт вместо листочков посредине сделать прилив из проводника в виде острия и уже на него прикрепить листочки и о ужас, листочки раздвинутся… вывод очевиден. А теперь можно взять пятиконечную звезду, зарядить и все листочки будут будут раздвинуты на лучах а во впадинах нет, эффект острия…

Приходится сделать и вывод: существование «свободных» носителей заряда сомнительно! Почему? Да потому, что существование этих носителей, а ими считаются электроны атомов в металлах, подразумевает избыток этих частиц на одном конце проводника и их недостаток на противоположном конце. То есть априори считается, что атомы с недостатком электронов ионизированы положительно. Имеем полный заряд одного знака на диэлектрике, переданный и поделенный на заряды противоположного знака в равной пропорции на проводнике. Таким образом, получаем абсурд с точки зрения закона сохранения энергии, при удалении внешнего воздействия по закону Кулона эти заряды неминуемо должны сблизиться и компенсировать друг друга, но получается обратное, заряд остается или плюсовым, либо минусовым. Это легко проверятся с потенциалами от электростатического генератора.

Получается следующее. Существует явное различие в способе (точнее даже не в способе, а в динамике) передачи энергии от проводников к диэлектрикам и от диэлектриков к проводникам. Проводник в силу хорошей проводимости легко принимает энергию (заряд) и легко отдает. Энергия в проводнике аккумулируется в его полном объеме. Скорость передачи энергии в проводнике велика. Поэтому заметно наэлектризовать проводник трением, чтоб это было заметно, достаточно сложно.

Проверим на опыте, как электризуются металлы, например металлическая линейка. Так как тело человека – хороший проводник электричества, наденьте резиновую перчатку, иначе заряд на линейке накапливаться не будет. Испытание заряженной линейки на султанчике или электроскопе показывает, что металлы плохо электризуются.

В проводниках количество накопленной энергии зависит, прежде всего, от массы. Чем больше масса, тем большую энергию может накопить проводящий объект. Поэтому от маленького проводящего шара энергия практически целиком уходит при касании на шар гораздо большей массы. Остаток трудно обнаружить.

В диэлектрике все сложнее. При трении диэлектрик приобретает энергию только в тех местах, где происходит трение. Из-за плохой проводимости энергия (заряд) вглубь проникает медленно. То есть в основном она сосредоточена на поверхности.

Следовательно, в первую очередь с поверхности и происходит съем или напротив передача энергии при коротком контакте диэлектрика с проводником. Это не означает, что вся энергия тут же и переходит на проводник. Большая часть ее остается в глубинных слоях. Следует упомянуть и о том, что самый верхний слой атомов любого диэлектрика достаточно хорошо проводит электричество в отличие от ниже лежащих. Причина в том, что набрав некий потенциал, эти атомы меняют энергетический спектр. Именно в этом права квантовая механика. Но она никак не смогла применить это к электростатике, которая вся построена на взаимодействии зарядов, а не излучений. В том и беда.

То есть сопротивление нарастает с увеличением толщины. В диэлектриках концентрация энергии происходит на поверхности и только в локальной области, подвергнутой механическому воздействию. Это может быть трение (и не только трение, но и давление, облучение светом, магнитное воздействие) или некое удаленное воздействие высокого потенциала.

Таким образом, ко всему можно добавить, что диэлектрик подолгу сохраняет состояние наэлектризованности поверхности, но и подолгу накапливает. По сути, это сохранение, аккумуляция энергии, потенциала. Чем дольше и сильнее воздействие, тем больший заряд проникает в толщу диэлектрика.

Сверхбольшие напряжения на грани пробоя делают диэлектрик проводящим. Пробой это уже разрушение диэлектрика. Четкую границу между этими двумя состояниями диэлектрика можно определить только экспериментально.

В данном опыте происходит следующее:

наибольшее количество энергии переходит с поверхности на проводящие электрометры. Заряд (энергия) распределяется с некоторыми оговорками (почти) поровну. Убирается перемычка. Убирается источник отрицательного заряда – заряженный диэлектрик. Основной Заряд с его поверхности уже отдан, а в глубине еще хранится потенциал, разделенный от среды слоем из непроводящего в данный момент диэлектрика. Потенциал ушел и свойства атомов или молекул меняются. Но с глубинных слоев наверх медленно потенциал (энергия) перемещается к поверхности. Мы касаемся одного из электрометров, и больший потенциал переходит на верхний, разряженный слой диэлектрика. В этот момент и опускаются листочки. Верхний слой возвращает сравнительно хорошую проводимость и возможность ускоренного стекания заряда из глубинных слоев. Потенциал верхнего слоя резко увеличивается за счет подхода энергии с нижних слоев и приближается к первоначальному значению (но не превосходит его), которое было до зарядки двух электроскопов. И поднося палочку ко второму электроскопу, мы видим, что его показания увеличиваются. А до того, с соединительным проводником) было все пополам.

Это же происходит и с зарядом другого знака, на самом деле с потенциалом, полученным от другого источника, например стеклянной палочки и этот потенциал тоже больше потенциала среды, но не равен потенциалу эбонитовой палочки в силу их разной электрической проводимости (плотности).

Данное действие можно повторить и с первым электроскопом, поднося палочку к нему несколько раз с небольшими промежутками времени. От перемены мест электроскопов результаты не изменятся. А по классике этого якобы нет. Опыт не имеет данного продолжения.

Проще пареной репы. Вывод только один: никакого перераспределения зарядов нет, равно как и самих зарядов. Все дело только в понимании процессов передачи энергии. Энергия не может быть двух видов, положительной или отрицательной. Ее может быть много или мало, также как не может быть отрицательным или положительным само вещество. То есть понятие заряда надо рассматривать как разницу потенциалов и не абстрактную, а относительную. (-) потенциал больший по отношению к среде, а (+) потенциал меньший по отношению к первому.

Принцип относительности и в электротехнике!

И тогда надо менять названия полюсов у источников питания.

Проведите наэлектризованной палочкой над листом бумаги, металлической скрепкой, ножницами – вы услышите легкий треск, напоминающий разряды. То же самое происходит, когда вы снимаете с себя синтетическую одежду. Целый день она терлась о ваше тело – электризовалась, – но электризовалось и ваше тело. Тело получило заряд одного знака, одежда – другого. При разъединении вы слышите характерный треск и ощущаете некоторое покалывание. В темноте можно даже увидеть крошечные молнии. Если вы носите синтетическую шубу, то, прикасаясь к металлическим предметам, ощущаете достаточно сильный электрический разряд.

В одежде из хлопка и натуральных волокон этого не происходит. Ученые определили, что для клеток живого организма вредно находиться в заряженном состоянии. Отсюда вывод: несмотря на удобство и относительную дешевизну синтетической одежды, не стоит ею увлекаться.

И тут дело в другом. Наше тело не является диэлектриком и хорошо проводит. Сплошной электролит. А значит и хорошо электрически взаимодействует с внешней средой, воздухом. Диэлектрическое одеяние (из очень хороших диэлектриков, а может и пироэлектриков? кто проверял?) не только нарушает обменные электрические процессы со средой, но нарушает и процессы, происходящие в нашем организме за счет непредсказуемости точек и величин токов электрических разрядов, возникающих при движении (трении) диэлектрической одежды. Что делать, чтобы этого избежать. Необходимо в состав искусственных волокон включать проводящие нити или пользоваться покрытием типа антистатик, проводящим покрытием. А лучше носить одежду из естественных материалов.

Опыт 6.

В стенке пластмассового сосуда закрепим сопло с тонким отверстием и нальём в сосуд воду. Поднесём к вытекающей из сопла струе наэлектризованную эбонитовую палочку и обнаружим, что струя и капли воды притягиваются к палочке и отталкиваются друг от друга.

Значит, энергию получают, а потом не друг другу же ее сливать у всех хватает, смысла нет, а вот в среду, пожалуйста, там ее меньше.

Опыт 7.

В стеклянный сосуд с трубкой в днище, насыпем немного медных стружек, зальём их азотной кислотой и закроем крышку сосуда. Из отверстия будет выходить бурая струя оксида азота NO₂. Поднесём к ней наэлектризованную палочку и обнаружим, что газовая струя притягивается к палочке.

Эта серия опытов доказывает, что газы, жидкости и твёрдые тела взаимодействуют с наэлектризованными телами и сами электризуются.

Взаимодействуют, энергией обмениваются.

Вопрос, а где в жидкости находится заряд, если мы в банку с водой опускаем заряженный проводник. А в газе, туман например. Электростатика заявляет, заряд вдруг становится объемным. Ну, чем не прелесть эта физика. Интересно, если банку с кислотой зарядить (ну как обычный проводник) в какой стороне банки разделится заряд на плюс и минус? А ведь физически проводник что там, что здесь одинаков. По теории это избыток электронов и он в жидкости уже будет не на поверхности, а в объеме. Тогда что же делать, если металл находится в жидком состоянии. Тоже в объеме заряд или все-таки на поверхности. Ну, буриданов осел не иначе.

Опыт 8.

Электрометр соединен с деревянной палкой проводником, и ее другой конец заземлен проводником. На палке прикреплены листочки. К электроскопу подносится заряженная эбонитовая палочка. Утверждается, что заряд на палке распределен неравномерно.

На самом деле дерево представляет из себя хоть и плохой, но проводник, и в данном случае опыт показывает существование падения напряжения в данной электрической цепи, сопротивление. По сути, это повторение опыта Тесла по передаче электрической энергии по одному проводу. Только никто этого просто не замечает. Но если вместо заряженного электрометра в эту цепь в качестве источника потенциала установить электрет (постоянный источник), вместо дерева установить какой либо измерительный прибор с очень маленьким сопротивлением (амперметр), работающий с высоким напряжением например, 1-10 Кв, то он покажет, что в цепи протекает ток, правда не очень большой величины. Вольтметр прибор с большим внутренним сопротивлением не покажет тут ничего. Разницу потенциалов в такой цепи обычным способом обнаружить невозможно. Но можно зажечь лампочку. Парадокс, и в некотором роде фокус. И дело в том, что разность потенциалов можно оценить лишь косвенно для такой цепи, например, по степени свечения лампы, по количеству тепла ею выделяемого. Подобное выглядит фокусом, не заслуживающим внимания «серьезной» науки, но подтверждено и в опытах Аврааменко.

А ведь Тесла и проводил свои опыты именно с высокими напряжениями. С 220 вольтами этот опыт обречен на неудачу.

Опыт 9.

Одна пластина соединена со стержнем электрометра, вторая, такая же, соединена с его корпусом, заряд сообщается одной из пластин. Утверждается, что при раздвижении пластин увеличивается разность потенциалов, отмечаемая как подъем стрелки электрометра.

А что есть такое – разность потенциалов и что физически она в данном опыте из себя представляет. Да вообще разница потенциалов вещь сама по себе абстрактная. Все до той поры, пока мы не начинаем ее измерять. А измеряем мы попросту интенсивность взаимодействия при большом сопротивлении измеряющего прибора. А прибор этот амперметр, как ни крути. Вопрос только в способе его включения, параллельно или последовательно к измеряемому участку цепи.

В данном случае измеряется не разница потенциалов, а степень сопротивления увеличивающегося воздушного промежутка между пластинами. Энергия всей системы быстро не изменяется. Воздушный промежуток между стрелкой прибора и корпусом не меняется. Все дело в направлении распространения энергетического потока. Когда пластины близко, и сопротивление промежутка меньше чем сопротивление промежутка в приборе, происходит обмен энергией между ними и он интенсивней обмена через прибор. Но как только мы их раздвигаем, сопротивление увеличивается, и основная часть энергии идет через прибор. Стрелка поднимается. Это просто два конденсатора в цепи, один из которых переменной емкости. Электрическая цепь разомкнута. По одному из принципов электростатики электрическое поле одного по знаку заряда первой пластины должно индуцировать в соседней пластине заряд противоположного знака. Другой принцип полагает, что в проводнике происходит разделение зарядов. Вот что получается, если расставить знаки зарядов согласно этим «правилам»… ЧеПуХа! Если это делается по принципу номер два. По принципу номер один тоже нонсенс, заряд должен последовательно индуцировать сам себя. Сказка про белого бычка. За счет чего поднимается стрелка? Разность потенциалов можно оценить, если знаешь величину тока и сопротивление, но а тока здесь нет опять же исходя из электростатических принципов. Или все-таки есть!!!!!!??

Минус ставить уже некуда.

Здесь и эквивалентная электрическая схема. Кто скажет, где тут можно измерить разницу потенциалов.

Но что тут еще интересного, а вот что. Можно на общую точку (если позволяют конденсаторы) подать отдельно потенциал от электростатической машины, покрутить ее, а затем отключить и одновременно разомкнуть цепь. Соединив потом цепь опять, мы получим электрический разряд, электрический ток. А то означает только одно, что внутри цепи идет ток, и он замкнут с противоположным потенциалом через среду. Стоит посмотреть на опыты Фарадея.

См. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ

Пятнадцатая серия (пп. 1749—1795)

Раздел 23. Заключение о характере направления электрической

силы у электрического угря

Опыт 10. из учебника Ландсберга

Ландсберг утверждает, что стрелка всегда занимает положение острым концом к телу вдоль своей оси. Если стрелку повернуть рукой, то она все равно любым и ближайшим острым концом повернется к шару. Так да не так. Стрелка будет уже разряжена.

Продолжим опыт и вместо голой руки используем руку в резиновой перчатке. После поворота стрелки на 180 градусов она уже не вернется в исходное положение. Но, следуя канонам электростатики, она обязана занять совсем другое, и не первоначальное, положение в силу действия принципа разделения зарядов. Рука не голая и не снимает со стрелки заряд. Должно происходить отталкивание и установка стрелки в положение хотя бы близкое к перпендикулярному. Но этого не наблюдается в опыте.

Вывод: разделения зарядов в проводнике не происходит. В общем-то, и опыт сам по себе некорректен. Если мы возьмем вместо стрелки шар, то, судя по ландсбергу при его повороте на некоторый угол шар должен повернуться в исходное положение. Но опять же, попробуйте сами!!!! Нет этого.

Опыт 11. элементарная физика. Ландсберг.

А вот это уже из области открытий: без пламени свечи заряда нет и

листочки не поднимаются. А стоит внести конец проводника в пламя и чудо.

Без заземления так явно эффект не наблюдается. Это не нагрев конца проводника, стоит убрать открытый огонь и листочки падают. Что из этого следует. Происходит передача энергии от области проводника находящегося в пламени через электрометр в землю. Это доказывает существование электрического тока и разницы потенциалов между куском провода в пламени и регистрирующей этот ток частью электроскопа, а также доказывает и существование разницы потенциалов между воздушной и заземленной (корпус) частями электроскопа. И этот процесс является динамическим, а не статическим. Так как фактически происходит обмен энергией между окружающей средой (в данном случае земной атмосферы) и землей. И все что нам надо чтобы узнать о характере этого процесса, это надо измерить величину тока и его изменение, с учетом сопротивления проводящих частей и воздушного промежутка не при малых напряжениях (1-100 вольт), а при больших, порядка 5Кв и более. И при очень маленьких (микроамперы) токах.

А пламя увеличивает интенсивность обмена, сегодня это называют ионизацией газа. На самом деле пламя это «плазма», в которой резко в сторону улучшения изменяется проводимость газа в связи с нагревом. Само пламя (плазменное облако) является проводником, а сама конструкция антенной. Типичная антенна. А что если в эквивалентную цепь включить архиточный микроамперметр?

Как разновидность еще пара примеров:

Как не включай, ничего не изменится. Изменение площади конца проводника и его массы ведет к тому же эффекту, что помещение в пламя. Как все похоже на антенну.

Вибратор Герца.

И особенно на Антенну Попова.

Чисто радиотехническое усовершенствование – колебательный контур.

И уж какая тут электростатика!!!!??? В радиоприеме. Еще один пример - громоотвод.

Опыт 12.

К эффекту внешнего воздействия.

Неправда ли. Аналогия… заменяем банку на заземленный электрометр и имеем то же самое что и в предыдущем опыте. Напомним, что аналогия наблюдается и при возникновении тихого разряда в газах.

1- тока нет,

2 - в пламени ток есть,

3-облучение ультрафиолетом или рентгеновским излучением – ток есть.

Что интересно при использовании УФ и рентгена ток наблюдается даже в глубоком вакууме. А это уже не объяснить электризацией молекул вещества, находящегося в зазоре такого конденсатора. Это уже натуральный фотоэффект. И его рассмотрение пока отложим. Но несомненно одно, от выбора материалов обоих электродов зависит величина тока.

А вот в опыте с дугой и заряженным электроскопом работает не только чистый фотоэффект, связанный с поглощением УФ, но и электризация большого объема воздуха, то есть улучшение проводимости близлежащей среды, в том числе и внутри электроскопа. и листочки падают. А с малым значением потенциала листочки не падают только в силу того, что потенциал не достигает должного уровня, интенсивность излучения от дуги маловата. Да и электрометр не бог весь какой прибор, листочки и стрелки больше чем на 45 градусов то и не работают! Разницы между двумя большими по отношению к среде, но разными между собой потенциалами листочки не покажут, все одинаково будет.

Позднее Столетов в большой статье ещё раз подвёл итоги 1888 года. В двенадцати ясных и лаконичных тезисах учёный объединил главные результаты своих опытов.

Вот эти двенадцать тезисов:

«1. Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд. Смотря по тому, пополняется ли заряд и насколько быстро, это удаление заряда может сопровождаться заметным падением потенциала или нет.

Не уносит. Нельзя просто так излучением унести внутреннюю энергию. Можно ее лишь увеличить.

Наличие уже высокого потенциала+еще больший потенциал приобретенный от внешнего в основном Уф излучения увеличивают проводимость воздуха (по старому ионизирует). Отдельно Уф облучение настолько увеличить электропроводность воздуха не может.

2. Это действие лучей есть строго униполярное; положительный заряд лучами не уносится.

Цинковая пластинка, соединенная с электродами и заряженная отрицательно, освещенная ультрафиолетовым светом, скоро разряжает электроскоп, та же пластинка, заряженная положительно сохраняет свой заряд, не смотря на освещение. При тщательном наблюдении электроскопом большой чувствительности можно заметить, что незаряженная пластинка под действием освещения заряжается положительно.

Заряд «положителен» не в силу названия, а в силу меньшего значения относительно «отрицательного», и большего по отношению к среде. Для меньшего потенциала (положительного) и энергия внешнего излучения должна быть больше. То есть освещенное нейтральное тело все-таки приобретает потенциал и именно этой разницы как раз и не хватает для ионизации.

3. По всей вероятности, кажущееся заряжение нейтральных тел лучами объясняется той же причиной.

Не кажущееся, а действительное, но малое. И это малое составляет не много не мало не вольты, а тысячи вольт.

4. Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ < 29510^–6 м/м). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.

Отсюда вытекает: происходит интенсивное поглощение излучения данной энергии, а это ультрафиолет, значит, данный материал для него достаточно прозрачен. То есть и энергия не отражается, а передается дальше. А это в свою очередь подмачивает вышибание частиц из материала. Скорее отражается свет(излучение) в других диапазонах спектра.

5. Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела. Чем больше поглощение активных лучей, тем поверхность чувствительнее к их разряжающему действию.

Вот и вытекающее из пункта два следствие. При прочих равных условиях. С точностью до наоборот. Чувствительность к излучению данной энергии в данных условиях (без нагрева и других воздействий) уже наэлектризованного материала определяет степень поглощения. Недостаточность наэлектризованности (недостаток внутренней электрической энергии не позволяет материалу (атомам) перейти в соответствующее состояние без усиления внешних воздействий. Или нагревать надо, либо облучать интенсивней. При этом сам материал воздействует электрически на окружающую среду, он излучает!!!

6. Такой чувствительностью, без значительных различий, обладают все металлы, но особенно высока она у некоторых красящих веществ (анилиновых красок). Вода, хорошо пропускающая активные лучи, лишена чувствительности.

Анилин не проводник, цвет преимущественно красный.

Анилин черный состав неизвестен.

Широкий спектр поглощения.

Как выяснилось позже, металлы щелочной группы вовсе не прекрасные проводники именно ультрафиолета.

Интересно как Столетов сумел зарядить воду? И проверить ее заряд. Листочки к воде подвешивал…?

Похоже через телевизор от экстрасенса. Шутка…..

7. Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причём между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.

Ну тут и так все ясно –тихий разряд.

8. Разряжающее действие ceteris paribus (лат. – при прочих равных условиях) пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.

Если энергии не хватает, листочки не опустятся.

9. Действие обнаруживается даже при ничтожных отрицательных плотностях заряда; величина его зависит от этой плотности; с возрастанием плотности до некоторого предела оно растёт быстрее, чем плотность, а потом медленнее и медленнее.

Насыщение и есть усталость. А плотность заряда не есть плотность энергии.

10. Две пластинки разнородных в ряду Вольты металлов, помещённые в воздухе, представляют род гальванического элемента, как скоро электроотрицательная пластинка освещена активными лучами.

Растет при облучении интенсивность обмена из-за увеличения потенциала (энергии) облучаемой пластины.

Аналогично и односторонний нагрев. Эффект Пельтье.

11. Каков бы ни был механизм актино-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества, причём воздух (сам ли по себе или благодаря присутствию в нём посторонних частиц) играет роль дурного проводника. Кажущееся сопротивление этому току не подчиняется закону Ома, но в определённых условиях имеет определённую величину.

Не я назвал этот поток энергии «током электричества»

12. Актино-электрическое действие усиливается с повышением температуры».

Это тоже излучение и оно влияет на характеристики поглощения, а так же и отражения. Можно и сам катод еще подогреть, который в лампе Леннарда.

Опыт 13. Пьезоэффект. Или Электризация давлением.

Кроме рассмотренных способов электризации существует ещё один доступный способ получения электричества – электризация давлением, или пьезоэлектрический эффект (от гр. – давлю). Суть этого явления заключается в том, что при деформации некоторых кристаллов на их противоположных гранях появляются электрические заряды противоположных знаков. Если деформация прекращается, заряды на гранях исчезают.

На рисунке схематически изображена ячейка кристалла кварца SiO₂: положительно заряженные ионы кремния вместе с отрицательно заряженными ионами кислорода образуют симметричный шестигранник.

В силу симметрии расположения одинаковых по модулю зарядов ячейка в целом электрически нейтральна. Кристалл находится между параллельными проводящими пластинами (электродами) – проводниками, соединёнными с проводящими шариками (полюсами источника). В настоящее время вместо кварца используют более доступные и эффективные пьезоэлектрические материалы. В частности, в пьезоэлектрических зажигалках применяется пьезокерамика, полученная спеканием мелких пьезокристаллов, выращенных искусственно.

Ток разряда от минуса к плюсу, и от минусовой пластины к плюсовой. И это легко определить стрелочным прибором. А тут в силу гипотезы разделения зарядов ток в разряднике течет совсем в другую сторону. Проверим, резистор и вольтметр, все верно.

На рисунке показано, как модернизированная пьезоэлектрическая зажигалка может быть использована в качестве источника электричества в демонстрационных опытах.

Пьезоэффект заслуживает отдельного внимания.

Считается что пьезокристалл – диэлектрик. Да. Для слабых напряжений вроде бы и так. А на самом деле? Берем два пьезокристалла, например, от обычной зажигалки, соединяем последовательно и нажимаем. Со второго кристалла снимаем приличный импульс-разряд, что говорит об отличной проводимости диэлектрика. То есть не о пробое, а именно о проводимости!!! Кристалл то не разрушается!! Значит, у него в этом случае значительно уменьшается сопротивление электрическому току. То есть при высоком потенциале, порядка нескольких тысяч, а то и десятков тысяч вольт пьезокристалл на время прохождения импульса становится проводником. Остается только выяснить, каково падение напряжения на кристалле и возможна ли такая проводимость не при импульсном, а при постоянном токе высокого напряжения. Большая уверенность именно в этом.

По поводу пьезоэффекта и других похожих эффектов см. Акустоэлектрический эффект. Пьезоэффект. Обратный пьезоэффект.

Опыт 14.

Пенопласт и прозрачные полимерные плёнки (полиэтилен, целлофан) даже в условиях повышенной влажности хорошо электризуются шерстью. В опытах удобно использовать, например, пенопластовую пластину, вырезанную из упаковки от бытовой техники, и шерстяную варежку. При натирании шерстью пенопласт приобретает отрицательный заряд, в чём нетрудно убедиться, имея мех и эбонитовую палочку. Способ определения знака заряда показан на рисунке (1 и 2 – электрометры с положительным и отрицательным зарядами, 3 – наэлектризованная шерстью пластина пенопласта).

В данном опыте не производится натирания мехом всей поверхности пенопластовой пластины. Иначе и быть не может, так как один конец все равно надо держать рукой, а это равносильно тому, что заряд с этого места уйдет на тело. Поэтому уже заряженный электроскоп частично разряжается на часть незаряженную, а второй дозаряжается от наэлектризованной части поверхности. И никаких плюсов и минусов.

.

Электризация трением или трибоэлектричество.

При трении разнородных физических тел друг о друга они заряжаются равными по абсолютной величине, но различными по знаку электрическими зарядами. Если, например, стеклянную палочку потереть куском шелка, то стекло электризуется положительно, а шелк — отрицательно. Это значит, что со стекла часть электронов перешла на шелк и в первом из них получился недостаток электронов, а во втором — избыток их. Подобный же опыт можно провести с рядом других тел. Так, например, янтарь, сургуч, эбонит при трении их о мех электризуются отрицательно, а мех—положительно.

Знак электрического заряда, получающегося при трении тел, зависит от природы этих тел, от состояния их поверхности и других причин. Поэтому не исключена возможность, что одно и то же физическое тело может в одном случае электризоваться положительно, а в другом — отрицательно. Металлы, например, при трении о стекло и шерсть электризуются отрицательно, а при трении о каучук — положительно.

Следует отметить, что при трении электризуются вообще все тела, но при этом некоторые из них (эбонит, стекло, сургуч) можно держать непосредственно рукой, в то время как другие (главным образом металлы) необходимо закреплять на стеклянной или эбонитовой подставке, иначе электричество на них обнаружено не будет.

Физическая природа явления электризации трением до сих пор полиостью не выяснена, хотя этому вопросу посвящено много работ.

Ни одна из этих работ не рассматривает энергетической стороны проблемы.

Чем лучше диэлектрик, при нормальных условиях, чем больше его диэлектрическая проницаемость, тем лучше он заряжается «положительней» по отношению к диэлектрику с меньшей диэлектрической проницаемостью. Никто не принимает во внимание значения действительной плотности вещества и его пространственной структуры. Посмотрим на состояние дел в трибоэлектричестве.

Способность не только диэлектриков, по и металлов электризоваться при трении впервые установлена В. В. Петровым.

Заряды трения затрудняют выполнение многих процессов в бумажной, текстильной и многих других отраслях промышленности и являются причиной пожаров и взрывов на предприятиях, перерабатывающих органические вещества (нефть, муку, сахар, табак

и др.).

Для предупреждения скопления вредных в этом случае зарядов

трения заземляют проводящие поверхности, повышают проводимость малопроводящих материалов (путем их увлажнения, введения электролитов и т. д.) и ионизируют окружающий воздух (с помощью коронного разряда, ультрафиолетового и радиоактивных источников излучения).

Некоторые кристаллы можно расположить в ряд, в котором при трении двух входящих в него кристаллов каждый предыдущий заряжается положительно, а каждый последующий — отрицательно. Сказанное иллюстрируется «рядом» русского ученого Гезехиуса [94]: (+) алмаз (твердость 10), топаз (твердость 8), горный хрусталь (твердость 7), гладкое стекло (твердость 5), слюда (твердость 3), сера (твердость 2), воск (твердость 1) (—). Гезехиус отмечал, что диэлектрики, расположенные в ряд, становятся в порядке убывания их твердости. У металлов зависимость обратная.

Какая никто не знает.

Гезехиус установил также, что при трении двух химически одинаковых тел положительные заряды получают более плотные тела. Уплотнение достигалось шлифовкой или деформацией (сжатием). Так, например, согнутая эбонитовая пластинка при трении об эбонит дает (+) на вогнутой стороне и (—) на выпуклой.

Что в корне неправильно. Меньший потенциал в силу вогнутости поверхности, а не сжатия материала. Вспомним опыт с сеткой.

При трении диэлектрика положительно заряжается тот диэлектрик, диэлектрическая проницаемость которого больше. Правило это было сформулировано Коэном в конце XIX в. Научное обоснование этому явлению впервые (в 1901 i.) дал Гезехиус, отметивший, что явление электризации трением связано с переходом электронов. Позднее Я. И. Френкель сформулировал теорию двойного слоя [95].

Опять уход в сторону от опытов… да нет никакого слоя, есть контактная разность потенциалов. Чем хуже проводимость, тем больший потенциал и наоборот. В конечном итоге все упирается в удельную плотность вещества, а она в свою очередь зависит от плотности и размеров атомов. Отсюда и зависимость от атомной плотности и размеров (площади взаимодействия) самой контактной разности потенциалов. См. http://fatyf.aiq.ru/density.htm

Металлы при трении о диэлектрик электризуются отрицательно, но если поверхность металла окислена, могут возникнуть и положительные заряды. Порошки, подвергаемые трению, также электризуются. Так, например, сера и сурик, просеянные отдельно через сито, электризуются отрицательно, просеянные же вместе вследствие трения друг о друга электризуются различно: сурик — положительно, сера — отрицательно.

Плотность у окислов другая.

Способность контактирующих минералов и веществ к приобретению электрических зарядов определяется их природой, состоянием поверхности и др.

Физическими величинами, характеризующими процесс образования заряда на минералах при контактной электризации, являются Работа выхода электрона (которую необходимо затратить на преодоление сил, удерживающих электрон в решетке) и контактный Потенциал.

Как уже указывалось, физический механизм контактной электризации недостаточно изучен. Качественно его можно получить, используя представления современной физики твердого тела, в частности зонной теории. За основу принято положение о переходе носителей электрических зарядов от одного контактирующего вещества к другому в результате различия в них концентрации носителей зарядов. Общая концентрация последних в твердом теле (при данной температуре) зависит от его природы, наличия дефектов структуры и состояния поверхности.

Все кроме электронов, правильно и в применении к излучению.

К физическим величинам, характеризующим процесс образования заряда на поверхности минерала при контактной электризации, относятся не только контактный потенциал, но и работа выхода электрона. При исследовании поверхностных свойств минералов применялись экспериментальные устройства и методики измерения экзоэлектронной эмиссии

( еще одну изобрели, и так можно же до бесконечности, например квази блохо-электронная)

и работы выхода электрона минералов диэлектриков с естественной (нешлифованной) поверхностью, что позволило предварительно оценивать возможности процесса электросепарации.

термин то какой мудреный, что это за электрон минералов. (электрон кварца).

При контакте двух различных веществ возникает обмен носителями заряда до установления равновесной концентрации, что и является причиной возникновения двойного слоя электрических зарядов вблизи поверхности контакта. Направление перехода носителей зарядов в общем случае определяется соотношением работ выхода электронов. При разрыве контакта на частицах остаются электрические заряды.

Не менее эффективным способом изменения электропроводности является термическая подготовка. В отличие от реагентной обработки она воздействует в основном не на поверхностную, а на объемную составляющую электропроводности. При термической подготовке различие в электропроводности может быть достигнуто за счет неодинакового изменения объемной проводимости минералов при нагревании. Характер зависимости между температурой и электропроводностью у различных минералов неодинаков. Поэтому каждой минеральной паре соответствует оптимальный интервал температуры, при котором имеет место наибольшая разница.

При выявлении факторов, влияющих на величину трибоэлектрического заряда, нами установлено, что с увеличением температуры и скорости перемещения частиц заряд их увеличивается; с уменьшением поверхности, о которую трутся частицы, заряд последних уменьшается. Заряд частиц зависит от материала и состояния поверхности трения (матовая, полированная и т. п.) и способа натирания (плотность контакта, число мест касания и др.). Знак заряда зависит от вещества частиц и материала поверхности трения.

Олофинский Н. Ф. Электрические методы обогащения. Изд. 4, перераб. и доп. М., «Недра», 1977. 519 с.

Преобразование механической энергии в электрическую энергию происходит при взаимном движении атомов и, следовательно, именно движение служит основной причиной возникновения разницы потенциалов между различными материалами при трении их друг о друга. Разница в плотности веществ определяет направление передачи энергии. Более плотное вещество при трении приобретает по отношению к менее плотному больший потенциал, а менее плотное меньший. Более плотное вещество в принципе (в среднем) определяет и твердость. Отсюда и второй ряд.
Плотность веществ зависит, прежде всего, от плотности атомов химических элементов и только потом от структуры (кристаллического строения) при нормальных условиях. Не все металлы проверялись на этот предмет, и практически нет сведений о трении металла о другой металл. Но существует явление называемое контактной разницей потенциалов. Собственно оно не может рассматриваться в отрыве от окружающей среды, так же как и все процессы передачи энергии. Данное явление наблюдается при контакте двух различных материалов, как чистых, так и сплавов металлов, являющихся проводниками. В двух словах возникновение этой разницы потенциалов зависит от различия в электропроводности материалов. Известно, что в среде, в воздухе и даже в вакууме в различных направлениях взаимодействуют электричество и магнетизм, они то и снабжают энергией вообще все на свете. То есть в той или иной мере происходит электризация вещества. При этом более плотное вещество электризуется больше, мало того потенциал проводящих материалов практически всегда больше потенциала окружающей среды за счет наводимых внешними магнитными воздействиями токов.

Это определяет вообще работоспособность антенных устройств. И наоборот более хорошие диэлектрики приобретают больший потенциал при трении о более плохой диэлектрик.

Результат: цинк с меньшей плотностью зарядится положительно, а медь - отрицательно. электризация трущихся тел тем больше, чем больше их поверхность. Пыль, скользящая по поверхности тела, из которого она образовалась (мрамор, стекло, снежная пыль), электризуется отрицательно.

Это еще раз доказывает необходимость уточнения закона Кулона в части площади поверхностей взаимодействия.

На графике приведены кривые зависимости плотности химических элементов вещества (синий), и электропроводности (красный) от атомного номера химического элемента. Явно прослеживается общая закономерность: чем выше плотность, тем выше и электропроводность. Плотность вообще следует рассматривать более тщательно. См. http://fatyf.aiq.ru/density.htm

Так в чем же сущность трибоэлектричества?

Явление трения возникает, когда на тела действует с двух сторон силы, сближающие их поверхности. Закон Ньютона. При движении тел относительно друг друга по поверхности каждая точка одного оказывает давление на противолежащую точку другого. В силу закона: каждое действие рождает противодействие, поверхности тел сжимаются. Степень сжимаемости поверхностного слоя зависит от свойств упругости материала, от его плотности. Тела имеют определенную степень чистоты поверхности, и на поверхности всегда имеются выступы и впадины той или иной величины. Следовательно, поверхности не абсолютно плотно прилегают друг к другу и в некоторых местах взаимное давление на единицу поверхности больше, а в некоторых меньше. Если две выпуклых поверхности давят друг на друга, то рядом обязательно есть поверхности этого давления не испытывающие. Мы имеем разницу значений давления на различных участках поверхностей. Сила давления изменяет энергетическое состояние атомов, расположенных на поверхности. Одни атомы приобретают энергетический потенциал, другие при этом теряют его или не изменяют. Возникает повод для межатомного обмена энергией. В промежутке между поверхностями всегда присутствует та или иная среда. При плотном контакте эта среда практически не принимает участие во взаимодействии, в противном случае она оказывает сопротивление ему.

И тут надо заметить, обмен энергией не должен производиться некими составными частями самого атома, это попросту нелогично. Увеличение внутренней энергии атома (а атом при оказании на него давления подобен пружине) в квантовой механике принимается как переход электронов с одной орбиты на другую. Такой переход является либо поглощением энергии, либо ее испусканием в виде излучения кванта (фотона) и возвратом электронов на стационарную орбиту. Но так же принято, что атомы теряют и приобретают электроны при прохождении электрического тока. Здесь наблюдается большое противоречие между этими двумя принципами описания процесса передачи энергии. В первом случае взаимодействие происходит при помощи излучения, поглощения и излучения безмассовых частиц (фотонов света), во втором случае это потеря атомом своей уже материальной части, имеющей массу. Вопрос об изменении внутренней энергии атома при такой потере почему-то вплотную не рассматривается. Например, при прохождении тока явно эта энергия увеличивается за счет нагрева. Чем в проводниках передается эта тепловая энергия, конечно «горячими», «Свободными!» электронами и они при своем свободном движении излучают кванты, а в какую, скажите пожалуйста, конкретно сторону можно излучить один квант! При этом не сам атом в целом, а именно электрон излучает свет. То есть механика передачи энергии сведена до абсурда. Кто и кому передает энергию, а бог его знает. В принципе наплевать. А это наводит на интересные мысли о действительной природе электрического тока. Не чисто ли это излучение энергии, да еще и в виде неравномерных потоков неких чрезвычайно малых материальных образований (сегодня они называются квантами) и является электрическим током, электрическим взаимодействием между атомами в целом. А точнее, не свет ли (излучение) различной энергии является этим самым носителем тока, а не электроны. Что самое интересное, если принять это в качестве отправной посылки, становится очевидно, что все процессы передачи энергии в любом виде сводятся к единому механизму достаточно просто. В другом месте мы это покажем на примерах рассмотрения большинства физических эффектов с такой позиции.

На данном этапе предположим, что именно излучение и является электрическим током. Раз это излучение, то атом в некотором роде становится аккумулятором энергии. То есть в зависимости от собственных свойств и от свойств соседних атомов, точнее от свойств среды, происходит обмен энергией. Раз это излучение, то не безразлично, в какой среде оно передается, в среде вакуума, где вещества почти нет либо в самом веществе. Просто важна плотность этой среды, степень наполненности ее либо веществом, либо самим излучением. Эта плотность определяет сопротивление прохождению излучения заданной энергии. Плотность определяет и расстояния, на которых энергия может передаваться скачкообразно от атома к атому, либо это медленный переход этой энергии от атома просто в среду заполненную излучением, а там рассеяние излучения на излучении. (Пресловутое реликтовое излучение.) Квантовая механика сегодня приписывает такую передачу энергии квантам, называемыми: фотон, гравитон, гамма-квант и пр., частицам, не имеющим массы. Спорный вопрос. Короче атомы вещества при поглощении или излучении света определенной энергии меняют свои свойства как скачкообразно, так и непрерывно в зависимости от энергии потоков света. То есть свет это способность атома передавать энергию. В том числе и видимый свет. А изменение внутренних свойств атомов является причиной изменения энергетического спектра, как излучения, так и поглощения, а так же не принимаемого сегодняшней физикой процесса обратного излучения и рассеяния света на свете называемого отражением, и рассматриваемого как чисто оптическое явление. Вообще классика серьезно не рассматривает изменчивости спектров в зависимости от внешних воздействий. Вся оптическая спектроскопия в основном определяет эти спектры в статичном состоянии, в газообразном нагретом виде. Получается с одной стороны, что спектр изменчив (всевозможные эффекты расщепления спектров), с другой стороны статичен – оптика. Отсюда непонимание истинных причин возникновения смещения и изменения ширины спектров, приписываемое чисто эффекту Доплера. Как будто от изменения давления, температуры, внешних потоков излучения собственные спектры не меняются. А зависит все лишь от скорости движения. Так и Хаббловское красное смещение выдается за безоговорочное убегание звезд.

Так вот, изменение давления в отдельных точках соприкосновения поверхностей ведет к локальному изменению внутренней энергии атомов. Эта энергия является излучением и при преобладающем направлении потока этого излучения и соответствующей энергии скорости и плотности воспринимается нами как электрический ток. Собственно и само механическое давление есть передача энергии посредством такого взаимодействия.

Видимое отсутствие тока при повышении внутренней энергии какого-либо тела трактуется как появление заряда. А действие это заряда на другие тела трактуется как действие электрического поля этого заряда. При этом сама передача энергии классической физикой и тем более квантовой механикой рассматривается очень туманно.

Поэтому явление трибоэлектричества не имеет должного и логичного объяснения.

В нашем случае, возникновение видимого электрического разряда не является единственным средством передачи энергии в газообразной среде.

Излучение тепла и тока в этом случае процесс одной природы, это излучение различной по качеству энергии. Если копнуть еще глубже это, скорее всего излучение потоков неких мельчайших энергетических образований, имеющих как различную массу, так и скорость, а так же и различную плотность этих потоков и направление движений. А это то, что мы сегодня хотим представить «светоносным эфиром» средой. То есть атом все время находится в среде этих излучений, воспринимает их и сам излучает, причем как скачкообразно так и непрерывно в зависимости от собственного состояния, так и такой среды. то есть ни о какой-то статичной и раз и навсегда определенной квантовости и речи быть не может.

Локальные неоднородности внешнего давления создают уплотнения на поверхности несущие больший потенциал, чем окружение. Электрический (вопрос, а не видимый свет, ультрафиолет ли это и не рентген ли это с увеличением разности потенциалов является электрическим током) и далее либо тепловой, либо рентгеновский, ультрафиолетовый и пр. пр. пр. в любом случае этот потенциал энергетический и в зависимости от сопротивления окружения этот потенциал и распространяется по телу и в среду в виде потоков излучения различного свойства. Для электрического тока проводники являются более или менее прозрачными для такого излучения. Эта мера прозрачности и есть сопротивление. Чем больше сопротивление, тем медленнее энергия проникает внутрь. Деление на диэлектрики и проводники чисто условно. При статической разнице потенциалов это еще можно сделать, но если разность потенциалов растет, мы наблюдаем скачкообразное изменение проводимости среды то в большую, то в меньшую сторону. Сегодня это трактуется как потенциал ионизации. То есть только в узких рамках соблюдается закон Ома. Так вот чем больше плотность, как ни странно тем проводимость лучше. Но и плотность с увеличением энергии имеет свойство меняться и в меньшую сторону (расширение) отсюда и скачкообразное изменение проводимости. Квантование. «Твою в дивизию», никак более ясней не выходит.

Квантование не в смысле квантовой теории.

Пологие восходящие участки на вольтамперных характеристиках (приведена логарифмическая ВАХ электрического разряда в газах),

говорят о очень малом изменении состояния молекул в газе до критической точки, когда это состояние меняется скачкообразно (первый пик кривой) и молекулы резко меняют свои спектральные характеристики, увеличивается или уменьшается (для S-ВАх) проводимость (нисходящий участок). И с повышением напряжения это продолжается до определенного состояния следующей критической точки, после чего опять следует изменение состояния.

Данная пульсация возможно будет продолжаться и дальше при увеличении напряжения. Просто этого никто еще не делал с разрядами в газах (технически достаточно сложная вещь). В твердых телах повышение проводимости на втором пике означает механическое повреждение, пробой.

К великому сожалению автору не удалось найти работ посвященных спектральному анализу газов подвергнутых такому воздействию.

Таким образом декларируемое отрицательное дифференциальное сопротивление (не иначе как искусственный прием) является констатацией факта нелинейной зависимости сопротивления проводящей среды от напряжения. Что позволяет использовать закон Ома только для прямых восходящих ветвей ВАх.

У проводников скорость распространения тока достаточно высока, поэтому какой никакой потенциал можно снять в любой точке тела. У диэлектриков эта скорость мала и потенциал быстро можно снять только с малой части (места касания) поверхностного слоя атомов. При этом и получение диэлектриком энергии от давления достаточно медленный процесс. То есть диэлектрик получает и аккумулирует энергию в локальных поверхностных областях, где это давление оказывается. А проводник в среднем по объему тела. Трение предусматривает относительное движение поверхностей, а значит и быструю смену локальных точек давления и возникновения повышенного потенциала. Чем больше поверхность соприкосновения и количество точек, где оказывается усиленное давление (шерховатость) и чем больше скорость движения, тем больший потенциал можно накопить. Увеличение давления ведет к уплотнению материала, а следовательно к изменению электропроводности. Поэтому явно видно из опытов с диэлектриками явное увеличение энергии на сжимаемых участках – изменяется их проводимость и в лучшую сторону.

К слову, различие в плотности атомов и кристаллов, является истинной причиной возникновения контактной разницы потенциалов. В конечном итоге все упирается в изменение энергетического спектра атома, как при излучении, так и при поглощении, а следствие этого и термоэффекты.

В общем мы не определились только с качеством излучения. А что это за свет такой. Да всякий. Любой, для которого прозрачен конкретный материал. Материалов много, света различных энергий тоже не счесть. Вывод это шум. Белый свет разновидность такого шума. УФ излучение наиболее яркий и энергичный представитель у большинства металлов. Почему, обсудим и это, но в другом месте.

Отдельный вопрос - электреты.

Общие сведения из энциклопедии.

диэлектрики, способные длительное время находиться в наэлектризованном состоянии после снятия внеш. воздействия, вызвавшего поляризацию, и образовывать вокруг себя электрич. поле; электрич. аналоги постоянных магнитов.
В качестве Э. используют монокристаллические (напр., галогениды щелочных металлов, корунд, сера) и поликристаллические (титанаты щел.-зем. металлов, фарфор, керамика, стекла, ситаллы и др.) диэлектрики, полимеры (гл. обр. гомо-и сополимеры тетрафторэтилена, поливинилиденфторид, поликарбонаты, полиметилметакрилат, полиамиды), а также воски (пчелиный и карнаубский) и прир. смолы.
В зависимости от способа поляризации Э. разделяют на группы. Термоэлектреты поляризуются при нагр. диэлектриков в электрич. поле до т-ры Т_п, при к-рой полярные участки могут ориентироваться достаточно быстро. При последующем охлаждении в электрич. поле до нек-рой т-ры Т_к подвижность полярных участков "замораживается" и они длит. время находятся в ориентированном состоянии с остаточной поляризацией Р₀, величина к-рой прямо пропорциональна диэлектрич. проницаемости: где(Е_п - напряженность внеш. электрич. поля; и- диэлектрич. проницаемость соотв. при т-рах Т_п и Т_К).
В полях высокой напряженности происходит также инжекция носителей зарядов (электронов, дырок), к-рые образуют поверхностные заряды со знаком, противоположным знаку поляризационного заряда. Эффективная поверхностная плотность зарядов составляет где- инжектированный заряд.
Поляризацию проводят также приложением электрич. поля высокой напряженности (электроэлектреты), в коронном разряде (короноэлектреты), облучением пучком заряженных частиц (радиационные электреты), совместным воздействием электрич. поля и электромагн. излучения, напр. света (фотоэлектреты). В отсутствие внеш. электрич. поля Э. получают при мех. деформации полимеров (механоэлектреты), при трении (трибоэлектреты), хим. сшивке и полимеризации (хемоэлектреты).
Деполяризация Э. при нагр. сопровождается возникновением токов термостимулированной деполяризации (ТСД), измерение к-рых позволяет с высокой чувствительностью определять т-ры и характеристики релаксационных явлений диполей (см. Термодеполяризационный анализ).
Макс. величина и ее неизменность во времени определяется не только хим. строением и электропроводностью диэлектрика, но и св-вами окружающей среды, напр. пробивной прочностью воздуха, наличием вблизи заряженной пов-сти противоэлектрода, на к-ром индуцируется противоположный заряд.
Кроме обычных Э., обладающих противоположными знаками зарядов с разных сторон (биполярные Э.), известны т. наз. моноэлектреты, представляющие собой, напр., полимерные пленки (пластины) с зарядом одного знака с обеих сторон. Для таких диэлектрич. пленок толщиной 10 мкм при комнатной т-ре= 5 х 10^-4 Кл/м²; стабильность зарядов Э. во времени достигает десятков лет.
Э. применяются в качестве источников постоянного электрич. поля в электретных микрофонах и телефонах, виброметрах, датчиках давления, фильтрах, дозиметрах, устройствах электрич. памяти; фотоэлектреты используются в электрофотографии (см. Репрография).

Лит.: Электреты, под ред. Г. Сесслера, пер. с англ., М., 1983; Лущейкин Г. А., Полимерные электреты, 2 изд., М., 1984. Г. А. Лущейкин.

Егучи получал электретные материалы из смеси смолы карнаубской пальмы и воска. Нагрев смесь до расплавленного состояния Егучи подал на нее напряжение 10 кВ, после застывания таблетка электрета сохраняла электростатический заряд высокой напряженности в течение нескольких часов. Современные электреты могут сохранять заряд до 100 лет, величина заряда достигает 5*10-8 Кл/см2 .

Вопрос, кто это проверил, если активная работа с электретами насчитывает чуть больше 50-ти лет.

Рис.1 Схема опыта Егучи:
1. Накладной металлический электрод
2. Металлическая банка

  По современной классификации этот электрет относится к классу термоэлектретов. В настоящее время электреты получают из таких материалов как: - политетрафторэтилен (макс. поверхн. потенциал = 527 В);

полиметилметакрилат (3965 В);

рутиловая керамика;

смолы;

воск;

полимеры;

титанаты щелочноземельных металлов.

Электреты также можно получать из растворов органических веществ в летучих растворителях.

Надо подметить несколько особенностей электрета.

Вообще говорят, как не дели электрет на части, свойство не пропадает, как и у магнита. Но в тоже время и говорят о существовании моноэлектретов из тончайших полимерных пленок, где заряд одной полярности располагается на обеих сторонах пленки.

Это явное заблуждение. Просто толщина пленки настолько мала, что она моментально электризуется насквозь, а не только по поверхности практически сразу при внесении в «поле» заряженного тела. А разницу потенциалов у самой пленки заметить (измерить) довольно сложно. Она невероятно мала. Тонкие пленки нельзя считать чистыми электретами и причина этого кроется в принципе накопления электрической энергии в диэлектрике. Такая пленка будет прилипать почти к любому телу. А две одинаковые пленки будут отталкиваться друг от друга в лучшем случае только в вакууме и при отсутствии заметных потенциалов, хотя и это на вряд ли.

Тонкая пленка диэлектрика с металлическим напылением, а точнее с напылением хорошего проводника является аналогом плохого p-n перехода.

Тонкий либо толстый напыленный электрет лишь технический способ регулирования параметров этого перехода, как по току, так и по напряжению.

Небольшое замечание, потенциалы на разных плоскостях электрета не равны по величине. И оба отличны от потенциала внешней среды. Они оба больше потенциала внешней среды.

Ориентация у электрета в зазоре конденсатора такая же, как и у магнита по отношению к разноименным полюсам двух других магнитов.

Причина эффекта кроется в следующем. При нагревании и других способах воздействия изменяется внутренние свойства атомов и молекул, из которых он состоит. Меняется свойство самого материала, меняется его электропроводность. Несомненно, электрет при повышенной температуре и значительной (20кВ) разнице потенциалов, которая снимается только после его остывания, на это время становится достаточно хорошим проводником. И его разница потенциалов соответствует падению напряжения в области между электродами и нагретым веществом между ними, к которым подведены эти киловольты. То есть энергия, проходящая через диэлектрик, и составляет основу энергии, которая потом излучается при его возврате в нормальные условия. В общем, это и определяет разницу потенциалов, которая снимается с электрета в «замороженном» состоянии.

Таким образом, энергия не совсем равномерно распределяется по всему объему электрета. При переходе в нормальное состояние эта энергия расходуется достаточно медленно, как в обычном диэлектрике. И механизм расходования уже был представлен. Это обуславливает «старение» электрета.

Короче, нагревание и электризация разные процессы. Но тесно связанные друг с другом. При нагревании электризуются все атомы и молекулы образца, чем ближе к минусовому электроду тем больше. Остывание не приводит к сбросу электризации, поскольку остывание в другую сторону меняет свойства атомов и молекул и проводимость их уменьшается. Можно сказать, что электричество вмораживается, но это неправильно. Медленно но верно процесс обмена со средой идет. Так вот, на минусовой стороне электризация больше чем на плюсовой только по причине сопротивления образца току между высоковольтными электродами. Ток течет господа и не маленький. А измерить то его вам и не удается.

Если на минусовой стороне еще и металлизировать, то после остывания мы получим отличную проводящую поверхность. Откуда больше стекать в среду будет? С просто диэлектрика - в среду. Или с диэлектрика в металл, а потом в среду, ответ очевиден, металл имеет преимущество по случаю лучшей проводимости. Продолжим.

А усиленное стекание см линию 3 на графике приводит к сравниванию потенциалов минусовой и плюсовой стороны, а затем и к изменению знака разности и потом до нуля. Причем одна часть электрета будет давать потенциал, а минусовая уже нет.

Это и есть смена знака полярности приписываемая гетерозаряду.

Если напыление металлического электрода с двух сторон, то данное явление можно наблюдать, если минусовой электрод соединен или близко находится от массивного проводящего тела.

И это Явление наблюдается, если металлизированная сторона только плюсовая.

Наличие разности потенциалов во всей массе электрета объясняет и возможность деления его на части, поскольку любая часть вплоть до атома и молекулы будет иметь разницу потенциалов, то есть представлять из себя диполь, ориентированный в ту сторону, с которой происходит наибольшая утечка электрической энергии. В данном случае это при гетерозаряде (проводящее покрытие) это минус до выравнивания потенциалов, затем плюс. При гомозаряде (обе стороны в одинаковых условиях) это ориентация на минус постоянно. А при заряде будет происходить ориентация от минусового электрода к плюсовому, поскольку через диэлектрик будет идти ток.

Деление электрета на части уменьшает срок его службы и уменьшает разницу потенциалов, которую можно с него снять.

Чем больше объем электрета, тем дольше он «стареет», и тем больший потенциал можно снять с него. Разница потенциалов определяется его сопротивлением при зарядке, то есть длиной и массой будущего электрета, а также и прикладываемой разностью потенциалов.

Большое значение имеет способ включения электрета в электрическую цепь.

Можно сделать электрет в виде параллепипеда и снимать напряжение со всех его противолежащих граней. Но величины этих напряжений прогнозировать достаточно трудно из-за сложной зависимости (нелинейной) боковой утечки энергии от площади, от степени внутренней электризации, от недетерминированности обмена с внешней средой.

Релаксация электрета это восстановление разницы потенциалов после разряда (короткозамкнутое соединение). Время восстановления зависит от проводимости электрета, от его толщины, от степени заряда, от наличия плотно прилегающего металлического электрода или другого проводника. С поверхности энергия уходит почти моментально(все зависит от проводимости среды), а из внутреннего объема энергия поступает медленно.

Так что в принципе термическое воздействие, с одновременной накачкой высоковольтным потенциалом дает самые лучшие результаты. Важно обеспечение чистоты поверхностей и плотности сопряжения без участия посторонних сред.

Термополяризационный эффект.

Аналог электретного эффекта, но при малых напряжениях (несколько вольт).

Для простоты при демонстрации используется керамический диэлектрик между обкладками конденсатора. В нормальных условиях тока нет. При нагреве конденсатора до 400-500 градусов Цельсия амперметром, последовательно включенным в цепь, регистрируется ток. После остывания конденсатора ток пропадает. Классика не дает убедительного объяснения, целиком сваливая эффект на физически необъяснимые факторы.

В основе термополяризационного эффекта лежит зависимость времени релаксации   молекулярной поляризации от температуры T:

,

где W - энергия активации трансляционного или ориентационного движения молекул диэлектрика;

 - множитель с размерностью времени, слабо зависящий от температуры T.

Приведенная зависимость может быть обусловлена температурной зависимостью вязкости диэлектрика, наличием потенциальных барьеров между различными ориентациями полярных молекул, термическим освобождением связанных электронов или ионов и т.п. При комнатной температуре электрическое поле не вызывает заметного изменения поляризации диэлектриков, так как  велико. При повышении температуры диэлектрика поляризация быстро нарастает и достигает стационарного значения, которое определяется напряженностью электрического поля.

Какие потенциальные барьеры… что за термическое освобождение, амнистия, что-ли?

Где токи и напряжения, откуда движение молекул, да еще в керамике, кто его зарегистрировал? Что это за время такое, откуда энергия и кто ее считал.

Что за трансляционное движение? А это толмач носится от иноземца к князю, до трона и обратно, транслирует мат перемат в мову закордонную...

Эффект основан на изменении внутренней энергии молекул диэлектрика. На изменении спектров поглощения, отражения и излучения в связи с изменением температуры. Факт, что диэлектрик становится проводником. И проводимость легко объясняется с позиции излучательного процесса, а не перемещения электронов. В цепях с малыми разностями потенциалов это действительно нехорошо. Но при больших напряжениях, таким образом изготавливаются электреты. И эффект количества переходит в качество. Дело не в пресловутой поляризации, а в том что молекулы и атомы проводят ток, поглощая излучение, переизлучают, отражают. Весь процесс это сопротивление прохождению излучения.

Вообще… кварцевый конденсатор никто не нагревал?

А стекло просто под пламенем свечи отличный проводник. Это тоже поляризация? Не так все в классической электродинамике. В Физике не так…

Гомозаряды и гетерозаряды.

Фантастика. Названия то, какие. А ларчик просто открывается.

Если потенциал на заряжаемой поверхности одинаков с потенциалом самого заряжающего электрода то это гомозаряды. Они отталкиваются. Если потенциал меньше потенциала заряжающего электрода, то это гетерозаряды и они притягиваются. Из гост

Гомозаряд электрета Гомозаряд	Заряд электрета, знак которого совпадает со знаком заряда формирующего напряжения на прилегающем электроде
Гетерозаряд электрета Гетерозаряд	Заряд электрета, знак которого противоположен знаку заряда формирующего напряжения на прилегающем электроде

Возьмем обычный аккумулятор. Чтоб его зарядить, мы минус зарядного устройства соединяем с минусом аккумулятора, а плюс с плюсом. При разряде имеем нормальную картину. Это гомозаряд.

А теперь что будет, если включить наоборот, ток идти будет. Заряда аккумулятора не произойдет. Последовательное подключение двух источников. Это увеличение разницы потенциалов. Не емкости. Что будет если минус поставить на землю. Банальный разряд, что интересно, можно после того как стрелка вольтметра на клеммах упадет до нуля, перевернуть вольтметр и стрелка опять покажет напряжение. Вот вам и гетерозаряд.

Заранее напылив на образец металлический электрод, и погрузив противоположную поверхность в электролит, подадим высокое напряжение в течение длительного времени. Затем уберем электролит и снимем напряжение. В результате получим электрет с заданной исходной разницей потенциалов. С тем же падением напряжения что, и на заряжающих электродах. Естественно, если брать разные материалы то эффект может быть разным.

Гомозаряды преобладают у неорганических (керамических) материалов и органических неполярных диэлектриков, гетерозаряды — у органических полярных диэлектриков. Время жизни электретов может достигать в нормальных условиях нескольких лет, но быстро уменьшается с повышением температуры и влажности за счет освобождения и нейтрализации носителей заряда, захваченных ловушками.

Что такое полярный и неполярный диэлектрик? Вообще, что такое диполь? Как взаимодействуют диполи.?

И с этим тоже надо все поставить с головы на ноги… см. часть 2

Конец 1-й части

Часть вторая

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики (ч. 2) - Электричество и магнетизм.

Здесь приведен еще один пример как задачка:

Даже по классике ответ неоднозначен, поскольку существует еще опыт аналогичный этому, это униполярный генератор Фарадея, только вместо немагнитного диска магнит и медный диск, а вместо электроскопа гальванометр. С определением полярности вопросов не возникнет и при малом напряжении.

И ток уже зависит от направления вращения медного диска. Кстати, это двигатель тоже.

Если вместо электроскопа приделать электростатический генератор, получим вращение, которое никакими электронами не объяснить. У закона Лоренца есть одна заковыка, вращение электрона в магнитном поле только вправо, что не позволяет объяснить левого вращения диска.

Дополнение, найдено еще несколько опытов с вращением.

Л.И. МАНДЕЛЬШТАМ
ЛЕКЦИИ ПО ОПТИКЕ, ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
И КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ

М.: Наука, 1972

ВТОРАЯ ЛЕКЦИЯ (19. XII 1933 г.)

Как свидетельствует Л.И.Мандельштам, Вильсоном был выполнен и такой опыт: "... он заставлял вращаться полый цилиндр из незаряженного диэлектрика в магнитном поле, направленном по оси (рис.4).

Рис.4. Схема опыта Вильсона

К металлическим обкладкам цилиндра присоединялся электрометр, который показывал, что при вращении цилиндра между обкладками появляется напряжение” [1].

А это говорит в пользу того, что генератор Фарадея может быть изготовлен из различных материалов, а не только из меди, Материалов, сопротивление которых можно варьировать.

Таким образом, оговорка о слишком малом напряжении, снимаемом с генератора ликвидируется. Можно даже комбинировать материалы, часть диска медного, часть с высоким сопротивлением, то есть многослойным или секционировать наподобие электростатического генератора. Что и подтвердилось в опытах. вращение стеклянного диска в обкладках из меди дает потрясающие результаты при использовании постоянного магнита достаточной силы и диаметра, искрой варить можно.

Фатьянов А.В. 20.04 2009 Спб. Часть 2-я 2017 июль

Fatyalink@mail.ru

В начало на лист изменений

Free Web Counter