К ВОПРОСУ ОБ
ОДНОРОДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЕЙ.
Однородное
электрическое поле
Классическое определение:
Это такое поле, во всех точках которого
напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление.
Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно
заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются
прямыми одинаковой густоты (рис. 1.).
Рис. 1.
Вопрос: Являются ли силовые линии отражением
действительного взаимодействия двух различных по величине электрических
потенциалов, сообщенных пластинам конденсатора?
Приведем
доказательства того, что этого нет на самом деле.
Простейший опыт с
распылением мелких частиц между пластинами конденсатора. См. опыт
Добронравова-Иоффе, Опыт Иоффе.
(рис.2)
Рис. 2.
Опыт Иоффе и аналогичный опыт совместно с Добронравовым
ставился в основном для подтверждения данных по фотоэффекту, но и без освещения УФИ или РИ пространства между пластинами оба
опыта показали, что одним только изменением разности потенциалов и полярности
подключения можно не только удерживать частицы в стационарном (подвешенном)
состоянии, но и заставлять их двигаться от отрицательной пластине к
положительной со значительным ускорением, превышающим ускорение свободного
падения. Это означает, что напряженность поля не одинакова по всему объему
между пластинами и с увеличением разности потенциалов растет в сторону
отрицательной пластины. Как показывает закон Кулона, сила взаимодействия между
пластинами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, а значит,
такому же закону подчиняется и напряженность. Сила, действующая на частицы
находящиеся в таком поле, также подчиняется закону Кулона. Неправильно было бы
думать, что «нейтральная» частица, попавшая в промежуток между пластинами
заряженного конденсатора, не приобретает потенциала. Опыт наглядно
демонстрирует: управляя разницей
потенциалов, можно управлять и положением частицы, а значит и ее потенциалом.
Основной вывод из
этого это заключение о неоднородности такого поля вообще и о неправильности
представленного выше определения в частности. Густота силовых линий является
понятием виртуальным и лишена вообще какого-либо физического смысла, поскольку
в действительности их нет.
На самом деле существует некий поток энергии,
аналогичный фонтану воды, в котором находятся частица. И на нее действуют
те же законы, что и в классической
механике, по крайней мере, качественно.
А тогда есть смысл говорить об однородности
потока энергии, а не поля. Где-то поток сильнее, где-то слабее. Поле вещь
абстрактная, а поток энергии вещь вполне
реальная.
То есть, будь то
частицы вещества либо излучение, суть дела не меняется.
Разницу энергий у
пластин тогда с успехом можно представить разницей ее потенциалов, а не
зарядами, совершенно также как представлено это разницей давления у фонтана у
начала струи и в конце. И от понятия напряженности можно отказаться. Вполне
достаточно напряжения (то есть обычной разницы электрических потенциалов).
Поскольку в любом
случае между пластинами присутствует вещество как среда или вакуум определенной степени разряжения (тоже
среда), есть смысл говорить о сопротивлении и падении напряжения.
Представленный рис. 1, взятый из одного из
учебников вообще неверен, поскольку
уже с точки зрения
электрического тока силовые линии должны быть направлены в другую сторону, от
минуса к плюсу, как и положено идти току. Правда обозначение плюс и минус, и
направление тока, выбранные с потолка (опыты Мандельштама-Пападекси,
Тоулмена-Стьюарта) логически неверно отображают направление передачи
электрической энергии, хотя бы по аналогии с передачей энергии тепловой. Плюс - большой потенциал, минус – маленький и
передача энергии лт большего к меньшему (2-закон термодинамики).
Далее представляется
иная трактовка взаимодействия.
Рис. 3.
U1- потенциал отрицательной пластины,
U2- потенциал положительной пластины,
U – потенциал частицы.
U1- U -падение напряжения (разница потенциалов) на
воздушном или ином промежутке между отрицательной пластиной и частицей.
Красными треугольниками
показано уменьшение взаимодействия между пластинами.
Движение частицы в таком случае означает не действие каких-то сил
электростатического поля, а реальной силой электрического тока, пускай не
большого, но вполне регистрируемого, компенсирующего или превосходящего
действие силы гравитации.
Отсюда немаловажный вывод: электрический ток в промежутке между
пластинами оказывает давление на находящееся в нем вещество, так же как
оказывает давление поток энергии (в частности свет, давление света в опытах
Лебедева). А также см. втягивания
эффект. В общем виде можно постулировать частный закон: любое излучение оказывает давление на
отражающую поверхность, в то же время две поверхности, одна из которых
излучающая, а вторая поглощающая притягиваются.
Хотя от понятия поля действия сил можно и не отказываться в силу
исторических сложившихся привычек.
Возникает вопрос о носителях электрического тока – электронах.
Действительно ли это так на самом деле? Имеется множество оснований для того,
чтобы сомневаться в этом. И соображения по этому поводу будут высказаны в
другом месте.
Существует ли некое действие сил вне объема такого конденсатора, как
показано на рис.1? Да существует, если конденсатор надежно не заизолирован от
внешней среды или близких больших потенциалов.
В заключение об однородности.
Относительно однородным электрически
следует считать поток энергии приблизительно равномерно распределенным между
двумя поверхностями, все противолежащие точки которых расположены на одинаковом
расстоянии друг от друга, а пространство между ними заполнено любым однородным
веществом, в той или иной мере проводящим электрический ток или вакуумом
определенной степени разряжения.
Рис. 4. Примеры поверхностей,
обеспечивающих однородность потока.
Краевые эффекты создаются не только
электрическим потоком, но и магнитным потоком создаваемым им. По краям
совместный поток особенно неоднороден в силу этой причины и другой, о которой
стоит поговорить отдельно. Эта причина обусловлена более интенсивным стеканием
энергии (в классической физике это стекание заряда с острия) с выступающих
острых частей за счет большей площади самого острия по сравнению с ровной
частью.
Неоднородное взаимодействие можно было бы сильно упрощенно представить в
виде: рис. 5-1, 5-2.
5-1 5-2 5-3 5-4
Рис. 5.
Хотя и в данном случае все зависит от
расстояния и совпадения площадей и форм взаимодействующих поверхностей. Чем
меньше дистанция, тем более однороден поток на наименьшей площади его сечения.
Аналог – фонтан. Наибольшую неоднородность имеет конфигурация рис. 5-3.
В соответствии с законом Кулона,
имеющим обратную квадратичную зависимость силы от расстояния, представляется,
что наилучшей формой для обеих пластин является параболоид вращения рис. 4-4, аналогично включенный рис. 4-1.
В дополнение к вышесказанному: закон Кулона справедлив только для
точечных, и что главное сферических тел. Он не рассматривает взаимодействия
поверхностей. Это взаимодействие подменено кучей теорем, не отражающих в полной
мере его физической сущности. В настоящее время сила взаимодействия зарядов
никак не связана с силой электрического тока и это главный недостаток
электродинамики, который необходимо (давно пора) ликвидировать вместе с самим
разделом электростатики.
Однородное магнитное поле.
Классическое определение:
Однородное магнитное поле - магнитное поле,
в каждой точке которого вектор магнитной индукции сохраняет неизменными модуль и направление.
Здесь в отличие от напряженности (по
аналогии с электростатикой) используется
вектор магнитной индукции, хотя разницы особой нет. Принятое сегодня расположение силовых линий
для постоянного магнита и соленоида показано на рис. 6
Рис. 6.
В чем недостаток такого описания.
Предполагается, что магнитные стрелки закреплены на подставках, типа компаса, и
не имеют возможности смещаться относительно магнита, а следовательно не
показывают действия сил за счет жесткой опоры. Они лишь показывают направление,
в котором могли бы двигаться. Стрелки, и не только намагниченные стрелки, но и
любой ферромагнитный материал, подвешенный на подвесе притягивается к
ближайшему полюсу (магнитное наклонение и склонение). С единственной разницей:
заранее намагниченные материалы разворачиваются разноименным концом к
ближайшему полюсу. При приблизительно равных формах и размерах два одинаковых
магнита стремятся сомкнуться разноименными полюсами.
Сила электромагнитного взаимодействия в
большой степени зависит от формы магнитных полей. Из опыта видно, чем больше
площадь поверхности полюса магнита, тем меньше ширина зоны притяжения или отталкивания и наоборот, при
приближении любого полюса другого магнита. Если любым из полюсов пробного
магнита приблизиться к средней части магнита, то можно наблюдать что сила
притяжения или отталкивания отсутствует вообще.
При этом естественно
размер пробного магнита должен быть значительно меньше.
Рис. 7. Объемные Зоны
притяжения и отталкивания для магнитов разной геометрической формы.
И тогда совершенно неверно принятое сегодня
изображение магнитных силовых линий в виде, представленном на рис.6
То есть магнитные силовые линии надо
изображать в соответствии с действительностью, а не умозрительно, поскольку они
должны показывать реальные силы. Например, так:
Рис. 8. Сравнеие зон
постоянного магнита и соленоида.
Тогда и графически понятно, почему
разноименные полюса постоянных магнитов стремятся соединиться попарно при
сравнительно близких формах и размерах. У соленоидов этого нет, и поэтому они
стремятся развернуться и соединиться разноименными полюсами стык в стык.
Более конкретно см. К вопросу о магнитных
силовых линиях.
Следует отметить, что у соленоида по оси
наблюдается утолщение силовых линий. Достаточно провести опыт с железными
опилками, чтобы заметить их уплотнение.
Классическая физика
данный эффект не комментирует. Мало того умалчивает.
Она вообще не предполагает существования
неоднородного вихревого осевого магнитного потока у соленоида гораздо более
сильного, чем боковое действие.
Еще одно свойство магнита – сила притяжения
(отталкивания) на острых, выступающих краях полюса больше, чем на плоских
поверхностях. Опять опыт с опилками. Это совпадает с эффектом из
электростатики.
В остальном, однородность магнитного
взаимодействия разноименных полюсов практически ничем не отличается
однородности взаимодействия электрического.
Рис. 9.
Относительно однородным магнитно следует считать поток
энергии, приблизительно равномерно распределенный между двумя поверхностями,
все противолежащие точки которых расположены на одинаковом расстоянии друг от
друга, а пространство между ними заполнено однородным веществом или вакуумом
заданной степени разряжения, в той или иной мере проводящим магнитно.
Относительно
неоднородный поток:
Рис. 10.
Может показаться, что
ниже представленный пример это явно неоднородный поток:
Рис. 11.
Но данная
конфигурация скорее ближе к однородной, в силу вышеприведенных соображений.
По аналогии с
конденсатором наилучшие формы полюсов являются для южного полюса – вогнутый
параболоид вращения, для северного полюса – выпуклый параболоид вращения.
Заключение: а в принципе не ясно кому и зачем нужно это
самое неоднородное поле… оно и так практически неоднородно.
Фатьянов А.В. 10 марта 2009 Fatyalink@mail.ru