Реферат: Основы безвихревой электродинамики. Потенциальное магнитное поле

                                        

УДК 537. 87. 872                                   

                         Основы безвихревой электродинамики.

                                                 Кузнецов Ю.Н.

 

                       Часть1.Потенциальное магнитное поле.

            На примере механического воздействия на тело даётся представление о

      симметрийно-физических переходах в природных явлениях.

            Распространение идеи переходов на магнитостатику предсказывает существованиепотенциального магнитного поля.

            Излагаются логические доказательстваистинности предсказания.

            Даётся описание подтверждающихэкспериментов.

Симметрийно-физический переход в механическом явлении.

Геометрии природных явлений и участвующих в них объектовобладают той, или иной степенью симметрии. В настоящей статье затрагиваютсяпредельные цилиндрообразный и шарообразный варианты, характеризуемыепреобразованием  явления (объекта) самого в себя при непрерывном поворотевокруг одной, или двух имеющихся осей симметрии.

Согласно фактам предельная симметрия больше, чемразновидность геометрической формы. Она реально проявляет себя как действеннаясторона явления, находящаяся в неразрывной связи с физическими свойствамиучастников и причинно-следственными отношениями между ними.

Зависимость физики явления от степени его предельнойгеометрической симметрии зримо проявляется в процессе практическогоосуществления симметрийного перехода, который происходит всегда ступенчато.

В качестве примера приведём симметрийно-физический переходв области механических явлений. В таблице 1 иллюстрируется факт физическогоперехода в явлении силового воздействия на тело при повороте одной из двуходнонаправленных сил (/>) на 180°.

                                                                                                                     Таблица 1 />/>/>

/>

 

/>

 

/>

  />/>/>

/>

                       Закон Ньютона 

     Однонаправленным силам

пропорционально ускорение тела      

                         Закон Гука
                    Центрально-симметричным        (противонаправленным) силам     пропорциональна деформация тела.

       При изменении симметрии действующих сил ускорениетела сменяется его деформацией, а вместо инерционного проявляется другое своёже свойство тела — его упругость.

       Ньютоновская причинно-следственная связь переходитв гуковскую.

       Симметрийно-физический переход в магнитостатике.

       Симметрийный аспект. По аналогии смеханическим примером возможен переход физических свойств магнитного поля(таблица 2) при повороте одного из двух однонаправленных токов (i2)на 180°.

       Известные электромагнитные поля, с точки зрения ихгеометрической структуры, обладают либо замкнутыми, либо разомкнутыми силовымилиниями. Других вариантов в электромагнетизме нет.

      . Поэтому безальтернативно выдвигаетсяпредположение о замене в центрально-симметричной магнитостатике исходногоциркуляционного свойства магнитного поля с цилиндрообразной симметрией на потенциальное,обладающее шарообразной симметри-

                                                                                                                                    Таблица 2.

/>/>/>/>/>/>/>/>                        Теорема

    о циркуляции магнитного вектора.

                  i1                        i2

      Однонаправленным токам

пропорциональна циркуляция вектора магнитной напряжённости поля вдоль замкнутой линии, охватывающей токи.

            Гауссоподобная теорема             

        о потоке магнитных векторов.

                        i1                        i2

       Центрально-симметричным (противонаправленным) токам прапор-

ционален поток векторов магнитной

напряжённости поля по замкнутой

поверхности, охватывающей токи.

ей, подобной симметрии поля электрического заряда. Новоеотношение между центрально-симметричным токовым источником и его болеесимметричным потенциальным магнитным полем предполагается аналогичным гауссовойпричинно-следственной связи для электростатики.

В природном явлении предельные симметрии причины иследствия не могут быть разными. Исскуственный перевод причины (токовогоисточника)  к более симметричному виду предположительно сопровождается аналогичным переходом в следствии (в магнитном поле).

 Идея о потенциальном  магнитном поле с шарообразнойсимметрией присутствует в гипотезе Дирака о магнитном микромонополе.

Физический аспект. Известные знания о протяжённыхструктурах полей получены из эмпирических  фактов о результатах их локальныхвоздействий на электрические заряды.

Следовательно, предполагаемый переход к другой структуремагнитного поля может быть подтверждён только доказательством перехода к другойнаправленности локальных магнитных сил в рамках их релятивистской природы.

       Для ясного пониманияпричины и непосредственного видения механизма такого перехода в последующемизложении приводятся в сопоставлении два одинаковых по своей сути примера,сочетающих логику и очевидность.

       Первый наглядно-логический пример предложен  лауреатом нобелевскойпремии профессором Э. Парселлом [1]. В нем положительный пробный заряд Q ортогонально сближается с двумя однонаправленнымитокамизарядов i1, i2 (Рис.1). Чёрные кружки обозначаютположительные токовые заряды, движущиеся вдоль указанного стрелками направлениятока. А светлые – отрицательные, движущиеся в противоположном направлении.Рассмотрение идёт в системе покоя пробного заряда. В таком случае наклонённыевекторы суммарных скоростей ∑V характеризуюткак движение зарядов в проводнике, так и их сближение с покоящимся пробнымзарядом. Наклонёнными оказываются и релятивистски «сплющенные» диаграммы силовыхлиний полей токовых зарядов.

       Суть парселловской идеи втом, что в областях сгущений силовых линий воздействие каждого токового заряда на пробный усиливается, а вобластях разряжения — уменьшается. Общаярелятивистская составляющая силового воздействия при однонаправленных токахнаглядно представляется ориентированной поперечно к скорости движения пробногозаряда и подчиняющейся правилу левой руки.

       Автором был предложен [2] аналогичный пример,основывающийся на той же парселловской идее. В нём, как и в таблице 2, всеголишь изменяется на 180° направление тока i2, сопровождаемое соответствующимповоротом диаграмм релятивистских «сплющиваний». В результате общаярелятивистская составляющая силового воздействия  становится ориентированнойвдоль скорости движения пробного заряда (Рис.2).

       Форма и количестворелятивистского эффекта в поле каждого движущегося заряда,

как в однонаправленных, так и вцентрально-симметричных токах, соответствуют специальной теории относительности.Разнятся лишь симметрии их наложения в области

пробного заряда, что и являетсяистинной причиной существования поперечного и

продольного направлениймагнитной силы.

                            i1                                                                  i2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> <td/> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> <td/> <td/> <td/> /> /> />

             ∑V/>

/> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

                                                                             Q

                         

                                                                 Рис.1

              

                        i1                                                                        i2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> <td/> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> <td/> <td/> /> <td/> /> <td/> <td/> /> /> /> />

             ∑V/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

/>                                                                   Q

/>

                                                       

                                                                  Рис.2                                                          

       Изменениюмагнитообрузующего свойства токового источника (более симметричному сочетаниюдиаграмм релятивистских эффектов) соответствует изменение взаимодействующегосвойства общего поля движущихся зарядов (более симметричная направленностьмагнитной силы).

Примером монопольного источникапотенциального магнитного поля является равномерное в обе стороны растяжениеупругой электрически заряженной нити, приводя-

щее к образованию центрально-симметричных(противонаправленных) токов переноса зарядов.

       Материальный аспект. Приведенное обоснование подтвердим другим подходом,опирающимся на фундаментальные природные принципы.

      В удалённых от центрально-симметричного токового источника локальных областяхпространства геометрическое суммирование равных и противоположно направленныхвекторов магнитной напряжённости Н и магнитного потенциала А вездедаёт в итоге нуль-векторы. Математически корректные нуль-векторы с физическойточки зрения иррациональны, поскольку не отвечают принципу наблюдаемости(измеряемости) природного объекта.

     Вместе с тем, после осуществления симметрийного перехода магнитная энергия вовсём пространстве остаётся неизменной, поскольку составляющие однонаправленныхи центрально-симметричных токов i1, i2, расположены на одной прямой линии (Рис.1,2).

     В обоих случаях нет причин для превращения даже части магнитной энергии вдругие формы при условном сближении вдоль общей прямой линии левой и правойтоковых составляющих из бесконечности, так как на  всей её протяжённостимагнитное поле равно нулю. Поэтому однонаправленные и противонаправленныетоковые составляющие одинаково не взаимодействуют между собой  ни силовым, нииндукционным способами.

       При использованииизвестных знаний для описания магнитного поля противотоков выявляется истинноепротиворечие между результатами применения принципов суперпозиции и сохраненияэнергии – физически иррациональное нуль-векторное поле обладает реальноймагнитной энергией.

       Его разрешение начнём спервого естественного утверждения о необходимости создания другого теоретическогоописания, адекватного центрально-симметричной магнитостатике.

       Вторым пунктомтеоретически обоснованно утверждается, что, вследствие сохранения магнитнойэнергии (следовательно – и взаимодействующих свойств поля), в новомтеоретическом описании для характеристик локальных плотностей энергийсохраняются модули, векторы которых утратили свойство направленности. Этимодули образуют неоднородное скалярное поле.

      Третий пункт являетсяцентральным в разрешении противоречия. Полагается, что градиент радиальноориентированной неоднородности скалярного поля модулей взаимноскомпенсировавшихся векторов магнитного потенциала (оно линейно зависит отрасстояния до токового источника) описывает новые радиально ориентированныевекторы магнитной напряжённости

                                                   />.                                                                (1)                                                                         

Последним пунктом итогово констатируется следующеепонимание противоречия и его разрешения.

В условиях запрета принципом суперпозиции на образованиецентрально-симметричными противотоками циркуляционного свойства общегомагнитного поля взамен, в меру сохраняющейся магнитной энергии, неизбежнообразуется другое известное полевое свойство – потенциальное.

Нуль-векторная полевая ситуация свидетельствует не овзаимной компенсации накладывающихся магнитных полей токовых зарядов, чтонарушало бы принцип сохранения энергии, а лишь исходных циркуляционных свойств.

Опытнаярегистрация эффекта стационарного потенциального магнитного поля. Стационарное потенциальное магнитное поле невзаимодействует силовым образом с замкнутыми токами, с постоянными магнитами.

Для его обнаруженияиспользовался магнито-термический эффект, аналогичный известному охлаждениюэлектропроводника циркуляционным магнитным полем.

       Уменьшение температуры электропроводникаобъясняется уменьшением энтропии системы заряженных частиц в нём в связи снекоторым упорядочением их движения магнитным полем. Потенциальное магнитноеполе, в отличие от циркуляционного, спо

собно изменять не только траекторную, но и скоростнуюкартину движения заряженных частиц.

       В качестве охлаждаемого тела в опытах использовалсяполупроводниковый. кристалл стабилитрона. Наличие у него сильнойтемпературно-омической связи  (200 кОм/град. в обратном направлении в интервале0,8...1,9 мОм) позволяло фиксировать магнито-термический эффект (МТЭ) порегистрируемому цифровым омметром увеличению омического сопротивлениястабилитрона.

  В качестве дипольногоисточника потенциального магнитного поля применялись противонаправленные токи впаре рядом расположенных в одной плоскости прямоугольных многовитковых ( n = 300)  рамок с стационарным током (i=  0,55 А в каждой).

На рисунках  3,4   показанысхемы опытов.

     />/>/>/>/>/>/>/>                                               R                      (МТЭ)

/>/>/>/>/>/>/>                                                                                            (НДТ)

/>/>/>/>/>/>          - i

/>                                                        I                II                  III        t

/>/>/>                                                                                                               

                                                                                      Рис.3

                                                        R

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>                                                                                                                (НДТ)

/>/>/>/>              - i

/>                                                                   I                      II                 III                 t

                                                                                     Рис.4

   

 Стабилитрон размещался в латунной экранирующей втулке. С целью разделения вовремени магнитного охлаждения кристалла стабилитрона и его нагрева джоулевымтеплом (НДТ) термозащитный кожух выполнен из алебастра и имеет массу, равную0,5 кг.

 Свободно пропуская магнитное поле, он в значительной мере аккумулирует в себепервоначальный слабый поток джоулева тепла, задерживая на некоторое время еговлияние на стабилитрон.

В начале каждого опыта, вотсутствии исследуемого поля, оценивалась теплообменная ситуация междустабилитроном и окружающим пространством (зона Iграфиков).

       Горизонтальная ломанная  линия на первом участкеграфика указывает на неизменность во времени температуры стабилитрона.

       В зоне II подъём ломаннойлинии графика над горизонтальной средней указывает на увеличение омическогосопротивления стабилитрона под воздействием магнитного охлаждения и этот фактявляется опытным доказательством образования центрально-

симметричными токами потенциального магнитного поля. Иногообъяснения наблюдаемому факту автор не находит.

        В ряде опытов экранирующая втулка с стабилитроном размещалась внутри толстостенной стальной втулки (d =1, 4 см, D = 3, 2 см., ℓ= 6,5 см.). Однако проявление магнито-термического эффекта по-прежнему имеломесто, что подтверждает естественное

предположение об отсутствии взаимодействия потенциальногомагнитного поля с спиновыми магнитными моментами ферромагнитного материала.Второй опытный факт является весомым дополнением к искомому доказательству.

        В зоне III проявлялосьпреимущественное влияние джоулева тепла, образуемого токами в рамках. Ломаннаялиния графика уходит вниз вследствие нагревания экранирующей втулки и стабилитрона тепловым потоком, преодолевшим тепловую защиту.

       В экспериментах с однонаправленными стационарнымитоками в паре рамок (Рис.4) магнитное охлаждение заметным образом непроявлялось.

Опытная регистрация эффектапеременного потенциального магнитного поля.

Из математической моделибезвихревой электродинамики [ 2 ] имеем  следующую формулу для вычисления ЭДС,образуемой в проводнике посредством бесциркуляционного магнитного поля

                                                      ε />,                                                                                (2)

которая упрощается вприближении однородности поля

                                            ε = — d/dt ℓ²                                                                        (3)

Посравнению с вихревой электродинамикой в (3) вместо площади поверхностиотображается квадрат протяжённости проводника.

Мощностьпотерь электромагнитной энергии поперечной ЭМВ в проводнике пропорциональнаплощади его поверхности, ортогональной вектору потока плотности электромагнитной энергии 

                                               N1 = 0,5 ZВ ∫ Н²df,                                                     (4)                                                                    

где  ZВ  описывает волновое сопротивление проводника.

Дляслучая безвихревого электромагнитного поля площадь поверхности заменяетсяквадратом длины проводника, ориентированного вдоль вектора потока плотностиэлектромагнитной энергии (вдоль возвратно-поступательных индукционных токов)

                                            N2 = 0,5 ZВ ℓ ∫ Н²dℓ.                                                             (5)                                                                             

Вприближении однородности поля по длине проводника имеем

                                             N2 =  0,5 ZВ  (Н ℓ )²                                                             (6)                                                                                  

Вкачестве источника переменного магнитного поля применялась та же пара рамок спеременными токами в них (по 0,55 А в каждой, f= 50 гц.).

Стабилитрониспользовался другой. Коэффициент термоомической связи был вдвое меньше (100кОм/град.).

Еслив первой серии опытов охлаждался непосредственно кристалл стабилитрона=а, то вовторой нагреваемым элементом была алюминиевая экранирующая втулка ( D =1см, d = 0,8см, ℓ= 3 см, m = 2,4 г).

      Методика экспериментов заключалась в регистрацииотрезка времени между моментами включения переменного тока и первым уменьшениемпоказания цифрового омметра  на одну цифру, что указывало на нагревстабилитрона (и алюминиевой втулки) на 0,01º.

Такому изменению температурыалюминиевой втулки эквивалентно увеличение энергии её теплосодержания на

                                        W =  4,187 с mΔ t                                                                   (7)                                                                      

                                        W = 2, 1 10 ˉ² ДЖ.                                                                                                      (8)                                                                                          

Малая начальная мощностьнагрева втулки на 0,01º позволяет использовать линейное приближение для определения времени достиженияэтой температуры

                                                N =  W/Δt                                                                  (9)                                                

В опытах с стационарнымипротивонаправленными токами в паре рамок, когда имел место только нагревджоулевым теплом, были получены отрезки времени  в следующем интервале ихразброса

                                     Δt = (10,4…12,2)мин.                                                               (10)                                              

Подставляя в (9) опытныерезультаты (10) получаем мощность нагрева втулки джо

улевым теплом

                                 N1 = (2,56…3,39)10ˉ5     ВТ.                                                                                       (11)

В опытах с переменнымипротивонаправленными токами к установленной величине мощности нагрева втулки джоулевымтеплом ожидалось добавление мощности нагрева возвратно-поступательными индукционнымитоками.

Полученное существенноеуменьшение регистрируемых отрезков времени

                                   Δt = (3,66…4,58) мин.                                                                 (12)

подтвердило ожидание, что и явилось по мнению автора, опытным доказательством существования безвихревого вида электромагнитнойиндукции.                                                                                                                         

Подставляя в (9) результаты из(12) получаем суммарную мощность теплового нагрева втулки

                                N2 = (7,84…9,54)10ˉ5     Вт.                                                          (13)                                                                      

Для выявления составляющеймощности индукционного нагрева втулки использовалась формула

                                      N3 =  N2    -   N1                                                                                                                 (14)

                                      N3 = ( 4,77…6,09)10 ˉ5    ВТ.                                                                                (15)

Теоретическое вычислениемощности индукционного нагрева с использованием (6) даёт результат

                                     N3 = 6,5 10ˉ  Вт.

Его удовлетворительноесовпадение с (15) придаёт дополнительную уверенность автору в истинности сформулированныхим логических выводов об образовании центрально-симметричными токами потенциальногомагнитного поля, в существовании безвихревых электродинамических явлений.

В опытах с однонаправленнымипеременными токами эффект дополнительного нагрева втулки заметным образом непроявлялся.

Во второй части статьи  будетдана информация о сути продольных ЭМВ. Об опытном подтверждении автором  ихсуществования. Об устройствах для излучения. О трактовке светового диапозонапродольных ЭМВ. Об идеях получения и регистрации продольных фотонов.

       Втретьей части будет изложена4-мерная математическая модель безвихревой электродинамики и некоторыедополнительные суждения.

.

                                                                   

                                                       Литература.

1.ПарселлЭ. Электричество и магнетизм. М., Высшая школа.,!980г., стр. 191,192.

         2. Кузнецов Ю. Н.Научный журнал русского физического общества, 1-6, 1995 г

Сведенияоб авторе.

    Кузнецов Юрий Николаевич

    контактный телефон     677-26-65