Ювелирное обозрение

Известно, что постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещённые в магнитное поле, намагничиваются в той или иной мере, то есть сами поддерживают (парамагнетики), ослабляют (диамагнетики) или даже усиливают (ферромагнетики) внешнее магнитное поле. Именно по этой причине вектор магнитной индукции в веществе отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.

Ослабляют магнитное поле катушки с током

Почти не изменяют магнитное поле катушки с током

Усиливают магнитное поле катушки с током

кобальт (175 раз)

никель (1 120 раз)

сталь трансформаторная (8000 раз)

Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была найдена французским учёным Ампером. Наблюдая поведение магнитной стрелки вблизи проводника с током в опыте Эрстеда, Ампер предположил, что магнетизм Земли вызван токами, текущими внутри земного шара. То есть, магнитные свойства вещества можно объяснить токами, циркулирующими внутри него. Далее Ампер выдвинул более общее заключение – магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.

Согласно гипотезе Ампера, внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Сейчас мы уже знаем, что эти токи представляют собой движение электронов по орбитам в атоме. Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу вследствие теплового движения молекул, составляющих тело, то их взаимодействия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. И наоборот: если плоскости, в которых вращаются электроны, параллельны друг другу и направления нормалей к этим плоскостям совпадают, то такие вещества усиливают внешнее магнитное поле.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:

F=B . I . ℓ . sin α — закон Ампера.

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:

Если вектор vчастицы перпендикуляренвектору В,то частица описывает траекторию в виде окружности:

Роль центростремительной силы играет сила Лоренца:

При этом радиус окружности: ,

Если вектор скорости и частицы не перпендикулярен В, то частица описывает траекторию в виде винтовой линии (спирали).

44. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции для расчета поля прямого тока. Циркуляция вектора магнитной индукции через замкнутый контур=произведению магнитной постоянной на алгебраическую сумму токов, охватываемых контуром.

∫BdL=μI; I=ΣI_i

I1>0 I2

Эта формула носит название закона Фарадея.

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца.

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что ε_индивсегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

ε_i=-N, гдеN- кол-во витков

Способ возникновения ЭДС:

1.рамка неподвижна, но изменяется магнитный поток за счёт движения ккатушки или за счет изменения силы тока в ней.

2.рамка перемещается в поле непожвижной катушки.

46. Явление самоиндукции.

Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется явлением самоиндукции.

Магнитный поток, обусловленный собственным током контура (сцепленный с контуром), пропорционален магнитной индукции, которая, в свою очередь, по закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току.

, где L –коэффициент самоиндукции или индуктивность, «геометрическая» характеристика проводника, так как зависит от его формы и размеров, а также от магнитных свойств среды.

47. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Свойства уравнений Максвелла.

Закон Гаусса Поток электрической индукции через замкнутую поверхность s пропорционален величине свободного заряда, находящегося в объёме v, который окружает поверхность s.

Закон Гаусса для магнитного поля Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю (магнитные заряды не существуют).

Закон индукции Фарадея Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре, который является границей поверхности.

Теорема о циркуляции магнитного поля

Полный электрический ток свободных зарядов и изменение потока электрической индукции через незамкнутую поверхность —двумерная замкнутая в случае теоремы Гаусса поверхность, ограничивающая объём , и открытая поверхность в случае законов Фарадея и Ампера — Максвелла (её границей является замкнутый контур).

—электрический заряд, заключённый в объёме , ограниченном поверхностью(в единицах СИ — Кл);

—электрический ток, проходящий через поверхность (в единицах СИ — А).

Свойства уравнений Максвелла.

А. Уравнения Максвелла линейны. Они содержат только первые производные полейEиBпо времени и пространственным координатам, а так же первые степени плотности электрических зарядов ρ и токов γ. Свойство линейности уравнений непосредственно связано с принципом суперпозиции.

Б. Уравнения Максвелла содержат уравнение непрерывности, выражающее закон сохранения электрического заряда:

В. Уравнения Максвелла выполняются во всех инерциальных системах отсчёта. Они являются релятивистски-инвариантными, что подтверждается опытными данными.

Г. О симметрииуравнений Максвелла.

Уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это обусловлено тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет магнитных зарядов. Вместе с тем в нейтральной однородной среде, где ρ = 0 и j=0 ,уравнения Максвелла приобретают симметричный вид, т.е.Eтак связано с(dB/dt) , какBсdE/dt.

Различие только в знаках перед производными(dB/dt) и(dD/dt) показывает, что линии вихревого электрического поля, индуцированного уменьшением поляB, образуют с вектором(dB/dt) левовинтовую систему, в то время как линии магнитного поля, индуцируемого изменениемD, образуют с вектором (dD/dt) правовинтовую систему.

Д. Об электромагнитных волнах.

Из уравнений Максвелла следует важный вывод о существовании принципиально нового физического явления: электромагнитное поле способно существовать самостоятельно без электрических зарядов и токов. При этом изменение его состояния обязательно имеет волновой характер. Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает поле электрическое, изменение электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле. За счёт непрерывного взаимопревращения они и должны сохранятся. Поля такого рода называются электромагнитными волнами. Выяснилось также, что ток смещения(dD/dt) играет в этом явлении первостепенную роль.

КВАНТОВАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИЛЫ АМПЕРА.

Цель этой публикации показать, что в электродинамике есть “белые пятна”, которые ждут своего исследования. В электродинамике есть закон Ома для полной цепи электрического тока, для участка цепи – источника тока, для участка цепи – потребителя тока, но закона Ампера для полной цепи и участка цепи – источника тока нет. Также в электродинамике нет квантового описания силы Ампера.

Поскольку квантовое описание силы Ампера является “белым пятном”, возможны разные подходы к исследованию этой темы. Может быть, кто – то может предложить свой вариант квантового описания силы Ампера.

Для простоты восприятия предлагаемой квантовой физической модели силы Ампера, изложение максимально упрощено.

Напомним основные положения квантовой модели электрического тока, на принципах которого предложено квантовое описание силы Ампера. Более подробно квантовую модель электрического тока можно посмотреть на сайте “http://Drjukow.narod.ru/” .

В квантовой физической модели электрического тока наименьшее количество электрического тока – один квант.

Из квантовой физики известно, что в твёрдом проводнике первого рода электронный газ сильно вырожден. Это означает:

1. Классическое представление об электрическом токе как о направленном движении электронного газа, не имеет физического носителя электрического тока.

2. Каждый электрон в каждый момент времени принадлежит какому – то определённому атому, т.е. находится на определённой квантовой орбите.

Меньшая концентрация электронов на плюсовом конце проводника показывает, что электроны на плюсовом конце проводника находятся на более удалённых орбитах своих атомов, чем на минусовом конце проводника.

Электроны, участвующие в процессе прохождения электрического тока по проводнику на участке цепи – потребителе тока, совершают квантовые переходы за счёт энергии источника тока по всей длине проводника. Квантовая физическая модель электрического тока предполагает, что переход электрона с одного квантового уровня на другой на участке цепи – потребителе тока сопровождается испусканием кванта энергии в виде гравитона (рис.1). И наоборот, переход электрона с одного квантового уровня на другой на участке цепи – источника тока сопровождается поглощением кванта энергии в виде гравитона.

Электроны, не участвующие в процессе протекания электрического тока, не изменяют своего энергетического состояния. Предлагаемая квантовая модель электрического тока является по своей физической природе гравитационно-электромагнитной моделью электрического тока.

В квантовой физической модели электрического тока предполагается, что при протекании электрического тока на участке цепи – потребителе тока, происходит последовательное преобразование трёх физических полей: разность электрических потенциалов , направленная вдоль проводника, последовательно, в два этапа, преобразуется в энергию гравитационного поля проводника с током , затем в энергию магнитного поля .

Рис. 1. Прохождение одного кванта электрического тока на участке цепи – потребителе тока.

Квантовая теория электрического тока имеет чёткий критерий, позволяющий отделить хаотическое движение электронов от электрического тока – при хаотическом движении электронов не излучается гравитационная энергия и не образуется собственное магнитное поле проводника. В соответствии с этим критерием можно предложить квантовое физическое определение электрического тока.

Электрический ток – это квантовый процесс передачи электрической энергии от источника тока к потребителю тока, связанный с образованием собственного магнитного поля проводника.

Направление тока определяется направлением передачи энергии, т.е. от источника тока к потребителю тока. Направление движения электронов в этом процессе вторично. Движение электронов происходит под действием разности потенциалов.

Величина электрического тока в квантовой теории определяется количеством электронов, совершивших квантовый переход .

Скорость движения электрического тока в квантовой модели электрического тока от величины тока не зависит, и всегда равна скорости света, поскольку определяется скоростью движения электрического поля вдоль проводника.

Гравитационная природа силы Ампера

Сила Ампера в квантовой теории электрического тока имеет гравитационную природу. Рассмотрим механизм её возникновения.

Выделение энергии проводником на участке цепи – потребителе тока связано с потреблением внешней энергии от источника тока.

При выходе из проводника, гравитон уносит с собой импульс движения

, (1)

где – импульс выхода гравитона из проводника,

– масса гравитона,

– скорость выхода гравитона из проводника.

При выходе нескольких электронов из проводника образуется реактивная сила , направленная противоположно направлению выхода гравитонов из проводника.

Процесс выхода гравитонов из проводника и его беспорядочное перемещение в результате реакции на выход гравитонов можно наблюдать в специально поставленном эксперименте, при токах порядка А. При больших токах без внешнего магнитного поля, происходит равномерное распределение выхода гравитонов во все стороны, и реакции проводника на выход гравитонов нет.

Рис. 2. При отсутствии внешнего магнитного поля происходит равномерное распределение выхода гравитонов из проводника.

При прохождении по проводнику тока выделяется количество гравитонов .

Гравитоны, обладая массой, отличной от нуля, при выходе из проводника приобретают импульс. Этот импульс, в соответствии с третьим законом Ньютона, противоположен импульсу, получаемому проводником. Общий импульс гравитонов равен:

, (2)

где – суммарный импульс выхода всех гравитонов.

Поскольку направление выхода гравитонов симметричное, без внешнего магнитного поля реакции проводника с током на выход гравитонов нет. Совсем другая картина получается, если проводник с током находится во внешнем магнитном поле. Внешнее магнитное поле будет затруднять возникновение магнитного поля проводника с одной стороны проводника, и усиливать с другой стороны.

В результате этого процесса магнитное поле проводника деформируется (рис. 3). Поскольку каждому кванту магнитного поля соответствует квант гравитационного поля, также происходит искажение гравитационного поля проводника. В результате этого процесса возникает сила Ампера .

Рис. 3. Внешнее магнитное поле искажает распределение выхода гравитонов из проводника и образует силу Ампера (участок цепи – потребителя тока).

Направление силы Ампера в квантовой физической модели электрического тока совпадает с эмпирическим правилом для определения силы Ампера на участке цепи – потребителе тока.

“Правило левой руки определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой руки расположить так, чтобы вытянутые пальцы были направлены по току, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник”. [5]

Для описания влияния магнитного поля на выход гравитонов, нужно ввести коэффициент искажения гравитационного поля проводника с током . Равнодействующую силу импульсов выходящих гравитонов в этом случае можно описать формулой:

, (3)

где – равнодействующая сила импульсов выходящих гравитонов.

– сумма импульсов всех гравитонов.

– искажение симметрии выхода гравитонов, связанное с воздействием на проводник внешнего магнитного поля.

В соответствии с третьим законом Ньютона равнодействующая сила выхода гравитонов уравновешивается силой Ампера

, (4)

И окончательно силу Ампера в квантовой теории электрического тока можно определить по формуле:

(5)

Сила Ампера зависит как от количества выделившихся гравитонов (величины электрического тока), так и от асимметричности их выхода из проводника (от напряжённости внешнего магнитного поля).

Из квантового механизма возникновения силы Ампера видно, что на участке цепи – источнике тока сила Ампера меняет своё направление (рис. 4).

Это отражено в эмпирическом правиле правой руки.

“Правило правой руки определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый палец направить по движению проводника, то 4 вытянутых пальца укажут направление индукционного тока”. [5]

Рис. 4. Внешнее магнитное поле искажает распределение входа гравитонов в проводник и образует силу Ампера (участок цепи – источника тока).

Выводы из квантовой модели силы Ампера:

1. Скорость электрического тока равна скорости света.

2. Сила тока определяется количеством квантов электрического тока, т.е. количеством электронов, совершивших квантовый переход по всей длине проводника.

3. Квантовая теория электрического тока позволяет объяснить одновременное существование правил левой руки и правой руки изменением направления потока энергии в полной цепи электрического тока.

4. В случае работы электрической машины в качестве генератора гравитоны поглощаются проводником с током. В случае работы электрической машины в качестве двигателя гравитоны излучаются.

5. Квантовая теория электрического тока впервые позволила дать объяснение силы Ампера с позиций близкодействия.

Запись силы Ампера в квантовой теории может быть различна, но смысл силы Ампера как гравитационной силы отличает её от классической электродинамики.

Фейнмановские лекции по физике. М., Изд. Мир, 1976.

Королев Ф.А. Курс физики. Оптика, атомная и ядерная физика: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов. 2-е изд., перераб. М.: Просвещение, 1974.

Трофимова Т. И. Курс Физики. “Высшая школа”. М.,1997.

Дрюков В.М. Илюхина Н.И. Проектирование новых физических технологий. Вопросы оборонной техники. Научно – технический сборник. № 1-2. М:, Н.Т.Ц. “Информтехника” 1995.

Советский энциклопедический словарь. М., “Советская энциклопедия”. 1985.

Дрюков В.М. Илюхина Н.И. Квантовая физическая модель электрического тока. Тула, 1997.

Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула 2004.

“>