Скорость распространения электрического тока. Электростатика: элементы учебной физики

18.02.2019

Скорость электрического тока

– есть единичная напряженность электрического поля проводника (квант напряженности), который по физической сути есть отношение продольной силы электрино к его заряду.

– гиромагнитная постоянная электрино.

Отличается от скорости света всего на 3,40299%, но отличается. Для техники прошлого века это отличие было неуловимым, поэтому в качестве электродинамической постоянной приняли . Однако, спустя 4 года после публикации своей знаменитой статьи по электродинамике, в 1868 году, Дж. Максвелл усомнился в этом и с участием ассистента Хоукина перемерил ее значение. Результат , который отличается от истинной электродинамической постоянной всего на 0,66885%, остался никем непонятым, в том числе и самим автором.

Орбиты электрино в поперечном к оси проводника сечении расположены одна над другой, образуя пакет электрино вихря или один электрино вихрь. Внешние и внутренние электрино в пакете движутся с одинаковой продольной скоростью .

Каждая частица развивает напряжение ;

( – электрическая постоянная), а их совокупность в пакете – напряжение линии. Квант магнитного потока есть отношение напряжения одного электрино к его круговой частоте

Отсюда напряжение линии .

Магнитный поток проводника .

– квант продольного смещения напряжения.

Магнитная индукция есть плотность магнитного потока, отнесенная к сечению элементарной траектории вихря

; .

– шаг вихря; расстояние между пакетами; расстояние между орбитами – то есть расстояние между частицам – электрино.

Максимальная индукция – при плотно сжатых электрино, когда – диаметру электрино,

технически никогда не достижима, но является ориентиром, например, для Токамака. Недостижимость объясняется сильным взаимным отталкиванием электрино при их сближении: так, при механическое напряжение в магнитном потоке составит , до которого сжать магнитный поток ныне не под силу.

Напряженность магнитного поля есть отношение кольцевого тока к межорбитальному расстоянию в пакете.

Если - частота прохождения электрино вдоль проводника через данное сечение при единичном токе , то . Число частиц электрино, принимаемых за единицу времени будет (постоянная Франклина). Тогда: единица тока в определяется шаговым переносом совокупности электрино, равной числу Франклина. Также и: единица количества электричества в определяется шаговым переносом совокупности электрино, равной числу Франклина.

Если по параллельным проводникам ток течет в одном направлении, то наружные вихревые поля системы из 2-х проводников сливаются, образуя общий вихрь, охватывающий оба проводника, а между проводниками из-за встречного направления вихрей плотность магнитного потока уменьшается, вызывая снижение положительного напряжения поля. Итогом разности напряжений является сближение проводников. При встречном токе плотность магнитного потока и напряженность растет между проводниками, и они взаимно отталкиваются, но не друг от друга, а от межпроводникового пространства, более насыщенного энергией вихревых полей.

Для тока ведущая роль в проводниках принадлежит атомам поверхностного слоя. Рассмотрим алюминиевый проводник. Его особенностью является оксидная пленка . И физики, и химики эту молекулу считают электронейтральной на том основании, что атомы алюминия и кислорода взаимно компенсируют валентность друг друга. Если бы это было так, то алюминий не мог бы проводить электричество, а он проводит, и проводит хорошо, значит, обладает избыточным отрицательным зарядом.

Анализ показывает, что атом содержит один избыточный электрон при дефиците электрино, обусловливающие ему значительный избыточный заряд отрицательного знака:

где – недостающее число электрино в атоме алюминия;

– атомная масса,

Атомное число алюминия.

Каждые две молекулы содержит 3 электрона связи.

Нижний радиус надпроводниковой части вихря можно принимать равным половине межатомного расстояния – периода решетки электропроводящего материала:

( – масса атома; – его плотность).

Круговая частота вихря также определяется через :

Здесь: – секториальная скорость для ;

– радиус проводника;

– электростатическая постоянная.

Аналогично закону Ома запишем .

Из видно, что есть население одной орбиты частицами – электрино, следующими по ней след в след;

Проиллюстрируем расчет параметров для алюминиевого проводника (радиус ) с постоянным током при напряжении .

Секториальная скорость

Круговая частота вихря ()

Продольная частота электрино

Напряжение, развиваемое одной траекторией электрино:

Шаг вихревого пакета

Кольцевой ток одного электрино пакета

Полное число электрино в вихревом пакете

Население орбиты частицами – электрино

Число орбит вихревого пакета

Напряжение линии, развиваемое одним пакетом – элементом вихря:

Ток линии

(или ).

Мощность линии

(или )

Толщина вихря

Внешний радиус вихря

Продольная составляющая магнитного поля проводника

Индукция линии

где – магнитная постоянная;

– относительная магнитная проницаемость .

Нормальная составляющая вихревого магнитного поля проводника:

Как видно, электрический ток и магнитное поле являются свойствами вихревого электрического поля.

Началом деструкции линии электропередачи служит появление коронного свечения. При приближении механического напряжения вихря к значению модуля Юнга проводника амплитуда колебания внешних атомов возрастает до критического значения, при достижении которого начинается высвобождение из них избыточных электронов, которые тут же обращаются в электроны-генераторы и приступают к ФПВР, сопровождаемому излучением света в видимой области спектра. В основе коронного свечения проводника и свечения нити лампы накаливания лежит одно и то же явление – ФПВР, запускаемый столкновительным взаимодействием вихря с атомами нити и проводника.

Удельное сопротивление проводника определяется его параметрами: периодом решетки и диаметром глобулы :

Ширина межатомного канала.

Это подтверждается расчетом по фотографии золота, совпадающим с фактически значением. Часть электрино рассеивается при столкновениях с атомами проводника, что определяет КПД линии электропередачи. КПД пропорционален температуре: .

Это уже достигается при сверхпроводимости, но полной сверхпроводимости не может быть из-за рассеяния электрино. Сверхпроводимость объясняется скачкообразным уменьшением нулевого колебания атомов (в 85 раз для ) и перестройкой кристаллической решетки (в 4 раза увеличивается межатомный канал), поэтому удельное сопротивление уменьшается на 5 порядков. Незатухающий ток сверхпроводимости объясняется магнитным полем Земли. Поскольку сопротивление все же больше нуля, то без магнитного поля Земли ток затухает.

Несколько экзотической иллюстрацией электрического тока является излучение лазера, хотя его излучение считают оптическим. Например, в неодимовом лазере с энергией импульса и продолжительностью , протяженность импульса ;

число вихревых пакетов на импульсе ;

число орбит вихревого пакета ;

структурное сопротивление луча ;

население одной орбиты (~на 3 порядка больше, чем в ). Эти расчеты выполнены по новой теории без противоречий с фактами. Что же происходит в лазере?

Лучи света в активном элементе многократно отражаются, что приводит к полной деструкции луча белого света. Образуется большое количество электрино, вошедших с лучом фотонами. Одновременно часть осевых полей элементарных лучей после тоже многократного отражения формирует объединенное осевое поле резонатора и через выходное зеркало уходит в пространство с бесконечной скоростью. Свободные электрино устремляются к осевому отрицательному полю. В начале вокруг осевого поля они движутся беспорядочно; затем приобретают вращение в одну сторону, и формируется нормальный вихрь. Факт сложения модулей одноименных электрических полей подтверждается суммарным зарядом осевого поля лазера данной установки. Как уже видно – лазерное излучение – это электрический ток по идеальному сверхпроводнику – электронному лучу. Но есть еще несколько примеров, отличающих лазерный луч от светового. Так, скорость распространения лазерного луча по световоду является обратной функцией частоты, то есть высокочастотный луч по световоду распространяется с меньшей скоростью, чем низкочастотный; для естественного света картина обратная.

Лазерный луч, как и проволочный ток, легко модулируется; световой – нет. Лазерный луч распространяется со скоростью электрического тока ; световой со своей скоростью (фиолетовый) .

КПД традиционных лазеров никогда не будет высоким в виду многоэтапности процесса и потерь: сначала нужно добыть свет, затем его разрушить, потом из обломков собрать осевое электронное поле и нанизать на него остатки фотонов. Предлагается электрический ток с металлического проводника переводить сразу на сверхпроводящий проводник – осевое электронное поле, создаваемое каким-либо прибором, например, магнетроном. Тогда КПД лазера будет не меньше 90%. Поскольку вихрь электрино легко проходит туда и обратно (металлический проводник осевое электронное поле), то можно осуществить, например, беспроволочную линию электропередачи и другие использующие это свойство установки, в том числе, электрогенераторы с ФПВР, которые возбуждаются электрическим разрядом, химической реакцией, горением, электронным пучком и т.п.

– гиромагнитная постоянная электрино.

отличается от скорости света всего на 3,40299%, но отличается. Для техники прошлого века это отличие было неуловимым, поэтому в качестве электродинамической постоянной приняли . Однако, спустя 4 года после публикации своей знаменитой статьи по электродинамике, в 1868 году, Дж. Максвелл усомнился в этом и с участием ассистента Хоукина перемерил ее значение. Результат , который отличается от истинной электродинамической постоянной всего на 0,66885%, остался никем непонятым, в том числе и самим автором.

Каждая частица развивает напряжение ;

(– электрическая постоянная), а их совокупность в пакете – напряжение линии. Квант магнитного потока есть отношение напряжения одного электрино к его круговой частоте

Отсюда напряжение линии .

Магнитный поток проводника .

– квант продольного смещения напряжения.

Магнитная индукция есть плотность магнитного потока, отнесенная к сечению элементарной траектории вихря

; .

Максимальная индукция – при плотно сжатых электрино, когда – диаметру электрино,

Напряженность магнитного поля есть отношение кольцевого тока к межорбитальному расстоянию в пакете.

где – недостающее число электрино в атоме алюминия;

– атомная масса,

Атомное число алюминия.

Каждые две молекулы содержит 3 электрона связи.

(– масса атома; – его плотность).

Круговая частота вихря также определяется через :

Здесь: – секториальная скорость для ;

– радиус проводника;

– электростатическая постоянная.

Аналогично закону Ома запишем .

Из видно, что есть население одной орбиты частицами – электрино, следующими по ней след в след;

Проиллюстрируем расчет параметров для алюминиевого проводника (радиус ) с постоянным током при напряжении .

Секториальная скорость

Круговая частота вихря ()

Продольная частота электрино

Напряжение, развиваемое одной траекторией электрино:

Шаг вихревого пакета

Кольцевой ток одного электрино пакета

Полное число электрино в вихревом пакете

Население орбиты частицами – электрино

Число орбит вихревого пакета

Напряжение линии, развиваемое одним пакетом – элементом вихря:

Ток линии

(или ).

Мощность линии

(или )

Толщина вихря

Внешний радиус вихря

Продольная составляющая магнитного поля проводника

Индукция линии

где – магнитная постоянная;

– относительная магнитная проницаемость .

Нормальная составляющая вихревого магнитного поля проводника:

Как видно, электрический ток и магнитное поле являются свойствами вихревого электрического поля.

Удельное сопротивление проводника определяется его параметрами: периодом решетки и диаметром глобулы :

Ширина межатомного канала.

число вихревых пакетов на импульсе ;

число орбит вихревого пакета ;

структурное сопротивление луча ;

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Андреев Е. ОСНОВЫ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

На сайте сайт читайте: "Андреев Е. ОСНОВЫ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ"

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЭНЕРГЕТИКИ
Санкт-Петербург ББК 31.15 Е 86 Андреев Е.И. Основы естестве

АККУМУЛИРОВАННАЯ ЭНЕРГИЯ
Основные положения концепции естественной энергетики 1. Установлены процессы выделения избыточной энергии в результате частичного ядерного распада

Осцилляторы газа
Поскольку атомы (молекулы) находятся в частотном электродинамическом взаимодействии друг с другом, то они называются общим понятием «осциллятор». Индивидуальное пространство осциллятора, в

Природа постоянной Авогадро и единицы массы в системе СИ
Число Авогадро нейтронов /

Температура и вакуум
Температурой абсолютного вакуума считают Т = 0 К. В настоящее время достигнуты температуры 2,65·10-3… …2,5·10-4 К и возможности не исчерпаны. Но абсолютного нул

Термодинамика
В природе не существует замкнутых термодинамических систем. Термодинамические процессы непременно сопровождаются фазовыми переходами вещества, так как даже у гелия – самого инертного из газов – име

Фазовый переход высшего рода (ФПВР)
Энергия нейтрона может быть выражена через электростатические потенциалы электрино и электрона:

Естественный свет
Осью монолуча, например, фиолетового света является отрицательный электронный луч электрона – генератора. Его пульсирующее электронное поле совпадает с осью луча света. Луч света состоит из монолуч

Строение твердого тела
Коренным отличием от традиционного точечного представления узла кристаллической решетки, который занимает атом, является объемное представление, заключающееся в том, что в узле расположена глобула

Жидкости и пары
В классической физике не делается различия между паром и газом. Отличие их состоит в том, что осциллятору газа свойственны три формы движения: частотно-колебательное и блуждающее (

Электрический ток. Лазер
Определение тока: электрический ток есть упорядоченное вихревое движение электрино вокруг проводника, в котором траектория каждого электрино представлена винтовой линией с заходом в тело про

Электрический аккумулятор
Электрический, например, свинцовый аккумулятор как раз является таким устройством, в котором ФПВР возбуждается химической реакцией. В пристенном слое свинцовой пластины-анода, имеющей отри

Строение атома
Атом состоит из нейтронов со слегка разбалансированными зарядами. Нейтрон описан выше в §2. Протонов нет, как нет и орбитальных электронов, поэтому порядковый номер элемента не несет смысловой нагр

Валентность элементов
I группа II период Элементы Валентность Элементы Валентность Li - 1,1

Маленький эпилог
На очень трудный и важный вопрос: откуда энергия? – теперь, как видно, можно дать однозначный ответ: энергия – из вещества, которое в принципе является аккумулятором энергии. При этом энер

Немного предыстории
Задолго до появления книги Д.Х. Базиева /3/ были известны случаи, когда энергия взрыва превосходила расчетную или теоретически возможную. В первую очередь это относилось к взрывам запыленного возду

Структура и механизм распада молекул азота
Известно, что молекулы азота распадаются на атомы или с ними происходят некоторые превращения, например, N2 Û CO /14/, при подведении к ним энергии. Это может быть: н

Баланс продуктов азотной реакции
Как известно, объемные доли азота и кислорода в воздухе составляют, соответственно, 0,79 и 0,21. Зная плотности азота

Теплота азотной реакции
Поскольку нам неизвестны дефекты массы продуктов азотной реакции, в первом приближении можем определить теплоту реакции по теплотворной способности водорода

В чистом воздухе источником плазмы, как состояния ионизированного вещества, и электронов является сам воздух, составляющие его ионы и молекулы в основном азота и кислорода. В предыдущем материале д

Химические реакции
Общеизвестным примером химической реакции для создания плазмы является горение органического топлива, описанное в /3/. И хотя эта реакция является также щадящей ядерной (масса атома кислорода умень

Электрический разряд
В соответствии с теорией Д.Х.Базиева /4/ электрический разряд – есть электрический ток, который, по аналогии с электронной проводимостью в проводниках, идет благодаря ионной проводимости в плазме р

Лазерное излучение
Как указано в /3/ лазерное излучение есть концентрированный электрический ток вокруг естественного сверхпроводника – электронного луча. Концентрация энергии в лазерном луче на 4 порядка выше концен

Оценка энергии инициированного лазером взрыва атмосферного воздуха
1. Реакция взрыва. Компоненты Продукты Воздуха Реакции 1)

Электромагнитный импульс
Электромагнитный импульс широко применяется для преобразования вещества и получения плазмы, в том числе, высокотемпературной, для термоядерного «синтеза». Новая интерпретация – электромагнитный имп

Стоячие волны давления
Во всяком объеме при звуковых колебаниях воздуха создается система перекрестных волн, которые при регулярном воздействии являются стоячими. Активированная в пучности (при повышенном давлении) молек

Микровзрывы, кавитация
Мелкопорошковые добавки в смеси с воздухом при инициировании азотной реакции, например, с помощью обычного взрывного воспламенения топливо-воздушной смеси, могут стать центрами микровзрывов (азотно

Катализаторы
Катализаторы, как правило, существенно уменьшают энергию активации – активационный барьер первого звена цепной реакции по сравнению с активационным барьером прямой реакции. Это способствует проведе

Механизм катализа
В настоящее время механизм катализа неизвестен. Действие катализатора традиционно объясняют образованием в его присутствии цепной реакции и соответствующим понижением энергии активации на первом зв

Азотный термодинамический цикл работы двигателей внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее массовыми энергосиловыми установками. Поэтому кажется естественным, что именно в ДВС впервые были получены режимы работы, соответствующие азот

Углерод в двигателях внутреннего сгорания
В условиях ядерной реакции частичного распада азота воздуха, как указано выше, в цилиндре двигателя образуется мелкодисперсный атомарный углерод С12. Будучи взвешенным в объеме газовой с

Кавитация как возбудитель ядерной реакции
В предыдущей главе рассмотрели процессы и установки, работающие на естественном ядерном топливе – воздухе. Другим естественным ядерным топливом является вода. Механизм энерговыделения в воде – ФПВР

Вихревые теплогенераторы
В вихревом теплогенераторе /21/ вода подается мощной струей по касательной к трубе. На оси вращения, как известно, ускорение стремится к бесконечности, и неизбежен разрыв сплошности жидкой среды, в

Дисковые ультразвуковые теплогенераторы
В теплогенераторе Кладова А.Ф. /19/ жидкость дросселируется между двумя встречно вращающимися перфорированными дисками (по типу сирены). Вода или другая жидкость дросселируется с образованием кавит

Виброрезонансные установки
В виброрезонансных установках нет струй, и нет затрат энергии на разгон струи, поэтому они должны быть эффективнее описанных выше установок. Рассмотрим колебательные процессы, которые прои

Электрогидравлические установки
Электрогидравлические установки условно можно разделить на два типа: 1 – установки с электрическим током; 2 – установки с электрическим разрядом. Простейшими являются установки электролиза воды, к

Электрические генераторы
6.1. Процессы взаимодействия элементарных частиц в проводнике при генерации электрического тока Электричество – один из самых удобных для использования человеком видо

Электрические заряды и их взаимодействие
В классической физике и нетрадиционной физике (за редким исключением) считается, что заряд – это присущее телу свойство, которое проявляется при притягивании разноименно заряженных и отталкивании о

Физическая природа гравитации
Видимо, наиболее мелкими, первичными, вихрями-торами праматерии являются так называемые гравитоны

Система основных частиц материи
Приведем сводный перечень описанных выше устойчивых образований, составляющих основу микромира, а также их единичную массу или ее порядок: 4.1. Субчастицы, совокупность которых явля

Особенности фазовых переходов вещества
Фазовые переходы – это преобразование вещества из одного состояния (фазы) в другое. Наиболее часто визуально наблюдаемый фазовый переход – это испарение жидкости и конденсация пара.

Закономерности дискретных процессов
Процессы в реальном микро- и макромире представляют совокупность единичных актов взаимодействия отдельных частиц и тел; то есть реальные процессы – дискретны. В то же время, классическая физика с д

Форма атомов и состав периодической системы химических элементов
Скажем сразу: состав устойчивых изотопов периодической системы химических элементов обусловлен, в конечном итоге, овалоидной формой атомов. Кто-нибудь видел квадратную ягоду, например, арб

Представление о магнитном потоке.
Вихри электрино есть вокруг любого атома, имеющего отрицательный заряд. Однако ферритами или магнетиками могут быть только те вещества, которые имеют тоннельную (коридорную) кристаллическую решетку

Энергообмен между атомами, молекулами, телами и внешней средой с помощью динамического заряда
В веществе заряд бывает статический и динамический. Статический заряд, положительный и отрицательный, дают структурные элементарные частицы (электроны и электрино), которые образуют вещество и его

Физический механизм резонанса.
В названии – центральный вопрос для понимания сути резонанса, который обойден в традиционной физике и в многочисленных нетрадиционных теориях, включающих слова об обмене резонирующим телом энергией

Алгоритм энергообмена в колебательных системах
Последовательность и наименование процессов Макросистема: гроза в атмосфере Микросистема: кавитация в жидкости Наносистема: колебания твердых т

Принципы классификации энергоустановок. Классы, подклассы, группы, подгруппы.
Класс – определяется по основному процессу и виду исходной (потребляемой) энергии. Подкласс – определяется по характерным особенностям и принятым (привычным) наименованиям.

Термические энергоустановки.
В этот класс входят все традиционные энергоустановки на органическом топливе, ядерные, водородные и новые установки естественной энергетики. К традиционным относятся: двигатели внутреннего

Электромагнитные энергоустановки.
В традиционных электрических машинах (электродвигатели и генераторы электрической энергии) используются электромагнитные системы, в которых механическая энергия привода преобразуется в электрическу

Тепловые кориолисовые двигатели.
Известен проект ротативного двигателя Чернышева И.Д. /12/. Двигатель представляет собой ротор в виде диска, установленного на валу. На периферии диска с помощью кольца закреплены камеры сгорания со

Магнитные кориолисовые двигатели.
Поскольку постоянный магнит является естественным вечным двигателем, создающим циркулирующий по нему магнитный поток – поток элементарных частиц – электрино, то имеется принципиальная возможность с

Виброрезонансные энергоустановки.
Наибольшее количество информации связано с машинами безопорного движения – инерцоидами (Толчин, Савелькаев, Маринов и другие). Теория сводится к переходу энергии из окружающей среды к виброрезониру

Энергетика взрывов.
10.1. Безопасность топливо – энергетических процессов. Безопасность предполагает защиту от ожидаемого взрыва, от неожиданного взрыва и от взрыва нерасчетной избыточной мощ

Механизм горения топлива.
В классической термодинамике и термохимии вопрос об источнике энергии при горении органического топлива даже не ставится. Теплотворная способность принимается как само собой разумеющееся, данное пр

Роль топлива в процессе горения.
Обычное горение. В воздухе на одну молекулу кислорода приходится примерно 4 молекулы азота. При распаде молекулы кислорода на два атома освобождается один электрон связи, который становится

Твердые взрывчатые вещества (ВВ).
В твердом веществе, в том числе, во взрывчатом веществе (ВВ), в результате инициирующего воздействия от детонатора первоначально в малом объеме вещества образуется локальная зона с высокими парамет

Жидкие взрывчатые вещества.
В жидком веществе практически осуществляется тот же процесс локальных микровзрывов, что и в твердом веществе. Специфическим является то, что резкими колебаниями и сбросом давления, разгоном и растя

Ядерный взрыв.
Рассмотрим ФПВР урана /2/. Почему уран – 238 не пригоден для ядерного горючего? Традиционный ответ: «потому что коэффициент размножения меньше единицы не обеспечивает реакцию выделения» – не объясн

Термоядерный взрыв.
Итак, в водородной бомбе при термоядерном взрыве выгорает 100% смеси дейтерия и трития. Но в ней, как и во всех энергетических процессах, идет их расщепление, а не синтез гелия. Именно поэтому нет

Лазерный взрыв.
Наряду с детонирующим воздействием лазерное излучение является мощным средством инициирования взрыва. Это объясняется высокой концентрацией энергии в лазерном луче. Поэтому в фокусе луча происходят

Воздушный взрыв.
Как видно из приведенных выше примеров воздушные взрывы могут произойти внезапно при наличии плазмы и электронов в достаточном количестве. Если состояние раздробленности воздуха не полное и азот не

Опасность пароводяных и водородных взрывов.
В результате ядерной реакции частичного распада азота и кислорода воздуха образуется преимущественно водяной пар. Возможно, в некоторых случаях естественным ядерным топливом может быть не воздух, а

Особенности взрывов естественных взрывчатых веществ и поражающие факторы.
В результате приведенного анализа установлено следующее: 1. Обнаружены ядерные реакции частичного распада веществ на элементарные частицы с выделением энергии их связи в атомах. 2

Опасность электромагнитных излучений.
В самых последних современных публикациях /50/ люди, специально занимающиеся этим вопросом пишут, что на сегодняшний день физический механизм действия электромагнитных излучений, в частности, на че

Логика и алгоритм начала мироздания.
Наличие неравномерности в первичной материи и кориолисова ускорения приводят к возникновению вихря – тора. Для частиц праматерии нет других сил взаимодействия, кроме механических («подталкивания»),

Равновесие энергообмена в человеке.
Носителем энергии и информации является мелкая положительно заряженная элементарная частица – электрино, количество которых на заряд одного электрона составляет более 100 миллионов штук (10)

Хранение информации.
Информация хранится в памяти человека. Оперативная и краткосрочная информация хранится в мозгу. Среднесрочная (подсознание) хранится в подкорке. Долгосрочная информация хранится в генах. Все виды и

Получение информации.
Самую долгосрочную информацию человек получает при рождении, от родителей. Основу ее составляют инстинкты и рефлексы. Другую информацию человек получает от других людей и окружающего мира в результ

Каждый человек сам себе бог.
Информация в памяти человека разрушается под влиянием различных, в том числе, телепатических, воздействий; и умирает вместе с человеком. Что человек передал при жизни пртомству, другим людям, то и

Основные этапы разработки.
Первый этап /2/ – 1980... 1994 гг.: созданы теоретические основы новой гиперчастотной физики. Второй этап – 1996...2000гг.: разработана концепция естественной энергетики как решения топлив

Установки естественной энергетики.
13.2.1. Двигатели внутреннего и внешнего сгорания (ДВС). Карбюраторные, эжекторные и дизельные ДВС, двигатели Стирлинга и двигатели других типов могут быть переведены

Котельные установки.
Горелки и камеры сгорания котлоагрегатов на теплоэлектростанциях и отопительных котельных также могут быть переоборудованы на воздушный бестопливный цикл как ДВС и ГГУ. Тысячи котельных пе

Энергетическая перспектива.
По сравнению с традиционной энергетикой на органическом топливе и ядерной энергетикой, перспективу имеет естественная энергетика, использующая воздух и воду как созданные природой. аккумуляторы эне

От осознания теории к изобилию энергии
Два вида энергии – аккумулированная /1/ и свободная /2/ – рассматриваются как неисчерпаемый источник экологически чистой, возобновляемой в природных условиях естественной энергии, созданной самой п

Обычное горение
1. При обычном горении, например, углерода 12С, углеродные цепочки топлива разрушаются на отдельные элементы так, что на каждый атом углерода приходится по одному электрону их связи, кот

Природа сверхпроводимости
Сверхпроводники могут работать и работают при обычных температурах. Современные представления /1/ о физических процессах позволяют лучше понять природу сверхпроводимости и получить практич

Структура первых химических элементов таблицы Менделеева
Выше была дана информация о том, что атомы химических элементов являются по форме точно сферическими, начиная с 12С углерода, или овалоидными. Естественно, что атомы меньше углерода не м

Движители транспортных средств
Исторически одними из первых были разработаны различного типа инерцоиды как средства безопорного движения. Они двигались, ползали, ездили, но не летали. Почему? Авторы, назвав их безопорны

Магнитные электроустановки
Все, о чем выше писали про магниты, можно осуществить на основе резонанса и атомного привода. В отличие от механического, электрического приводов и отсутствия резонанса, эффективность устройств с р

Катализаторы с резонансом
Катализ – по-гречески – «разрушение». Катализаторы разрушают крупные молекулы на мелкие фрагменты, чем обеспечивают более легкое проведение химических реакций, в том числе, энергетических – таких,

Шаровые молнии
Будучи осколками прямой молнии или специально созданные, они сворачиваются в сферу (аналог капли) по тем же причинам равномерного воздействия со всех сторон. Шаровые молнии так же светятся, как веч

Физический механизм фазовых переходов
Наиболее привычными процессами фазовых переходов для нас являются конденсация и испарение воды как наиболее распространенного вещества. Однако к фазовым переходам относится также – образование веще

Природа радиоактивности
Металлы с большой атомной массой, имеющие большие вихри электрино вокруг каждого атома, неизбежно в силу неравномерности движения и концентрации пополняют вихри соседних атомов, нейтрализуя их заря

Отжиг металлов и магнетизм
При отжиге (нагревании) любого вещества увеличивается частота колебаний атомов. Отрицательно заряженные атомы, имеющие вокруг себя вихри электрино, сбрасывают их за счет увеличившихся центробежных

Концентраторы магнитного потока
Иногда для увеличения силы притяжения полюсов магнитов или увеличения магнитной индукции в зазоре между полюсами применяют концентраторы магнитного потока. Распространенным концентратором является

Единство и возможность усиления магнитной и каталитической обработки веществ
Катализ – разрушение (по-гречески) крупных объектов (молекулы, атомы…) на более мелкие фрагменты, чего не понимает современная наука о катализе и поэтому вместо четкого физического механизма дает ф

Выбор материалов и разработка конструкции оптимизатора для обработки воздуха
Опуская описание этапов поиска инициирующих воздействий, скажем, что, в конечном итоге, остановились на магнитном и каталитическом воздействии как наиболее удобном, доступном и достаточном для доци

Настройка карбюратора
Меня, как не автолюбителя, не знакомого с устройством карбюратора, удивила его примитивность и сложность. Фактически в одном общем карбюраторе объединены до 9-ти частных карбюраторов (на каждый реж

Регулировка зажигания
Здесь мы подошли к внутрицилиндровой обработке воздуха для бестопливного горения. Конечно, лазер бы решил всё: и до- и внутрицилиндровую обработку, так как обеспечивает взрыв воздуха, но подходящих

Пуск, прогрев и холостой ход
Необходимость отсутствия топлива при автотермическом режиме горения воздуха в камерах сгорания цилиндров автомобильного карбюраторного двигателя требует настройки на предельно бедную смесь при пуск

Переходные режимы, перегазовки
Если думаете, что на этих режимах нет неожиданностей, то напрасно. Есть. Увязка в карбюраторе сразу всех 8…9-ти основных и соответствующего числа переходных режимов приводит к тому, что ес

Сезонные особенности
Сезонные особенности эксплуатации автомобильных двигателей и их настройки на автотермический бестопливный режим работы относятся, прежде всего, к пуску и прогреву. Сначала сам факт: настроенный на

Амфибии и бездорожники на основе вихревых движителей.
Краткие комментарии к (далеко не полному) перечню направлений естественной энергетики. Конечно, во всех направлениях основным является отсутствие потребления органического или ядерн

Социальные аспекты энергетики
В мире большое количество отдельных ученых, инженеров, специалистов различных отраслей, изобретателей, практиков, мелких и крупных предприятий и организаций локально решают тактические задачи совер

Описание изобретений
16.1. Способ подготовки топливно-воздушной смеси и устройство для его осуществления Заявка 2002124485 от 06.09.2002 F 02 M 27/00 (Полу

Устройство для обработки воздуха топливно-воздушной смеси
Заявка 2002124489 от 06.09.2002 F 02 M 27/00 (Получен патент РФ №2229620) Изобретение относится к энергетике, теплосиловым установкам и двигателям, в том числе, в

Способ повышения энергии рабочей среды для получения полезной работы
Патент № 2179649 от 25.07.2000 г. F 02 G 1/02, F 02 M 27/04 Изобретение относится к энергетике, силовым установкам и двигателям, работающим на горячих газах, и энергоустановкам, и

ГОРЕНИЕ
1. Природные процессы бестопливной энергетики В традиционной энергетике применяют органическое и ядерное топливо в процессах расщепления, а также такую возобновля

Физический механизм энергообмена
Известно, что нет процессов монотонных, а есть только колебательные процессы. Основной причиной колебаний среды и параметров обменных процессов является запирание, экранирование, меньшего потенциал

Секреты Тесла
Тесла известен как один из первых новаторов – исследователей, получавших энергию окружающей среды (свободную энергию) успешно и в больших количествах. О своих изысканиях Тесла публиковал открытые с

Электрические трансформаторы
Описанный выше принцип работы трансформатора (Тесла) с использованием энергии окружающей среды в виде импульсного высокочастотного перетока электрино подходит также для обычных промышленных трансфо

Электрические двигатели
При включении в электросеть электродвигателя (индуктивность) и специально подобранных конденсаторов (емкость) Мельниченко /15/ удавалось получить в 10…15 раз большую мощность на валу двигателя, чем

Электрогенераторы на постоянных магнитах
Ряд магнитных электрогенераторов (МЭГ) были уже описаны в /2/: генераторы Серла, Рощина-Година, Флойда. Все они не только выдавали избыточную энергию, но и работали автономно. Есть возможность позн

Алгоритм разгона звуковой волны
1. Расстояние критического (нормального) сближения осциллятора газа (воздуха) с соседями, в том числе, и со стенкой (торцем стержня – генератора звука):

Эффект полостных структур
Статья В.С. Гребенникова, опубликованная около 1980 года о том как он летал над Новосибирском произвела тогда большое впечатление, особенно, подробным описанием ощущений и событий вплоть до мельчай

Сверхтекучесть
Сверхтекучестью должна обладать жидкость, лишенная механического взаимодействия ее частей путем трения и вязкости (по традиционной теории), а также – какого-либо другого, в частности, электрическог

ГОРЕНИЕ ВОЗДУХА
8. Резюме. Оптимизация процессов горения Традиционно считают, что горит топливо. Оно наделено свыше данным свойством – теплотворной способностью. По ней делают ра

Процессы с воздухом и кислородом
Рассмотрим случаи возгорания или взрыва без присутствия топлива. Таких случаев набирается уж достаточно много: 1. Взрыв воздуха в фокусе лазерного луча; 2. Взрыв чистого кислорода

Процессы с топливом
Рассмотрим, например, метан СН4. Традиционное структурное изображение молекулы метана содержит четыре единичные ординарные связи атома углерода с атомами водорода: Н |

Пределы горючести воздуха
Рассмотрим сначала обычное горение воздуха в смеси с топливом. При импульсном распылении топлива в воздухе в виде аэрозоля самым простым инициирующим воздействием, обеспечивающим зажигание и горени

Адресное микродозирование топлива
Цель – облегчение воспламенения в цилиндре двс при минимальном расходе топлива. При бестопливном режиме топливо нужно, в основном, для облегчения воспламенения переобедненной смеси: тогда

Первоочередные мероприятия для ДВС
Несмотря на то, что использование топлива в малом количестве облегчает работу двигателя в бестопливном режиме, в том числе, пуск, прогрев, воспламенение, переходные режимы, но лучше все же сразу ор

Доцилиндровая обработка воздуха
1. Установка магнитных оптимизаторов. 2. Усиление действия оптимизаторов с помощью: - концентраторов магнитного потока; - катализаторов, размещенных в магнитном поле.

Внутрицилиндровая обработка
6. Использование, по возможности, тех же методов, что и в доцилиндровой обработке (п.п 1-5). 7. Настройка двигателя: - по топливу (если оно необходимо): переобеднение смеси;

Использование катализаторов
Усиление катализаторов в магнитном или электрическом поле происходит следующим образом. Основным разгонным органом снарядов – электрино является их вихрь, вращающийся вокруг атомов кристаллической

Адаптация зажигания
Теперь о зажигании. Выше уже поясняли причину, почему молния не может взорвать атмосферу. Так и искра электрического заряда не может самостоятельно взорвать чистый воздух в цилиндре двигателя. С то

Повышение оборотов
Практика показывает, что повышение оборотов способствует наступлению азотного цикла, не совсем бестопливного, но уже с участием не только кислорода, но и азота в горении. Внешними визуальными призн

Наложение высокого напряжения
Электрическое поле между электродами является инициирующим воздействием для катализа – процесса горения воздуха. Оно повышает плотность электринного газа в этом пространстве, нейтрализует частично

Горелки и камеры сгорания
Горелки котельных топок и камеры сгорания газотурбинных (ГТУ) и других энергоустановок отличаются от камер сгорания двс отсутствием поршня и системой аэродинамических волн давления, ударных и детон

Катализ и сжигание воды
Вода самодостаточна для горения: ей не нужны топливо и окислитель. Согласно современным представлениям о естественной энергетике /1, 2, 3/ горение – это процесс электродинамического взаимо

Получение энергии электролизом
Электролиз без других внешних воздействий является энергозатратным процессом, в том смысле, что сколько энергии с учетом кпд затратил, столько потом и получил. Такие горелки, например, для резки ме

Кавитация в жидкости возникает как режим предкипения при нарушении (разрыве) ее сплошности. В образовавшиеся каверны поступает пар, в частности воды. Пузырьки пара вследствие малой кривизны поверхн

Повышение напора энергией природы
Сразу скажем, что это – известное явление: гидравлический удар и гидравлический таран (см. например /31/). Внятного физического объяснения нет, хотя в формуле Жуковского повышения напора ΔР =

Самовращение в гидравлической энергетике
Кориолисовы силы приводят к самовращению в любых средах, в том числе, в воде. Замечено, что, например, в вихревых теплогенераторах Потапова мощность привода насоса уменьшается при увеличении скорос

Некоторые особенности энергетики человека
Из изложенной в книге теории и практики физики и энергетики следует простая схема круговорота вещества и энергии. Первичная материя типа идеальной жидкости, которая не может существовать самостояте

О пользе нетрадиционных знаний
С течением времени нетрадиционные знания становятся традиционными, привычными, если они подтверждаются и используются практикой. Остальное откладывается до следующего витка развития науки и техники

Постскриптум
За прошедший год после написания четвертого раздела книги появилось новое понимание некоторых фактов, которое может быть важным, и поэтому приведено ниже в виде перечня с краткими пояснениями.

Лекция 4. Электрическое поле

Человек существует в гравитационном поле, которое он в принципе не может устранить. Электрическое поле можно создавать и уничтожать в простых опытах. Поэтому экспериментально изучать электрическое поле можно на гораздо более глубоком уровне, чем гравитационное. Фактически общее понятие физического поля формируется в сознании учащихся именно при изучении электрического поля.

В электростатике имеют дело с электрическими полями, создаваемыми неподвижными зарядами. Такие не изменяющиеся с течением времени поля называются электростатическими. Но, усвоив понятие электростатического поля, вскоре учащиеся должны овладеть понятиями стационарного электрического, вихревого электрического и электромагнитного полей. Поэтому уже в электростатике нужно зна комить учащихся с полями, которые не являются электростатическими.

Это необходимо ещё и потому, что в реальной электростатике никогда не имеют дела с не изменяющимися во времени зарядами. Действительно, при электризации заряды разделяются и возрастают, заряженные электрометры постепенно разряжаются, заряды проходят по проводникам и перемещаются вместе с заряженными телами. Поэтому при изучении электростатики необходимы начальные представления и об электрическом токе, и о переменных электрических полях.

Но главное, в чём должны быть убеждены учащиеся, – это в реальности существования электрического поля, которое создаётся электрическими зарядами и передаёт их взаимодействие, и которое окружает всех нас постольку, поскольку мы пользуемся электричеством. Эта убеждённость должна опираться на систему экспериментальных доказательств, а не на авторитет учебника или учителя.

4.1. Понятие электрического поля. Опыт показывает, что заряженное тело вызывает притяжение или отталкивание другого заряженного тела на расстоянии. Непредвзято анализируя этот и другие эксперименты, вряд ли можно согласиться со странным утверждением, будто один заряд действует на другой непосредственно через пустое пространство. С этим не мог согласиться и великий экспериментатор М.Фарадей, хотя многие теоретики его времени, следуя И.Ньютону, были убеждены в справедливости так называемой теории дальнодействия. Фарадей считал, что заряд порождает вокруг себя особый вид материи – электрическое поле , – которое простирается до бесконечности и отличается от иных видов материи тем, что способно действовать на другой заряд.

Понятие электрического поля, подобно понятию заряда, относится к основным, или фундаментальным, физическим понятиям и не может быть определено формально. Существование электрического поля подтверждается всей совокупностью экспериментов электродинамики – нет ни одного опыта, которому противоречила бы концепция электрического поля.

Можно поставить опыты, наглядно показывающие электрическое поле, созданное зарядами.

В плоский сосуд, наполненный густым маслом, введём два проводящих шарика и насыпем лёгкий сыпучий непроводящий порошок, например манную крупу или мелко настриженный волос. На шарики подадим разноимённые заряды.

При этом будем наблюдать, как первоначально хаотически ориентированные частички выстраиваются в линии, начинающиеся на одном и заканчивающиеся на другом заряде. Таким образом, в каждой точке пространства между двумя зарядами имеется субстанция, которой не было при отсутствии зарядов. Это и есть электрическое поле. Частицы выстраиваются в линии потому, что со стороны электрического поля на них действуют силы. Поэтому линии между электродами, которые обозначают частицы, называются силовыми линиями электрического поля.

4.2. Энергия электрического поля. При электризации трением, давлением или посредством электростатической индукции разноимённые заряды возникают за счёт механической работы. Значит, для создания электрического поля надо совершить работу. В электрическом поле заряженные тела начинают перемещаться и поворачиваться. Следовательно, электрическое поле способно совершать работу. Таким образом, электрическое поле обладает энергией.

При разряде заряженных тел электрическое поле исчезает, и его энергия превращается в кинетическую энергию движущихся зарядов. В металлах это электроны, в жидкостях и газах – электроны и ионы. Кинетическая энергия зарядов превращается в другие виды энергии. Например, если при разряде возникает электрическая искра, то энергия электрического поля в конечном итоге превращается в механическую (звук), тепловую (нагрев), световую (вспышка).

4.3. Скорость распространения электрического поля. Доказать существование электрического поля можно только экспериментально. Пусть два заряженных тела расположены на некотором расстоянии друг от друга. Сдвинем одно из них на небольшое расстояние. Тогда изменится сила, действующая на второе тело, и оно также переместится на соответствующее расстояние. Если электрическое поле реально существует, то перемещение второго тела должно произойти спустя некоторое время, в течение которого изменение поля вблизи первого тела дойдёт до второго.

Опыты с заряженными телами показывают, что электрическое воздействие одного заряженного тела на другое происходит мгновенно. Давайте вдумаемся в это утверждение. Мгновенно – значит моментально, в тот же момент времени. Поэтому промежуток времени между перемещением первого заряда и откликом на это перемещение второго заряда должен быть равен нулю. Но ни один эксперимент не позволяет измерить как угодно малый промежуток времени. Значит, опыты по перемещению зарядов, на которые мы ссылались, доказывают только то, что взаимодействие происходит за время, меньшее чувствительности использованных часов или иных измерителей времени.

Если перемещать заряд очень быстро и воздействовать им на заряд, который тоже может двигаться с большой скоростью, то, может быть, удастся измерить время распространения взаимодействия между зарядами? Но как заставить заряд быстро перемещаться? Понятно, что пытаться использовать механическое перемещение бесполезно. Вспомним, что при сближении заряженных противоположными зарядами шариков между ними проскакивает искра и шарики разряжаются. Это означает, что заряд с одного из них переходит на другой. Движение заряда при этом происходит очень быстро.

Воспользовавшись этим наблюдением, соберём экспериментальную установку, состоящую из двух одинаковых пар проводящих стержней с разрядными промежутками между ними. Зарядим металлические шарики одной пары стержней зарядами +q и –q и начнём их сближать. Как только между шариками проскочит искра, появляется маленькая искорка между шариками и во втором диполе! Отсюда следует, что быстрое движение зарядов в одной точке пространства вызывает соответствующее движение зарядов в другой точке.

Казалось бы, мы не узнали ничего нового. Но это не так: заряды в обсуждаемом эксперименте движутся настолько быстро, что удаётся измерить время, необходимое для распространения изменения электрического состояния на некоторое расстояние. Такие измерения будут выполнены позже, в конце изучения электродинамики. Сейчас, забегая вперёд, можно просто сообщить учащимся, что они дадут значение скорости передачи электрического состояния с = 3 10 8 м/с.

Таким образом, электрическое поле реально существует потому, что, как показывает эксперимент, оно обладает энергией и его изменения распространяются в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Любопытно, что описанный опыт первым поставил итальянский физик Л.Гальвани на заре систематического исследования явлений электродинамики. Правда, вместо второго разрядного промежутка он использовал препарированную лапку лягушки, которая сокращалась всякий раз, когда проскакивала искра между шариками первого разрядного промежутка. Спустя примерно 100 лет фактически те же опыты повторил немецкий физик Г.Герц. Но он уже владел развитой теорией электродинамических процессов, которую создал К.Максвелл, опиравшийся на «Экспериментальные исследования по электричеству» М.Фарадея. Именно Герц первым экспериментально доказал, что возмущение электрического поля распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны, и измерил скорость этого распространения, которая совпала со скоростью света в вакууме.

4.4. Принцип суперпозиции электрических полей. Согласно полевой концепции электрический заряд действует на другой заряд именно посредством электрического поля. Поле одного заряда действует на другой, а поле второго заряда действует на первый. Так осуществляется взаимодействие двух зарядов. При этом сами поля не взаимодействуют: поле первого заряда остаётся таким же, как если бы второго заряда не было. Электрические поля зарядов просто накладываются друг на друга так, что результирующее поле является суммой составляющих полей. В этом заключается сущность принципа суперпозиции электрических полей (от лат. superposition – наложение).

Принцип суперпозиции надо понимать так: электрическое поле одного заряда не влияет на поля других зарядов, а поля других зарядов не оказывают никакого влияния на поле данного заряда, поэтому результирующее электрическое поле есть простое наложение, или сумма электрических полей, создаваемых всеми зарядами.

Исследование 4.1. Точечный индикатор электростатического поля

Информация. Электростатические поля удобно исследовать с помощью индикаторов, позволяющих оценить направление и величину кулоновской силы в каждой точке поля. Простейший точечный индикатор представляет собой лёгкое проводящее тело, подвешенное на нити. Раньше для изготовления лёгкого шарика рекомендовали использовать сердцевину ветки бузины. В настоящее время бузину целесообразно заменить пенопластом. Возможны и другие решения проблемы.

Задание. Разработайте конструкцию и изготовьте простейший индикатор электростатического поля. Экспериментально определите его чувствительность.

Вариант выполнения. Из кусочка резины от детского воздушного шара выдуйте резиновый шарик 1 диаметром 1–2 см. Шарик привяжите к белой шёлковой или капроновой нити 2 , которую проденьте через полиэтиленовую трубку 3 и зажмите деревянным колышком 4 . Поверхность шарика натрите до характерного металлического блеска графитовым порошком от грифеля мягкого простого карандаша.

Шарик зарядите от потёртой мехом эбонитовой палочки, пьезоэлектрического источника или электрофорной машины. Введите индикатор в поле сферического заряда и по величине действующей силы оцените чувствительность индикатора (см. исследование 3.5).

Исследование 4.2. Исследование электростатических полей

Задание. Используя точечный индикатор, исследуйте электростатические поля различных заряженных тел.

Вариант выполнения. Из рисунка понятно, как посредством точечного индикатора можно исследовать поле наэлектризованного трением листа оргстекла или пенопласта.

Аналогичным образом можно исследовать поле заряженного шара электроскопа, изменение этого поля при заземлении корпуса прибора, поле двух заряженных разноимённо и одноимённо шаров, поле заряженной металлической пластины и т.д. Такие исследования дают наглядный образ электростатических полей в различных ситуациях.

В качестве примера на рисунке показана последовательность выполнения демонстрации экранирующего действия заземлённого проводника.

Вначале показывают, что электрическое поле существует по обе стороны наэлектризованного диэлектрика (рис. а ). Затем в промежуток между заряженным телом и одним из индикаторов за изолирующую ручку вносят большой металлический лист; при этом индикатор показывает, что электростатическое поле за листом не исчезает (рис. б ). Наконец металлический лист заземляют, и шарик индикатора немедленно опадает (рис. в ). Убрав заземление экрана, показывают, что электростатическое поле за ним восстанавливается.

Исследование 4.3. Дипольный индикатор электростатического поля

Информация. Возможные конструкции дипольного индикатора понятны из рисунков внизу.

Основой индикатора является лёгкая полиэтиленовая трубочка 1 с отверстием посередине (можно взять соломинку). В качестве оси вращения удобно использовать канцелярскую булавку 2 , на которую надеты бусинки 3 , выполняющие роль подшипников, и пенопластовый фиксатор 4 . Булавку крепят либо на подставке 5 , либо на конце держателя 6 . На рис. в показана ещё более простая конструкция. В простейшем случае индикатор может представлять собой полоску бумаги, согнутую под углом вдоль и установленную на иглу в центре тяжести.

Задание. Выберите наиболее доступную конструкцию, изготовьте дипольные индикаторы и с их помощью исследуйте различные электростатические поля. Объясните, почему незаряженная трубка ориентируется в электрическом поле.

Вариант выполнения. Изготовив несколько однотипных дипольных индикаторов, вы можете с их помощью визуализировать интересующие вас поля.

Учащимся будет интересна такая работа при условии, что опыты с диполями окажутся не слишком капризными. А это может случиться, если конструкция диполя не будет отработана: слишком большое трение на оси вращения смажет эффект от экспериментов. Поэтому изготовление дипольных индикаторов, при кажущейся простоте, требует и старания, и тщательности.

Возможно, наилучший вариант применения дипольного индикатора заключается в использовании его для объяснения физической сущности визуализации электрических полей мелким диэлектрическим порошком.

Исследование 4.4. Спектры электрических полей

Информация. Диэлектрические частицы в электрическом поле обозначают силовые линии и тем самым делают поле видимым – визуализируют его. Получающиеся при этом картины электрических полей называются спектрами.

Задание. Объясните метод визуализации электростатических полей диэлектрическим порошком так, чтобы его сущность стала понятной учащимся. Получите и исследуйте спектры различных электрических полей.

Вариант выполнения. Для объяснения воспользуйтесь аналогией между отдельной частицей порошка и дипольным индикатором (см. исследование 4.3). Добейтесь понимания учащимися, почему частицы порошка выстраиваются в обособленные друг от друга силовые линии поля. Проделайте модельные эксперименты с двумя дипольными индикаторами, подтверждающими ваше объяснение.

Для школьного физического кабинета промышленность выпускает специальные приборы для демонстрации спектров электрических полей. Эти приборы представляют собой нанесённые электропроводящей краской на пластинки из оргстекла электроды, на которые устанавливается плоская кювета с касторовым маслом со взвешенными частицами манной крупы. Приборы помещают на конденсор кодоскопа, электроды подключают к высоковольтному источнику и проецируют визуализированное поле на экран. Целесообразно продемонстрировать учащимся электрические поля разноимённо и одноимённо заряженных тел, заряженной плоскости, двух разноимённо заряженных плоскостей.

Визуализированные картины электрических полей на экране очень красивы и информативны, но сам демонстрационный опыт трудно считать безупречным, поскольку в нём одновременно используются приборы, в которых имеются сетевое напряжение 220 В и высоковольтное напряжение до 25 кВ.

Поэтому несравненно больше пользы будет, если школьники самостоятельно выполнят исследование полей в домашних условиях. Для этого в блюдце нужно налить немного подсолнечного масла и присыпать его сверху манной крупой или мелко настриженным волосом. Затем поместить в масло металлические электроды требуемой формы и соединить их с пьезоэлектрическим источником. Нажимая на рычаг этого источника, юные исследователи увидят, как взвешенные в масле частицы будут визуализировать исследуемые электрические поля.

В индивидуальных экспериментах можно также использовать прозрачную пластмассовую баночку с визуализирующим поле составом, ставя её плоским дном на электроды, вырезанные из толстой алюминиевой фольги.

Исследование 4.5. Построение силовых линий электрических полей

Информация. Д.Максвелл предложил простой способ построения силовых линий сложных электрических полей. Сначала вычерчивают линии для двух уже известных полей. При их пересечении получается сетка четырёхугольных ячеек, в которых одна диагональ пропорциональна геометрической сумме напряжённостей полей, а другая – их разности. Соединяя соответствующие углы ячеек, получают линии напряжённости суммарного поля в виде ломаных линий. Можно сделать их гладкими, либо сглаживая ломаные, либо уменьшая размеры ячеек, для чего увеличивают число исходных линий.

Задание. Изготовьте сетки электрических полей двух точечных зарядов. По этим сеткам постройте силовые линии полей одинаковых разноимённых и одноимённых зарядов.

Вариант выполнения. Составьте компьютерную программу, рисующую силовые линии точечных зарядов, находящихся на разных расстояниях друг от друга, и на принтере распечатайте получившиеся изображения. Пользуясь принципом суперпозиции, ломаными кривыми обозначьте силовые линии результирующих полей. Дайте теоретическое обоснование метода Максвелла построения силовых линий.

Исследование 4.6. Энергия электрического поля

Информация. Обычно в опытах по электростатике для демонстрации взаимодействия зарядов используют лёгкие тела. В результате у учащихся создаётся ощущение, что электростатическое поле – это слабое поле, не способное совершать скольконибудь значительную работу.

Проблема. Возможна ли демонстрация такого опыта, который развеял бы неверное ощущение слабости электрического поля?

Задание. Разработайте и поставьте простой демонстрационный опыт, убедительно показывающий, что электрическое поле обладает энергией и в принципе может совершать значительную работу.

Вариант выполнения. В качестве источника электрического поля удобно использовать наэлектризованный трением шерстяной варежкой лист пенопласта размером, например, 4 20 40 см (см. исследование 1.2). Деревянную доску или брус длиной до 5 м уравновесьте на легко вращающейся платформе, в качестве которой можно использовать горизонтальный диск из школьного набора по вращению. Можно взять гладкую выпуклую опору, например, большой стальной шар от подшипника, бильярдный шар и т.п. К одному из концов доски приблизьте наэлектризованный лист пенопласта. При этом учащиеся увидят, как массивная доска начинает притягиваться к листу – электростатическое поле совершает работу!

Ещё большее впечатление опыт произведёт, если деревянную доску заменить массивной металлической трубой или профилем внушительных размеров.

Электрическим полем можно раскрутить лежащий на вращающейся опоре предмет или поворачивать его на разные углы в ту и другую сторону. Важно, чтобы учащиеся разобрались, какую часть работы совершает электрическое поле, а какую – демонстратор.

Исследование 4.7. Высоковольтный источник напряжения

Информация. Учащиеся ещё не знакомы с понятиями потенциала и разности потенциалов, но уже настала необходимость в использовании сетевого источника высокого напряжения. Раньше промышленность выпускала для школ высоковольтный преобразователь «Разряд-1». В настоящее время его сменили несколько новых источников высокого напряжения. Они обеспечивают получение напряжения, плавно регулируемого в пределах от 0 до 30 кВ, снабжены аналоговым или цифровым вольтметром, высоковольтным конденсатором, разрядником, соединительными проводниками в высоковольтной изоляции со штекерами и т.д. Выход этих приборов имеет три клеммы, каждая из которых может быть заземлена. Поэтому высоковольтные источники могут обеспечить получение равных потенциалов противоположного знака относительно Земли.

Проблема. Как быстро и убедительно показать учащимся, что высоковольтный источник создаёт такие же электростатические поля, в существовании которых они уже убедились?

Задание. Предложите простой эксперимент, показывающий, что сетевой источник высокого напряжения даёт такие же заряды, как и те, которые получаются при различных способах электризации.

Вариант выполнения . На некотором расстоянии друг от друга разместите два одинаковых металлических шара и наэлектризуйте их так, чтобы они имели равные по модулю и противоположные по знаку заряды. В электрическое поле введите точечный индикатор (см. исследование 4.1) и отметьте его положение. Разрядите шары, замкнув их проводником. Двумя проводниками в изоляции подключите шары к выводам высоковольтного источника и постепенно повышайте напряжение на его выходе. При этом вы обнаружите, что точечный индикатор занимает такое же положение, как и в начале опыта. Отсюда следует, что высоковольтный источник способен создать такое же электрическое поле, как и поле, возникающее при любом из способов электризации тел. Разумеется, возможны и другие опыты, доказывающие этот факт.

Исследование 4.8. Распространение электрического поля

Информация. Принципиально важно экспериментальное доказательство того факта, что электрическое поле может распространяться в пространстве. В п. 4.3 показано, что для этого в качестве источника и индикатора электрического поля могут быть использованы два диполя, снабжённые парами проводящих шаров, между которыми происходят электрические разряды. Разряд в приёмном диполе очень слаб и поэтому мало пригоден для использования в учебном эксперименте.

Проблема. Нельзя ли в качестве индикатора электрического разряда в приёмном диполе использовать неоновую лампу (см. исследование 1.4)?

Задание. Разработайте и поставьте опыт, убедительно показывающий, что изменяющееся электрическое поле действительно распространяется в пространстве.

Вариант выполнения. При изучении электростатики нет необходимости вводить понятие электромагнитной волны и демонстрировать её распространение на скольконибудь значительное расстояние. Вполне достаточно показать учащимся, что изменения электрического поля распространяются на несколько десятков сантиметров.

К выходу высоковольтного источника подключите диполь – два одинаковых куска алюминиевого провода в изоляции, на обращённых друг к другу концах которых сделаны кольца. Длина диполя некритична (от 0,5 до 1,0 м). Точно такой же по размерам диполь укрепите на пластмассовой линейке, расположив посередине него любую неоновую лампу (например, типа ВМН02).

При постановке опыта включите высоковольтный источник и повышайте напряжение до тех пор, пока через разрядный промежуток длиной в несколько миллиметров излучающего диполя не станут проскакивать искры. Расположите приёмный диполь параллельно излучающему на расстоянии 20–100 см. В темноте вы увидите, что при каждом электрическом разряде неоновая лампа вспыхивает.

Опыт показывает, что быстро (точнее, ускоренно) движущийся заряд в излучающем диполе является источником изменяющегося электрического поля, которое в пространстве распространяется до приёмного диполя и вызывает в нём движение зарядов, что и обнаруживается неоновой лампой.

Разверните приёмный диполь перпендикулярно излучающему. При этом неоновая лампа перестаёт светиться. Отсюда следует, что электрическое поле распространяется в пространстве так, что не изменяет своей ориентации.

Исследование 4.9. Отличие переменного электрического поля от электростатического

Информация. Мы знаем, что от источника переменного электрического поля в пространстве распространяется электромагнитная волна. Однако учащимся предстоит узнать это примерно через год. Тем не менее уже сейчас при изучении электростатики целесообразно добиться понимания, что переменное электрическое поле существенно отличается от электростатического. Для этого можно воспользоваться хорошо известным фактом: электромагнитная волна практически полностью отражается даже от тонкого проводящего листа, а электростатическое поле за таким листом может существовать.

Проблема. Как в простом демонстрационном эксперименте сравнить свойства электростатического и переменного электрического полей?

Задание. Используя наэлектризованное тело, дюралевый лист, электрометр, высоковольтный источник питания, излучающий диполь и приёмный диполь с неоновой лампой, разработайте и поставьте простой эксперимент, показывающий, что переменное электрическое поле не проходит через проводящий лист, а постоянное – проходит.

Вариант выполнения. Заряженное тело поднесите к шару электрометра, при этом его стрелка отклонится. Введите между заряженным телом и шаром электрометра дюралевый лист, держа его за ручку из изолятора. При этом стрелка электрометра несколько опадёт, но всё равно будет указывать на присутствие электростатического поля. Объясните это явление.

Теперь заземлите дюралевый лист, хотя бы взяв его рукой, – стрелка электрометра немедленно опадёт. Это свидетельствует о том, что за заземлённым дюралевым листом электростатическое поле отсутствует.

Опыт показывает, что незаземлённый металлический лист не препятствует проникновению через него электростатического поля (сравните с результатом исследования 4.2).

Воспроизведите установку исследования 4.8, включите высоковольтный источник и добейтесь свечения неоновой лампы в приёмном диполе при электрических разрядах в излучающем диполе. Введите незаземлённый лист дюраля в промежуток между излучающим и приёмным диполями – свечение лампы сразу исчезает. Отсюда следует, что переменное электрическое поле не в состоянии преодолеть металлический лист, даже если он не заземлён.

Исследование 4.10. Скорость распространения электрического поля

Информация. При движении зарядов электрическое поле распространяется не только в свободном пространстве, но и вдоль проводников. Об этом свидетельствуют опыты по разделению зарядов в проводниках за счёт электростатической индукции.

Проблема. Как поставить учебный эксперимент, наглядно показывающий высокую скорость распространения электрического поля по проводнику?

Задание. Разработайте демонстрационную установку, показывающую, что в принципе возможно экспериментально оценить скорость распространения электрического поля вдоль проводника.

Вариант выполнения.

Два электрометра 3 и 4 поставьте рядом. К одному электрометру подсоедините провод 2 длиной около метра. Со вторым электрометром соедините изолированный провод 5 длиной несколько десятков метров (этот провод можно проложить по всему классу и даже вне него). К оголённым концам проводов приближайте наэлектризованный трением лист пенопласта 1 . Вы обнаружите, что стрелки обоих электрометров в этом случае одновременно реагируют на приход электрического поля от пенопласта по проводам 2 и 5 существенно различной длины.

Это свидетельствует о том, что скорость распространения электрического поля очень велика и не может быть определена в примитивных экспериментах. Измерения, которые будут проведены позже, покажут учащимся, что она составляет сотни тысяч километров в секунду.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какова оптимальная методика введения и формирования понятия электрического поля?

2. Как доказать, что электрическое поле обладает энергией?

3. Нужно ли в электростатике рассматривать скорость распространения электрического поля?

4. Сформулируйте принцип суперпозиции электрических полей.

5. Какие индикаторы электростатического поля существуют и как их использовать в учебных исследованиях полей?

6. В чём суть метода визуализации электростатических полей диэлектрическим порошком, взвешенным в вязком масле?

7. Что предпочтительнее: демонстрация спектров электростатических полей или наблюдение их в самостоятельном эксперименте учащихся?

8. В чём суть метода Максвелла построения силовых линий сложных электрических полей?

9. Как показать, что электрическое поле действительно распространяется в пространстве?

10. В чём суть опыта, показывающего исключительно большую скорость распространения электрического поля вдоль проводника?

Литература

Песин А.И. , Решетняк В.Г. Новые приёмы демонстрации электрического поля. – Физика в школе, 1986, № 6, с. 67–70.

Песин А.И. , Свистунов А.Ю. , Валиев Б.М. Модельный эксперимент для изучения электростатического поля в школьном курсе физики. – Учебная физика, 1999, № 2, с. 19–28.

Проказов А.В. Пенопласт в опытах по электростатике. – Учебная физика, 2001, № 3, с. 4–10.

Сабирзянов А.А. Построение силовых линий электрических полей. – Учебная физика, 2004, № 5, с. 27–28.

Шилов В.Ф. Физические приборы из шариковой ручки. – Учебная физика, 2000, № 3, с. 4–7.