Експериментальне підтвердження подвійності властивостей
магнітного поля.
Кузнєцов Ю.М.
1.Прірода подвійності. Просторові розподілу векторних магнітних потенціалів поля елемента односпрямованого струму зарядів
А = f (J), (1)
і скалярних потенціалів поля гіпотетичного монополя Дірака
φ m = F (m) (2)
розрізняються наступним чином. У токового поля еквіпотенціальні поверхні мають вигляд концентричних циліндричних оболонок, преобразующиеся в себе при поворотах навколо своєї осі. У зарядового поля еквіпотенціальні поверхні подібні концентричні сферичним оболонок, що перетворюються в себе при будь-якому просторовому повороті щодо свого центру. Очевидно, що потенційне кулясте магнітне поле геометрично симетричні циліндричним циркуляційного. Оскільки симетрії причини і слідства не можуть бути різними, то природа подвійності магнітного поля обумовлена двома видами геометричній симетрії його джерел. Це узгоджується з тим, що щільність струму в (1) описується циліндричним аксіальним векторм, а магнітний заряд в (2) - кулястим скаляром [1].
У статті буде дано теоретичне обгрунтування і дослідне підтвердження тому, що більш симетричним по відношенню до однонаправленої локального току зарядів (J) може бути не тільки гіпотетичний монополь Дірака (m), але і локальна ідеалізація сферичного центрально-симетричного розподілу струмових елементів, якому відповідає така ж симетрія поля магнітних потенціалів
| A | = f (| J |). (3)
Скалярний характер кулястого джерела та його поля магнітних потенціалів обумовлений відсутністю виділеного у них просторового напрямку.
Запропонована локальна ідеалізація має практично реалізований протяжний аналог у вигляді розширення (стиснення) електрично зарядженою пружною сферичної оболонки.
2. Двоїстість локальної ідеалізації токового джерела. Локальна сукупність довільно спрямованих елементів струму зарядів характеризується сумарним односпрямованим вектором.
При центрально-симетричному розподілі векторів щільності струму геометричне підсумовування дає в результаті нуль-вектор. Аналогічний результат виходить для колінеарних струмам векторів магнітного потенціалу (Рис.1).
Σ J
Σ J = 0 Σ А = 0
Рис.1
Як і в будь-якій магнитостатическое ситуації, в центрально-симетричною, радіально рухомі слідом за своїми зарядами електричні поля мають кінетичними енергіями позитивного знака. На відміну від струмових і польових векторів вони взаємно не компенсуються. Отже, скалярна сума кінетичних енергій має кінцеву величину, якої еквівалентно загальне магнітне поле.
Виявлене справжнє протиріччя між наявністю конкретної кількості магнітної енергії і нуль-векторним описом джерела та його магнітного поля має фундаментальну основу. Скалярний підсумовування кінетичних енергій підпорядковується принципу збереження енергії. А геометричне підсумовування струмових і польових векторів - принципу суперпозиції.
Суть розв'язання суперечності ясна. Якщо є магнітна енергія, то повинен бути конкретний опис джерела магнітного поля. І самого поля з конкретним магнітним властивістю.
Оскільки математично коректні, але фізично ірраціональні, нуль-вектори струму і магнітного потенціалу для цих цілей не годиться, то заміною їм можуть бути скалярні суми модулів векторів, що містять кількісні характеристики
Σ J ≡ | J |, (4)
Σ А ≡ | А |. (5)
Відсутність у обох скалярних сум виділеного просторового напрямки узгоджується з кулястою симетрією локальної магнітостатики.
Перехід від неминучого нуль-векторного результату до логічно виправданою скалярної сумі модулів (4) є теоретичним обгрунтуванням подвійності локальних струмів
J = ρ V, (6)
| J | = ρ | V |. (7)
Різні за своєю геометричній симетрії причини - циліндричним і кулястий струми - породжують відповідні їм слідства - циліндричним і кулясте поля магнітних напруженостей
J = rot H, (8)
| J | = div | H |. (9)
3.Двойственность магнітної сили. На рісунке.2 зображена ідеалізація протяжних аксіальних центрально-симетричних струмів з [2], [4].
i1 i2
Σ V
Поздовжня магнітна сила
Q
Рис.2
Поля струмових зарядів впливають на ортогонально рухомий (зближуються) пробний заряд. У відповідність з ідеєю Е. Парселла [3] приклад розглядається в системі спокою пробного заряду. У цьому випадку струмові заряди беруть участь у двох рухах - вздовж провідника і у відносному зближенні з пробним зарядом, що призводить до нахилам «сплющених» діаграм силових ліній. Очевидно, що поздовжня спрямованість магнітної сили обумовлена центральної симетрією накладення на пробний заряд релятивістськи згущених і розряджених електричних силових ліній, що, у свою чергу, обумовлено центральної симетрією руху струмових зарядів.
Картина центрально-симетричного накладення силових ліній зберігається при заміні аксіальних центрально-симетричних двухзарядових струмів рухом зарядів одного знака разом з розширюється (стискуваної) сферичної оболонкою.
Абстрактна локальна ідеалізація сферичного розподілу струмових елементів має протяжний аналог. Однак, утворене таким чином реальне потенційне магнітне поле недоступне дослідної реєстрації через свою малості. У підтверджують експериментах використовувалися електротоковие джерела. Як з рознесеними, так і з суміщеними центрально-симетричними струмами зарядів.
4.Опитное виявлення безвихорової виду електромагнітної індукції.
Вирішувалося завдання реєстрації нагріву алюмінієвої втулка зворотно-поступальними індукційними струмами. Як дипольного джерела потенційного магнітного поля використовувалися центрально-симетричні струми в парі поруч розташованих многовіткових (n = 300) прямокутних рамок. На лінії симетрії, (на відстані L = 6 см. від однієї з двох пар рознесених протитечій) розташовувалася алюмінієва втулка з напівпровідниковим стабілітроном всередині (100 кОм / градус). Момент початку зміни температури втулки визначався зі зміни омічного опору (в зворотному напрямку) стабілітрона, яке фіксувалося цифровим мультиметром DT880B.
Методика експерименту полягала в реєстрації інтервалів часу (Δ
Рамки і втулка поділялися теплоінерціонной захистом, що збільшує інтервал часу до початку помітного впливу джоулева тепла.
Мультиметр дозволяв реєструвати зміну омічного опору стабілітрона на 1 кОм у (робочому інтервалі 300 ... 700 кОм), що було еквівалентно нагріванню кристала стабілітрона на 0,01 єС.
З метою спрощення розрахунку передбачалося, що нагрівання кристала стабілітрона на 0,01 єС в реєстрованих інтервалах часу (4 - 9 хв.) Відбувається при нагріванні алюмінієвої втулки на 0,015 єС.
Необхідна для такого нагріву втулки енергія обчислювалася наступним рівністю
W = 4,18 m c Δ t. (10)
Інтервал часу (Δ
N 1 =
Інтервалі часу (Δ
N 2 =
Різниця між (12) і (11) була потужністю тільки індукційного нагріву
N 3 = N 2 - N 1 (13)
Для теоретичної оцінки індукованого електричного поля у нагреваемом обсязі втулки V c площею поперечного перерізу F використовувалася інтегральна форма запису
отримана шляхом перетворення диференціального рівняння безвихорової виду електромагнітної індукції
У наближенні однорідності потенційного магнітного поля з (14) отримуємо спрощену запис
Е Б ≈ ω | B Б |
де
є глибиною проникнення змінного електромагнітного поля в матеріал втулки (h = 1, 34 10
Підставляючи в формулу потужності нагріву провідника
N 4 = σ E
рівності (16), (17), маємо
N 4 = Σ ω
Параметри і результати двох варіантів дослідів зведені в таблиці 1
Таблиця 1
Циркуляційного магнітного поля в місці розташування втулки не було, що підтверджувалося практично з використанням вимірювальної котушки, в якій ЕРС не наводиться.
У дослідах мало місце змінне електричне поле надлишкових зарядів, що був причиною магнітоелектричної індукції. Оскільки поле надлишкових зарядів проникає в тонкий поверхневий шар провідника (h = 10
5.Магніто-термічний ефект. Для підтвердження існування стаціонарного потенційного магнітного поля використовувався магніто-термічний ефект (МТЕ), аналогічний відомому охолодженню електропровідниками циркуляційним магнітним полем. Зменшення температури електропровідниками пояснюється зменшенням ентропії системи електронів у ньому у зв'язку з деяким упорядкуванням їх руху магнітним полем. Як джерело стаціонарного потенційного магнітного поля спочатку використовувалися рознесені центрально-симетричні постійні струми в парі многовіткових рамок. Потім суміщені протівонаправленних струми в коаксіальному кабелі. Охолоджуваним тілом був напівпровідниковий кристал стабілітрона (200 кОм / град.). В обох випадках отримано позитивні результати. Реєстроване зміна омічного опору характеризувалося поступовим його наростанням на 2 - 4 кОм протягом деякого інтервалу часу. Перша зміна через 0,2 - 1,0 хв. Остання - через 3 - 4 хв.
Розміщення стабілітрона усередині товстостінної сталевий втулки (D = 3,4 см., d = 1,8 см., L = 6 см) не було перешкодою для прояву МТЕ.
6.Заключеніе. Теоретичний перехід від стаціонарної локальної центрально-симетричною магнітостатики (9) до її змінному варіанту дозволив побудувати 4-мірну математичну модель локальної безвихорової електродинаміки, що містить опис безвихорової видів індукційних явищ і поздовжньої ЕМХ.
Прямі підтвердження існування безвихорової виду електромагнітної індукції та МТЕ є непрямим підтвердженням існування в природі поздовжніх ЕМХ та їх світлового діапазону.
Література
1. Желудов І. С. Фізика кристалів і симетрія. М., «Наука», 1987.
2. Кузнєцов Ю. М. Науковий журнал російського фізичного товариства, 1-6, 1995 р,
3. Парселл Е. Електрика і магнетизм. М., Вища школа.,! 980г р., стор. 191,192.
Адреси сайтів
4 Кузнєцов Ю. Н. Http://lovereferats.ru/physics/00007666.html, Основи безвихорової
електродинаміки. Потенційне магнітне поле.
5. Кузнєцов Ю. Н. Http://lovereferats.ru/physics/00012952.html, Поздовжні
електромагітние хвилі, як наслідок симетрійного - фізичної двояко
сти.
магнітного поля.
Кузнєцов Ю.М.
1.Прірода подвійності. Просторові розподілу векторних магнітних потенціалів поля елемента односпрямованого струму зарядів
А = f (J), (1)
і скалярних потенціалів поля гіпотетичного монополя Дірака
φ m = F (m) (2)
розрізняються наступним чином. У токового поля еквіпотенціальні поверхні мають вигляд концентричних циліндричних оболонок, преобразующиеся в себе при поворотах навколо своєї осі. У зарядового поля еквіпотенціальні поверхні подібні концентричні сферичним оболонок, що перетворюються в себе при будь-якому просторовому повороті щодо свого центру. Очевидно, що потенційне кулясте магнітне поле геометрично симетричні циліндричним циркуляційного. Оскільки симетрії причини і слідства не можуть бути різними, то природа подвійності магнітного поля обумовлена двома видами геометричній симетрії його джерел. Це узгоджується з тим, що щільність струму в (1) описується циліндричним аксіальним векторм, а магнітний заряд в (2) - кулястим скаляром [1].
У статті буде дано теоретичне обгрунтування і дослідне підтвердження тому, що більш симетричним по відношенню до однонаправленої локального току зарядів (J) може бути не тільки гіпотетичний монополь Дірака (m), але і локальна ідеалізація сферичного центрально-симетричного розподілу струмових елементів, якому відповідає така ж симетрія поля магнітних потенціалів
| A | = f (| J |). (3)
Скалярний характер кулястого джерела та його поля магнітних потенціалів обумовлений відсутністю виділеного у них просторового напрямку.
Запропонована локальна ідеалізація має практично реалізований протяжний аналог у вигляді розширення (стиснення) електрично зарядженою пружною сферичної оболонки.
2. Двоїстість локальної ідеалізації токового джерела. Локальна сукупність довільно спрямованих елементів струму зарядів характеризується сумарним односпрямованим вектором.
При центрально-симетричному розподілі векторів щільності струму геометричне підсумовування дає в результаті нуль-вектор. Аналогічний результат виходить для колінеарних струмам векторів магнітного потенціалу (Рис.1).
Рис.1
Як і в будь-якій магнитостатическое ситуації, в центрально-симетричною, радіально рухомі слідом за своїми зарядами електричні поля мають кінетичними енергіями позитивного знака. На відміну від струмових і польових векторів вони взаємно не компенсуються. Отже, скалярна сума кінетичних енергій має кінцеву величину, якої еквівалентно загальне магнітне поле.
Виявлене справжнє протиріччя між наявністю конкретної кількості магнітної енергії і нуль-векторним описом джерела та його магнітного поля має фундаментальну основу. Скалярний підсумовування кінетичних енергій підпорядковується принципу збереження енергії. А геометричне підсумовування струмових і польових векторів - принципу суперпозиції.
Суть розв'язання суперечності ясна. Якщо є магнітна енергія, то повинен бути конкретний опис джерела магнітного поля. І самого поля з конкретним магнітним властивістю.
Оскільки математично коректні, але фізично ірраціональні, нуль-вектори струму і магнітного потенціалу для цих цілей не годиться, то заміною їм можуть бути скалярні суми модулів векторів, що містять кількісні характеристики
Σ J ≡ | J |, (4)
Σ А ≡ | А |. (5)
Відсутність у обох скалярних сум виділеного просторового напрямки узгоджується з кулястою симетрією локальної магнітостатики.
Перехід від неминучого нуль-векторного результату до логічно виправданою скалярної сумі модулів (4) є теоретичним обгрунтуванням подвійності локальних струмів
J = ρ V, (6)
| J | = ρ | V |. (7)
Різні за своєю геометричній симетрії причини - циліндричним і кулястий струми - породжують відповідні їм слідства - циліндричним і кулясте поля магнітних напруженостей
J = rot H, (8)
| J | = div | H |. (9)
3.Двойственность магнітної сили. На рісунке.2 зображена ідеалізація протяжних аксіальних центрально-симетричних струмів з [2], [4].
i1 i2
Σ V
Посилення притягання |
Ослаблення відштовхування |
Ослаблення відштовхування |
Посилення притягання |
Рис.2
Поля струмових зарядів впливають на ортогонально рухомий (зближуються) пробний заряд. У відповідність з ідеєю Е. Парселла [3] приклад розглядається в системі спокою пробного заряду. У цьому випадку струмові заряди беруть участь у двох рухах - вздовж провідника і у відносному зближенні з пробним зарядом, що призводить до нахилам «сплющених» діаграм силових ліній. Очевидно, що поздовжня спрямованість магнітної сили обумовлена центральної симетрією накладення на пробний заряд релятивістськи згущених і розряджених електричних силових ліній, що, у свою чергу, обумовлено центральної симетрією руху струмових зарядів.
Картина центрально-симетричного накладення силових ліній зберігається при заміні аксіальних центрально-симетричних двухзарядових струмів рухом зарядів одного знака разом з розширюється (стискуваної) сферичної оболонкою.
Абстрактна локальна ідеалізація сферичного розподілу струмових елементів має протяжний аналог. Однак, утворене таким чином реальне потенційне магнітне поле недоступне дослідної реєстрації через свою малості. У підтверджують експериментах використовувалися електротоковие джерела. Як з рознесеними, так і з суміщеними центрально-симетричними струмами зарядів.
4.Опитное виявлення безвихорової виду електромагнітної індукції.
Вирішувалося завдання реєстрації нагріву алюмінієвої втулка зворотно-поступальними індукційними струмами. Як дипольного джерела потенційного магнітного поля використовувалися центрально-симетричні струми в парі поруч розташованих многовіткових (n = 300) прямокутних рамок. На лінії симетрії, (на відстані L = 6 см. від однієї з двох пар рознесених протитечій) розташовувалася алюмінієва втулка з напівпровідниковим стабілітроном всередині (100 кОм / градус). Момент початку зміни температури втулки визначався зі зміни омічного опору (в зворотному напрямку) стабілітрона, яке фіксувалося цифровим мультиметром DT880B.
Методика експерименту полягала в реєстрації інтервалів часу (Δ
Рамки і втулка поділялися теплоінерціонной захистом, що збільшує інтервал часу до початку помітного впливу джоулева тепла.
Мультиметр дозволяв реєструвати зміну омічного опору стабілітрона на 1 кОм у (робочому інтервалі 300 ... 700 кОм), що було еквівалентно нагріванню кристала стабілітрона на 0,01 єС.
З метою спрощення розрахунку передбачалося, що нагрівання кристала стабілітрона на 0,01 єС в реєстрованих інтервалах часу (4 - 9 хв.) Відбувається при нагріванні алюмінієвої втулки на 0,015 єС.
Необхідна для такого нагріву втулки енергія обчислювалася наступним рівністю
W = 4,18 m c Δ t. (10)
Інтервал часу (Δ
N 1 =
Інтервалі часу (Δ
N 2 =
Різниця між (12) і (11) була потужністю тільки індукційного нагріву
N 3 = N 2 - N 1 (13)
Для теоретичної оцінки індукованого електричного поля у нагреваемом обсязі втулки V c площею поперечного перерізу F використовувалася інтегральна форма запису
отримана шляхом перетворення диференціального рівняння безвихорової виду електромагнітної індукції
У наближенні однорідності потенційного магнітного поля з (14) отримуємо спрощену запис
Е Б ≈ ω | B Б |
де
є глибиною проникнення змінного електромагнітного поля в матеріал втулки (h = 1, 34 10
Підставляючи в формулу потужності нагріву провідника
N 4 = σ E
рівності (16), (17), маємо
N 4 = Σ ω
Параметри і результати двох варіантів дослідів зведені в таблиці 1
Таблиця 1
| Параметри і результати дослідів | Схеми розташування рамок і алюмінієвої втулки | ||
| SHAPE \ * MERGEFORMAT | SHAPE \ * MERGEFORMAT | ||
| f [гц] | 50 | 50 | |
| i [A] | 0,55 | 0,30 | |
| L [см.] | 6 | 6 | |
| H [A / м] | 300 | 164 | |
| F [м | 2,8 10 | 2,2 10 | |
| Δ | 4,3 | 4,1 | |
| Δ | 9,4 | 6,5 | |
| N 3 [Вт] | 6,3 10 | ||
| N 4 [Вт] | 2,7 10 | ||
| 2 N 3 [Вт] | 3,4 10 | ||
| 2 N 4 [Вт] | 1,2 10 | ||
| W [Дж] | 10 березня | 2, 3 жовтня | |
У дослідах мало місце змінне електричне поле надлишкових зарядів, що був причиною магнітоелектричної індукції. Оскільки поле надлишкових зарядів проникає в тонкий поверхневий шар провідника (h = 10
5.Магніто-термічний ефект. Для підтвердження існування стаціонарного потенційного магнітного поля використовувався магніто-термічний ефект (МТЕ), аналогічний відомому охолодженню електропровідниками циркуляційним магнітним полем. Зменшення температури електропровідниками пояснюється зменшенням ентропії системи електронів у ньому у зв'язку з деяким упорядкуванням їх руху магнітним полем. Як джерело стаціонарного потенційного магнітного поля спочатку використовувалися рознесені центрально-симетричні постійні струми в парі многовіткових рамок. Потім суміщені протівонаправленних струми в коаксіальному кабелі. Охолоджуваним тілом був напівпровідниковий кристал стабілітрона (200 кОм / град.). В обох випадках отримано позитивні результати. Реєстроване зміна омічного опору характеризувалося поступовим його наростанням на 2 - 4 кОм протягом деякого інтервалу часу. Перша зміна через 0,2 - 1,0 хв. Остання - через 3 - 4 хв.
Розміщення стабілітрона усередині товстостінної сталевий втулки (D = 3,4 см., d = 1,8 см., L = 6 см) не було перешкодою для прояву МТЕ.
6.Заключеніе. Теоретичний перехід від стаціонарної локальної центрально-симетричною магнітостатики (9) до її змінному варіанту дозволив побудувати 4-мірну математичну модель локальної безвихорової електродинаміки, що містить опис безвихорової видів індукційних явищ і поздовжньої ЕМХ.
Прямі підтвердження існування безвихорової виду електромагнітної індукції та МТЕ є непрямим підтвердженням існування в природі поздовжніх ЕМХ та їх світлового діапазону.
Література
1. Желудов І. С. Фізика кристалів і симетрія. М., «Наука», 1987.
2. Кузнєцов Ю. М. Науковий журнал російського фізичного товариства, 1-6, 1995 р,
3. Парселл Е. Електрика і магнетизм. М., Вища школа.,! 980г р., стор. 191,192.
Адреси сайтів
4 Кузнєцов Ю. Н. Http://lovereferats.ru/physics/00007666.html, Основи безвихорової
електродинаміки. Потенційне магнітне поле.
5. Кузнєцов Ю. Н. Http://lovereferats.ru/physics/00012952.html, Поздовжні
електромагітние хвилі, як наслідок симетрійного - фізичної двояко
сти.