Експериментальне спостереження хвиль магнітного поля і дослідження їх розповсюдження в металах

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ СПОСТЕРЕЖЕННЯ ХВИЛЬ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЇХ ПОШИРЕННЯ У МЕТАЛАХ

В.В. Сидоренков

МГТУ ім. Н.Е. Баумана

В даний час встановлено [1], що реальна структура електромагнітного (ЕМ) поля являє собою незвичайне з загальноприйнятих позицій вихровий векторне поле, що складається з двох функціонально пов'язаних між собою електродинамічних полів: віхревог ЕМ поля з компонентами електричної та магнітної напруженостей і поля ЕМ векторного потенціалу з електричної та магнітної компонентами. Зазначене поле описується системою базових вихідних фундаментальних співвідношень у вигляді диференціальних рівнянь:
(A) , (B) , (1)
(C) , (D) ,
які безпосередньо виходять з традиційних [2] рівнянь Максвелла для ЕМ поля. Тут - Постійна часу релаксації заряду в середовищі за рахунок електропровідності. Проведений аналіз показав [1], що з концептуальної точки зору Електродинамічне поле, що описується системою (1) фізично логічно називати реальне електромагнітне поле.
Основним фундаментальним своством співвідношень (1) є можливість виведення на їх основі не тільки системи рівнянь Максвелла з і компонентами, а й структурно аналогічних максвеллівською трьох інших систем електродинамічних рівнянь: поля ЕМ векторного потенціалу з і компонентами, електричного поля з і компонентами і, нарешті, магнітне поле з і компонентами. Зокрема, система електродинамічних рівнянь для магнітного поля буде мати наступний вигляд:
(A) , (B) , (2)
(C) , (D) .
Оскільки при вивченні взаємодії електродинамічного поля з матеріальним середовищем, по суті, все зводиться до прагнення описати енергетику явищ електромагнетизму, то однозначним підтвердженням реальності структури магнітного поля у вигляді двох компонент і служить таке з рівнянь (2) співвідношення енергетичного балансу для потоку енергії, що обумовлює явище намагнічування матеріального середовища:
div . (3)
Дане співвідношення балансу описує енергетику умов реалізації звичайною магнітною поляризації середовища (перший доданок правої частини (3)) за допомогою перенесення ззовні в дану точку потоку вектора відповідної енергії. Однак це співвідношення встановлює також і наявність динамічної поляризації речовини (зокрема, проводять середовищ) за рахунок дії змінної в часі магнітної компоненти поля векторного потенціалу . Важливо зазначити, що явища динамічної магнітної поляризації вже має пряме експериментальне втілення: це ефект динамічного намагнічування в феритах і магнітовпорядкованих металах [3].
Форма представлених систем рівнянь системи (2) говорить про існування хвильових рішень для компонент і магнітного поля. У цьому можна переконатися, взявши, як зазвичай, ротор від одного з роторних рівнянь системи, і після чого підставити в нього інший роторний рівняння. В якості ілюстрації отримаємо хвильове рівняння, наприклад, щодо :
.
Тут, згідно (2d), , - Оператор Лапласа, а - Фазова швидкість хвилі в відсутність поглинання. Як показав аналіз [1], компоненти і хвиль магнітного поля в діелектричній середовищі поводяться специфічно: , Тобто мають взаємний зсув по фазі на π / 2. Крім того, в залежності від частоти їх амплітуди пов'язані між собою вельми незвично: . Звичайно, математично даний результат тривіально очевидний, оскільки, згідно з (1), компоненти магнітного поля пов'язані допомогою похідної за часом. Однак концептуально з фізичної точки зору це несподівано і вимагає всебічного аналізу.
Справедливості заради слід сказати, що вперше про можливість реального існування чисто магнітної поперечної хвилі з двома компонентами і , Зсунутими при розповсюдженні по фазі на π / 2, офіційно у вигляді пріоритету на відкриття заявив Докторович ще в 1980 році, і цей факт він з дивною завзятістю, гідною кращого застосування, безуспішно намагається донести до інших, посилаючись на заявлений пріоритет і свою статтю цій темі, скрізь публікується багато років (наприклад, [4]). Сумно, але тільки Час - вищий суддя, і саме воно розставить всіх і все по своїх місцях! Однак будемо сподіватися, що незалежне підтвердження цього наукового досягнення Докторович буде для нього серйозною підтримкою в спілкуванні з опонентами.
Аналіз рівнянь системи (2) показує [1], що для провідного середовища в асимптотики металів ( ), Як і повинно бути [2], їх хвильові рішення мають вигляд експоненціально затухаючих в просторі плоских хвиль зі зсувом фази між компонентами на π / 4.
Поряд з теоретичним аналізом, були проведені експерименти з вивчення необхідних умов збудження і можливість поширення електродинамічних полів в металах, що відповідають на два фізично важливих питання: хвилі яких полів можна реально порушити в металах і які частотні обмеження дисперсійного співвідношення для провідного середовища в асимптотики металів при довжинах хвиль l ® ¥?
Порушення електродинамічних полів в металі (платівки міді та алюмінію) проводилося на низьких частотах n = 50 - 50.103 Гц і було можливим тільки за допомогою магнітної антени, так як імпеданс ближньої зони випромінювання лише у магнітного диполя зіставимо з імпедансом металевої середовища. Прийом пройшов через метал випромінювання був можливим також лише магнітної антеною, що однозначно свідчить про наявність в прийнятому сигналі складової тільки магнітного поля і про відсутність на виході інших складових електродинамічного поля, названого в [1] реальне електромагнітне поля.
Для визначення закону частотної дисперсії хвильового числа магнітної хвилі в металі його дійсна частина вимірювалася за зсувом фази коливань хвилі при її проходженні в плоскому шарі товщиною l: , А уявна частина - По загасання амплітуди хвилі. Так як в теорії металів хорошим наближенням є рівність [2], то слід очікувати, що зазначені вимірювання за допомогою цих двох способів повинні давати однакові результати.
На рис. графічно представлені результати вимірювань по фазі (дрібні штрихи) і по загасання (штрихи крупніше) для мідної пластинки товщиною l = 1,9 мм. Видно, що виміряні зазначеними способами частотні залежності значень і практично збігаються (відмінності менше 5%) і відповідають формулі хвильового числа для плоскої ЕМ хвилі в провідному середовищі в асимптотики металів [2] при (Суцільна лінія). Все це дозволяє стверджувати, що відома технологія індукційного нагріву металів за допомогою магнітного індуктора - це використання в реальній практиці фізичного процесу збудження в провідному середовищі магнітних поперечних хвиль. Тут цілком доречно й пожартувати: якщо Вам пощастило і Ви зробили відкриття, то загляньте в книгу, там про це вже все написано!
Проте зі зниженням частоти значення уявної частини хвильового числа сильно відхиляються від його дійсної частини : В мідній пластинці на частотах 2.103 Гц і алюмінію (l = 1,4 мм) при 3.103 Гц. В області цих частот при їх зменшенні, графік переходить від звичайного до лінійної залежності за і остаточно . Відповідно, що визначається з частотна залежність швидкості поширення хвилі в металі спочатку веде себе зазвичай , Але при зниженні частоти переходить до const і потім остаточно . Абсолютний мінімум значень швидкості для платівки міді був ~ 14 м / с, а алюмінію ~ 22 м / с. Відхилення характеру частотних залежностей і від звичайних визначається товщиною провідного шару: у товстих пластинках це зміна настає на менших частотах, а в тонких - на більш високих частотах. Оскільки на фіксованій частоті величина є константою цього матеріалу і не може залежати від товщини шару, то спостерігається відхилення закону дисперсії від , Справедливого для поперечних плоских хвиль, фізично обумовлено реєстрацією структури поля ближньої зони збуджуваного випромінювачем (згідно з вимірюваннями, дипольного). Саме це й відбивається у вимірах з пониженням частоти при прийомі сигналу пройшов через платівку випромінювання.
Резюме: встановлено реальне існування в Природі хвиль магнітного поля, здатних ефективно взаємодіяти і поширюватися в металах.

Література:
1. Сидоренков В.В. / / Http://revolution.allbest.ru/physics/00036062.html.
2. Матвєєв О.М. Електродинаміка. М.: Вища школа, 1980.
3. Сидоренков В.В., Толмачов В.В., Федотова С.В. / / Известия РАН. Сер.
Фізична. 2001. Т. 65. № 12. C. 1776-1782.
4. Докторович З.І. / / Http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4797.html.