Овсейчик В.В., радіоінженер
Існує можливість висловити більшість найважливіших фізичних параметрів, включаючи, масу, енергію та заряд, в метрах і секундах. Це дозволяє з єдиної точки зору інтерпретувати самі різні явища фізики, зокрема, істотно наблизитися до розуміння природи електрики. У першу чергу мова йде про походження електричного заряду.
1.1. Системи одиниць, в яких інертна маса має розмірність зворотний розмірності прискорення, назвемо "динамічними". Очевидно, що в цих системах стандарт енергії W11 = γ l11, де γ - безрозмірний коефіцієнт, l11 - стандарт довжини. Імпульс тут має розмірність T, момент імпульсу TL, сила, - нульову розмірність. Надалі будемо використовувати систему одиниць DS1 (динамічна система одиниць, яка використовує одиниці довжини і часу системи СІ). У ній W11 = l11 = 1м, стандарт сили F11 = W11/l11 = 1, стандарт імпульсу дорівнює 1с, а стандарт W11 еквівалентний 1 Дж.
Ефективність використання системи DS1 обумовлена тим фактом, що стандарт енергії в СІ визначається в експерименті, де пробне тіло проходить у гравітаційному полі Землі вертикальну дистанцію, рівну 1м. При цьому тіло отримує енергію 9.80665 Нм при величині сили 9.80665 Н.
1.2. Для аналізу процесів у циліндричному дроті, коли по ньому протікає електричний струм, розділимо провід умовно на дві частини: ідеалізований провід, що має довжину, близьку до середньої довжини вільного пробігу електронів провідності, і навантаження, зосереджену в точці, яка винесена в торець дроти. Процеси будемо розглядати при погодженому режимі струму в ланцюзі, коли опір навантаження дорівнює опору джерела струму, в якості якого виступає ідеалізований провід.
Очевидно, що енергія, що витрачається в одиницю часу на прискорення електрона провідності, що пройшов існуючу в проводі відносно невелику різницю потенціалів deltaU, пропорційна потужності такого елементарного струму:
t11 (deltaU) 2 z ~ W - 0.5mеvs 2 = mеvsu + 0.5mеu 2 (1)
Тут МО - маса електрона, vs - середня швидкість теплового руху електрона провідності, u - приріст середньої швидкості руху електрона за рахунок електричного поля, W = МО (vs + u) 2 / 2 - кінетична енергія електрона провідності в Проводі після проходження різниці потенціалів deltaU , z - електрична провідність дроти, t11 = 1с.
Для електричного струму в ідеалізованому дроті є співвідношення:
I = j S = neu / (2l) = deltaU z (2)
Тут е - електричний заряд електрона, j - об'ємна щільність струму, I - сила струму в проводі, n - кількість електронів провідності в ньому, u / 2 - середня швидкість руху електрона в ідеалізованому проводі під дією поля (u - максимальне значення швидкості, vs >> u), l - довжина дроту, S - площа поперечного перерізу його.
1.3. Зі співвідношень (1) з урахуванням нульового внеску в струм провідності члена ± mеvsu, що відображає теплові флуктуації, випливає, що deltaU пропорційна u. Це дає основу для перекладу електричних параметрів в механічні.
Використовуючи метод розмірностей, для ідеалізованого дроти, навантаженого на активний опір R11 = 1 ом, уявімо параметр deltaU і інші в наступному вигляді:
Delta U = luR11 / (2l11u11) (3)
z = s S / l = nel11 / l 2
Тут s ~ ne / Sl - питома електрична провідність ідеалізованого дроти, u11 - стандарт швидкості.
При фіксованому значенні струму в проводі різниця потенціалів, прикладена до нього, пропорційна електричному опору (ЕС) проводу. Тому будемо висловлювати параметр deltaU в одиницях ЕС. Вважаючи, що R11 = bu11, де b - безрозмірний коефіцієнт, переходимо до системи DS1, в якої електричний заряд має розмірність часу, потенціал - розмірність швидкості.
Потужність електричного струму, поточного через ідеалізований провід, дорівнює
P = (deltaU) 2z = b 2neu 2 / (4l11) = deltaU I (4)
Отже можна бачити, що незважаючи на нелінійну залежність ЕС від довжини ідеалізованого дроти, потужність, що розсіюється в проведенні від його довжини не залежить при фіксованому значенні сили струму, поточного через дріт.
1.4. Ідеалізований дріт, в якому відсутня активна ЕС, не відрізняється за своїми властивостями від вакуумного діода. Мова йде про процеси колективного прискорення електронів в межах довжини їх вільного пробігу. Використовуючи закон "трьох других", запишемо для такого випадку (СІ):
I = j S = 4 0SU 3 / 2 (2e/me) 1 / 2 / (9l 2) (5)
Тут ε0 - електрична стала, | е | = 1.60217653 (14) · 10 - 19. Зазначимо, що параметр l 2 у (5) характеризує величину вакуумної електричної провідності, що відповідає z = f (l)).
У будь-якому джерелі струму можна виділити пристрій, що має подобу вакуумного діода, яке визначає величину внутрішнього вакуумного опору цього джерела. Тому виявлення нелінійних явищ не є простою справою.
Реально при протіканні постійного струму по дроту має місце не тільки прискорення електронів під дією поля, а також і відбір тих електронів, які мають швидкість, спрямовану до позитивного кінця дроту. Розсіювання енергії цих електронів з виділенням тепла має місце на заключному етапі, коли відбувається зіткнення відібраних електронів з фононами і іншими перешкодами, що існують всередині дроти.
Як показує аналіз, подібні процеси, коли поле відбирає відповідні частки, (ці процеси можна визначити як "варіаційні процеси") характерні для більшості явищ електродинаміки, зокрема, для скін-ефекту, для індукційних явищ, коли ЕМХ випромінювані одним проводом, наводять полі в іншому дроті. Таким чином, природа економить на всьому, і в першу чергу, на енергії. Вона при нагоді, коли існують електрони, слабо взаємодіють із середовищем, бере внутрішню енергію середовища в кредит. При цьому величина кредиту задає інтенсивність, що протікають процесів.
Такі процеси здійснюються за допомогою ЕМХ. Це означає, що поле є середовище, заповнена ЕМВ, реальними ЕМХ. Про конкретні параметри цих хвиль, зокрема, про довжину основний хвилі природного електростатичного поля, мова піде нижче.
1.5. Для об'ємно - однорідного поля (таке поле існує у вакуумному діоді поблизу його анода) слід використовувати в співвідношенні (5) замість коефіцієнта 4 / 9 одиницю.
Свавілля у виборі константи ε0 для об'ємно-однорідного поля в системі DS1 усувається за умови | l 2 | = | ε 0 |, яке дозволяє з (5) знайти теоретичну величину електричного заряду електрона:
e0 = k1Iw2me / (2U 3) = 4.5546915 (90) · 10 - 31c
Тут k1 - коефіцієнт, I w - вакуумний струм, | I w | = | U | = | k1 | = 1.
1.6. За умови, що для ідеалізованого дроти | l 2 | = 4 / 9 | ε0 |, u / 2 = u11, з (3) знайдемо практичну величину використовуваного в СІ стандарту різниці потенціалів deltaU = deltaU0:
deltaU0 = (2 / 3) | ε 0 | 1/2u11 = 1.983732 · 10 - 6 м / с
З аналізу (4) видно, що при | P | = | z | = 1, | nu 2 е / 4 | = 1, | deltaU | = | deltaU0 | = b.
Отже, при стандартних значеннях всіх параметрів в (4), включаючи і | deltaU | = 1, константа b 2 може відображати тільки величину заряду електрона в системі DS1: е1 = eb 2 = 6.3048767 (56) · 10 - 31с.
1.7. Еталон ЕС 1ом, в якості якого прийнято провід із ртуті, що знаходиться при 273K, обраний довільно, - виходячи з практичних зручностей. Питомий ЕС ртуті при 273K bm = 9.6 · 10 - 7Ом м.
Використовуючи замість стандарту перший стандарт u11, можна знайти, що в системі DS1 коефіцієнт b = | bm |. У кінцевому підсумку практичне значення електричного заряду електрона виявляється рівним е2 = | bm | 2е = 5.908 (40) · 10 - 31с.
Такий результат, - близькість величин е1 і е2 - обумовлений тією обставиною, що стандарт перше вибраний як зразок, що має довжину близьку до стандарту довжини (l = 1.063l11). Як показує аналіз, якщо б довжина еталона перший була рівною 1м, то модифіковане значення е2 було б рівним 1.063е2 = 6.280 (43) · 10 - 31с.
1.8. У системі DS1 розмірність електричного заряду співпадає з розмірністю імпульсу. Знайдемо довжину хвилі, відповідну елементарного електричного заряду як імпульсу хвилі-частки:
λp = h/e1 = 1.0509441 (11) · 10-3м
Тут h = 6.6260693 (11) · 10 - 34 м з - постійна Планка.
Розглянемо енергетичні характеристики вакууму, заповненого речовиною і реліктовим випромінюванням.
Знайдемо довжину хвилі, відповідну максимуму функції Планка при температурі реліктового випромінювання (закон зсуву Віна):
λr = hc / (4.965112kT) = 1.063 (13) · 10-3м
Тут T = 2.725 (37) K - температура реліктового випромінювання, с - швидкість світла у вакуумі, k = 1.380652 (90) · 10 - 23 Дж / К, - стала Больцмана.
Константи λp і λr близькі за величиною. З'являється підставу вважати, що взаємодія електричних зарядів забезпечується за допомогою фотонів реліктового випромінювання. Те, є, імовірнісним способом величина елементарного електричного заряду прив'язана до максимуму функції Планка для реліктового випромінювання. Таким чином задається інтенсивність електромагнітної взаємодії для випадків, коли поле близько за своїми параметрами до об'ємно однорідному полю.
1.9. Отже, коли ми говоримо про електростатичному (квазистатическом) поле, що заповнює певний об'єм, то ми повинні мати на увазі хвилі, які певним чином об'єднані в пакети. Властивості цих реальних хвиль (електричних хвиль) поки не вивчені.
Аналіз властивостей параметричного простору подій, що описують силову взаємодію кулонівського типу, показує, що електричні хвилі мають групову швидкість, що залежить від частоти. При підстановці відповідної формули в формулу для середньої енергії осцилятора виходить співвідношення, з якого видно, що в основі квазістатичної електричної взаємодії лежить ефект Доплера.
З іншого боку, ефект Доплера може бути покладений в основу нової релятивістської теорії, в якій швидкість світла залежить тільки від швидкості відносного руху двох систем (кінематична відносність).