Основы безвихревой электродинамики. Потенциальное магнитное поле

УДК 537. 87. 872

Основы безвихревой электродинамики.

Кузнецов Ю.Н.

 

 Часть1. Потенциальное магнитное поле.

На примере механического воздействия на тело даётся представление о

симметрийно-физических переходах в природных явлениях.

Распространение идеи переходов на магнитостатику предсказывает существование потенциального магнитного поля.

Излагаются логические доказательства истинности предсказания.

Даётся описание подтверждающих экспериментов.

Симметрийно-физический переход в механическом явлении.

Геометрии природных явлений и участвующих в них объектов обладают той, или иной степенью симметрии. В настоящей статье затрагиваются предельные цилиндрообразный и шарообразный варианты, характеризуемые преобразованием явления (объекта) самого в себя при непрерывном повороте вокруг одной, или двух имеющихся осей симметрии.

Согласно фактам предельная симметрия больше, чем разновидность геометрической формы. Она реально проявляет себя как действенная сторона явления, находящаяся в неразрывной связи с физическими свойствами участников и причинно-следственными отношениями между ними.

Зависимость физики явления от степени его предельной геометрической симметрии зримо проявляется в процессе практического осуществления симметрийного перехода, который происходит всегда ступенчато.

В качестве примера приведём симметрийно-физический переход в области механических явлений. В таблице 1 иллюстрируется факт физического перехода в явлении силового воздействия на тело при повороте одной из двух однонаправленных сил () на 180°.

 Таблица 1

Закон Ньютона Однонаправленным силам пропорционально ускорение тела

Закон Гука Центрально-симметричным (противонаправленным) силам пропорциональна деформация тела.

При изменении симметрии действующих сил ускорение тела сменяется его деформацией, а вместо инерционного проявляется другое своё же свойство тела - его упругость.

Ньютоновская причинно-следственная связь переходит в гуковскую.

Симметрийно-физический переход в магнитостатике.

Симметрийный аспект. По аналогии с механическим примером возможен переход физических свойств магнитного поля (таблица 2) при повороте одного из двух однонаправленных токов (i2) на 180°.

Известные электромагнитные поля, с точки зрения их геометрической структуры, обладают либо замкнутыми, либо разомкнутыми силовыми линиями. Других вариантов в электромагнетизме нет.

. Поэтому безальтернативно выдвигается предположение о замене в центрально-симметричной магнитостатике исходного циркуляционного свойства магнитного поля с цилиндрообразной симметрией на потенциальное, обладающее шарообразной симметри-

Таблица 2.

Теорема о циркуляции магнитного вектора. i1 i2 Однонаправленным токам пропорциональна циркуляция вектора магнитной напряжённости поля вдоль замкнутой линии, охватывающей токи.

Гауссоподобная теорема о потоке магнитных векторов. i1 i2 Центрально-симметричным (противонаправленным) токам прапор- ционален поток векторов магнитной напряжённости поля по замкнутой поверхности, охватывающей токи.

ей, подобной симметрии поля электрического заряда. Новое отношение между центрально-симметричным токовым источником и его более симметричным потенциальным магнитным полем предполагается аналогичным гауссовой причинно-следственной связи для электростатики.

В природном явлении предельные симметрии причины и следствия не могут быть разными. Исскуственный перевод причины (токового источника) к более симметричному виду предположительно сопровождается аналогичным переходом в следствии (в магнитном поле).

 Идея о потенциальном магнитном поле с шарообразной симметрией присутствует в гипотезе Дирака о магнитном микромонополе.

Физический аспект. Известные знания о протяжённых структурах полей получены из эмпирических фактов о результатах их локальных воздействий на электрические заряды.

Следовательно, предполагаемый переход к другой структуре магнитного поля может быть подтверждён только доказательством перехода к другой направленности локальных магнитных сил в рамках их релятивистской природы.

Для ясного понимания причины и непосредственного видения механизма такого перехода в последующем изложении приводятся в сопоставлении два одинаковых по своей сути примера, сочетающих логику и очевидность.

Первый наглядно-логический пример предложен лауреатом нобелевской премии профессором Э. Парселлом [1]. В нем положительный пробный заряд Q ортогонально сближается с двумя однонаправленными токами зарядов i1, i2 (Рис.1). Чёрные кружки обозначают положительные токовые заряды, движущиеся вдоль указанного стрелками направления тока. А светлые – отрицательные, движущиеся в противоположном направлении. Рассмотрение идёт в системе покоя пробного заряда. В таком случае наклонённые векторы суммарных скоростей ∑V характеризуют как движение зарядов в проводнике, так и их сближение с покоящимся пробным зарядом. Наклонёнными оказываются и релятивистски «сплющенные» диаграммы силовых линий полей токовых зарядов.

Суть парселловской идеи в том, что в областях сгущений силовых линий воздействие каждого токового заряда на пробный усиливается, а в областях разряжения - уменьшается. Общая релятивистская составляющая силового воздействия при однонаправленных токах наглядно представляется ориентированной поперечно к скорости движения пробного заряда и подчиняющейся правилу левой руки.

Автором был предложен [2] аналогичный пример, основывающийся на той же парселловской идее. В нём, как и в таблице 2, всего лишь изменяется на 180° направление тока i2, сопровождаемое соответствующим поворотом диаграмм релятивистских «сплющиваний». В результате общая релятивистская составляющая силового воздействия становится ориентированной вдоль скорости движения пробного заряда (Рис.2).

Форма и количество релятивистского эффекта в поле каждого движущегося заряда,

как в однонаправленных, так и в центрально-симметричных токах, соответствуют специальной теории относительности. Разнятся лишь симметрии их наложения в области

пробного заряда, что и является истинной причиной существования поперечного и

продольного направлений магнитной силы.

i1 i2

∑V

Q

Рис.1

i1 i2

∑V

Q

Рис.2

Изменению магнитообрузующего свойства токового источника (более симметричному сочетанию диаграмм релятивистских эффектов) соответствует изменение взаимодействующего свойства общего поля движущихся зарядов (более симметричная направленность магнитной силы).

Примером монопольного источника потенциального магнитного поля является равномерное в обе стороны растяжение упругой электрически заряженной нити, приводя-

щее к образованию центрально-симметричных (противонаправленных) токов переноса зарядов.

Материальный аспект. Приведенное обоснование подтвердим другим подходом, опирающимся на фундаментальные природные принципы.

В удалённых от центрально-симметричного токового источника локальных областях пространства геометрическое суммирование равных и противоположно направленных векторов магнитной напряжённости Н и магнитного потенциала А везде даёт в итоге нуль-векторы. Математически корректные нуль-векторы с физической точки зрения иррациональны, поскольку не отвечают принципу наблюдаемости (измеряемости) природного объекта.

Вместе с тем, после осуществления симметрийного перехода магнитная энергия во всём пространстве остаётся неизменной, поскольку составляющие однонаправленных и центрально-симметричных токов i1, i2, расположены на одной прямой линии (Рис.1,2).

В обоих случаях нет причин для превращения даже части магнитной энергии в другие формы при условном сближении вдоль общей прямой линии левой и правой токовых составляющих из бесконечности, так как на всей её протяжённости магнитное поле равно нулю. Поэтому однонаправленные и противонаправленные токовые составляющие одинаково не взаимодействуют между собой ни силовым, ни индукционным способами.

При использовании известных знаний для описания магнитного поля противотоков выявляется истинное противоречие между результатами применения принципов суперпозиции и сохранения энергии – физически иррациональное нуль-векторное поле обладает реальной магнитной энергией.

Его разрешение начнём с первого естественного утверждения о необходимости создания другого теоретического описания, адекватного центрально-симметричной магнитостатике.

Вторым пунктом теоретически обоснованно утверждается, что, вследствие сохранения магнитной энергии (следовательно – и взаимодействующих свойств поля), в новом теоретическом описании для характеристик локальных плотностей энергий сохраняются модули, векторы которых утратили свойство направленности. Эти модули образуют неоднородное скалярное поле.

Третий пункт является центральным в разрешении противоречия. Полагается, что градиент радиально ориентированной неоднородности скалярного поля модулей взаимно скомпенсировавшихся векторов магнитного потенциала (оно линейно зависит от расстояния до токового источника) описывает новые радиально ориентированные векторы магнитной напряжённости

. (1)

Последним пунктом итогово констатируется следующее понимание противоречия и его разрешения.

В условиях запрета принципом суперпозиции на образование центрально-симметричными противотоками циркуляционного свойства общего магнитного поля взамен, в меру сохраняющейся магнитной энергии, неизбежно образуется другое известное полевое свойство – потенциальное.

Нуль-векторная полевая ситуация свидетельствует не о взаимной компенсации накладывающихся магнитных полей токовых зарядов, что нарушало бы принцип сохранения энергии, а лишь исходных циркуляционных свойств.

Опытная регистрация эффекта стационарного потенциального магнитного поля. Стационарное потенциальное магнитное поле не взаимодействует силовым образом с замкнутыми токами, с постоянными магнитами.

Для его обнаружения использовался магнито-термический эффект, аналогичный известному охлаждению электропроводника циркуляционным магнитным полем.

Уменьшение температуры электропроводника объясняется уменьшением энтропии системы заряженных частиц в нём в связи с некоторым упорядочением их движения магнитным полем. Потенциальное магнитное поле, в отличие от циркуляционного, спо

собно изменять не только траекторную, но и скоростную картину движения заряженных частиц.

В качестве охлаждаемого тела в опытах использовался полупроводниковый. кристалл стабилитрона. Наличие у него сильной температурно-омической связи (200 кОм/град. в обратном направлении в интервале 0,8...1,9 мОм) позволяло фиксировать магнито-термический эффект (МТЭ) по регистрируемому цифровым омметром увеличению омического сопротивления стабилитрона.

В качестве дипольного источника потенциального магнитного поля применялись противонаправленные токи в паре рядом расположенных в одной плоскости прямоугольных многовитковых ( n = 300) рамок с стационарным током (i = 0,55 А в каждой).

На рисунках 3,4 показаны схемы опытов.

 R (МТЭ)

(НДТ)

- i

I II III t

Рис.3

R

(НДТ)

- i

I II III t

Рис.4

Стабилитрон размещался в латунной экранирующей втулке. С целью разделения во времени магнитного охлаждения кристалла стабилитрона и его нагрева джоулевым теплом (НДТ) термозащитный кожух выполнен из алебастра и имеет массу, равную 0,5 кг.

Свободно пропуская магнитное поле, он в значительной мере аккумулирует в себе первоначальный слабый поток джоулева тепла, задерживая на некоторое время его влияние на стабилитрон.

В начале каждого опыта, в отсутствии исследуемого поля, оценивалась теплообменная ситуация между стабилитроном и окружающим пространством (зона I графиков).

Горизонтальная ломанная линия на первом участке графика указывает на неизменность во времени температуры стабилитрона.

В зоне II подъём ломанной линии графика над горизонтальной средней указывает на увеличение омического сопротивления стабилитрона под воздействием магнитного охлаждения и этот факт является опытным доказательством образования центрально-

симметричными токами потенциального магнитного поля. Иного объяснения наблюдаемому факту автор не находит.

В ряде опытов экранирующая втулка с стабилитроном размещалась внутри толстостенной стальной втулки (d = 1, 4 см, D = 3, 2 см., ℓ = 6,5 см.). Однако проявление магнито-термического эффекта по-прежнему имело место, что подтверждает естественное

предположение об отсутствии взаимодействия потенциального магнитного поля с спиновыми магнитными моментами ферромагнитного материала. Второй опытный факт является весомым дополнением к искомому доказательству.

В зоне III проявлялось преимущественное влияние джоулева тепла, образуемого токами в рамках. Ломанная линия графика уходит вниз вследствие нагревания экранирующей втулки и стабилитрона тепловым потоком, преодолевшим тепловую защиту.

В экспериментах с однонаправленными стационарными токами в паре рамок (Рис.4) магнитное охлаждение заметным образом не проявлялось.

Опытная регистрация эффекта переменного потенциального магнитного поля.

Из математической модели безвихревой электродинамики [ 2 ] имеем следующую формулу для вычисления ЭДС, образуемой в проводнике посредством бесциркуляционного магнитного поля

ε , (2)

которая упрощается в приближении однородности поля

ε  = -- d/dt ℓ² (3)

По сравнению с вихревой электродинамикой в (3) вместо площади поверхности отображается квадрат протяжённости проводника.

Мощность потерь электромагнитной энергии поперечной ЭМВ в проводнике пропорциональна площади его поверхности, ортогональной вектору потока плотности электромагнитной энергии

N1 = 0,5 ZВ ∫ Н²df, (4)

где ZВ описывает волновое сопротивление проводника.

Для случая безвихревого электромагнитного поля площадь поверхности заменяется квадратом длины проводника, ориентированного вдоль вектора потока плотности электромагнитной энергии (вдоль возвратно-поступательных индукционных токов)

N2 = 0,5 ZВ ℓ ∫ Н²dℓ. (5)

В приближении однородности поля по длине проводника имеем

N2 = 0,5 ZВ (Н ℓ )² (6)

В качестве источника переменного магнитного поля применялась та же пара рамок с переменными токами в них (по 0,55 А в каждой, f = 50 гц.).

Стабилитрон использовался другой. Коэффициент термоомической связи был вдвое меньше (100 кОм/град.).

Если в первой серии опытов охлаждался непосредственно кристалл стабилитрона=а, то во второй нагреваемым элементом была алюминиевая экранирующая втулка ( D = 1см, d = 0,8см, ℓ = 3 см, m = 2,4 г).

Методика экспериментов заключалась в регистрации отрезка времени между моментами включения переменного тока и первым уменьшением показания цифрового омметра на одну цифру, что указывало на нагрев стабилитрона (и алюминиевой втулки) на 0,01º.

Такому изменению температуры алюминиевой втулки эквивалентно увеличение энергии её теплосодержания на

W = 4,187 с m Δ t (7)

W = 2, 1 10 ˉ ² ДЖ. (8)

Малая начальная мощность нагрева втулки на 0,01º позволяет использовать линейное приближение для определения времени достижения этой температуры

N = W/Δt (9)

В опытах с стационарными противонаправленными токами в паре рамок, когда имел место только нагрев джоулевым теплом, были получены отрезки времени в следующем интервале их разброса

Δt = (10,4…12,2) мин. (10)

Подставляя в (9) опытные результаты (10) получаем мощность нагрева втулки джо

улевым теплом

N1 = (2,56…3,39) 10ˉ⁵ ВТ. (11)

В опытах с переменными противонаправленными токами к установленной величине мощности нагрева втулки джоулевым теплом ожидалось добавление мощности нагрева возвратно-поступательными индукционными токами.

Полученное существенное уменьшение регистрируемых отрезков времени

Δt = (3,66…4,58) мин. (12)

подтвердило ожидание, что и явилось по мнению автора, опытным доказательством существования безвихревого вида электромагнитной индукции.  

Подставляя в (9) результаты из (12) получаем суммарную мощность теплового нагрева втулки

N2 = (7,84…9,54) 10ˉ⁵ Вт. (13)

Для выявления составляющей мощности индукционного нагрева втулки использовалась формула

N3 = N2 - N1  (14)

N3 = ( 4,77…6,09) 10 ˉ⁵ ВТ. (15)

Теоретическое вычисление мощности индукционного нагрева с использованием (6) даёт результат

N3 = 6,5 10ˉ Вт.

Его удовлетворительное совпадение с (15) придаёт дополнительную уверенность автору в истинности сформулированных им логических выводов об образовании центрально-симметричными токами потенциального магнитного поля, в существовании безвихревых электродинамических явлений.

В опытах с однонаправленными переменными токами эффект дополнительного нагрева втулки заметным образом не проявлялся.

Во второй части статьи будет дана информация о сути продольных ЭМВ. Об опытном подтверждении автором их существования. Об устройствах для излучения. О трактовке светового диапозона продольных ЭМВ. Об идеях получения и регистрации продольных фотонов.

В третьей части будет изложена 4-мерная математическая модель безвихревой электродинамики и некоторые дополнительные суждения.

.

Литература.

1.Парселл Э. Электричество и магнетизм. М., Высшая школа.,!980г., стр. 191,192.

2. Кузнецов Ю. Н. Научный журнал русского физического общества, 1-6, 1995 г

Сведения об авторе.

Кузнецов Юрий Николаевич

контактный телефон 677-26-65