ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ВОЛН МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В МЕТАЛЛАХ
В.В. Сидоренков МГТУ им. Н.Э. БауманаВ настоящее время установлено [1], что реальная структура электромагнитного (ЭМ) поля представляет собой необычное с общепринятых позиций вихревое векторное поле, состоящее из двух функционально связанных между собой электродинамических полей: вихревог ЭМ поля с компонентами электрической 
и магнитной 
напряженностей и поля ЭМ векторного потенциала с электрической 
и магнитной 
компонентами. Указанное поле описывается системой базовых исходных фундаментальных соотношений в виде дифференциальных уравнений:
(a) 
, (b) 
, (1)
(c) 
, (d) 
,
которые непосредственно получаются из традиционных [2] уравнений Максвелла для ЭМ поля. Здесь 
- постоянная времени релаксации заряда в среде за счет электропроводности. Проведенный анализ показал [1], что с концептуальной точки зрения электродинамическое поле, описываемое системой (1) физически логично называть реальное электромагнитное поле.
Основным фундаментальным своством соотношений (1) является возможность вывода на их основе не только системы уравнений Максвелла с и компонентами, но и структурно аналогичных максвелловской трех других систем электродинамических уравнений: поля ЭМ векторного потенциала с и компонентами, электрического поля с и компонентами и, наконец, магнитное поле с и компонентами. В частности, система электродинамических уравнений для магнитного поля будет иметь следующий вид:
(a) 
, (b)
, (2)
(c) 
,
(d) 
.
Поскольку при изучении взаимодействия электродинамического поля с материальной средой, в сущности, все сводится к стремлению описать энергетику явлений электромагнетизма, то однозначным подтверждением реальности структуры магнитного поля в виде двух компонент и служит следующее из уравнений (2) соотношение энергетического баланса для потока энергии, обуславливающей явление намагничивания материальной среды:
div
. (3)
Данное соотношение баланса описывает энергетику условий реализации обычной магнитной поляризации среды (первое слагаемое правой части (3)) посредством переноса извне в данную точку потока вектора 
соответствующей энергии. Однако это соотношение устанавливает также и наличие динамической поляризации вещества (в частности, проводящих сред) за счет действия переменной во времени магнитной компоненты поля векторного потенциала . Важно отметить, что явления динамической магнитной поляризации уже имеет прямое экспериментальное воплощение: это эффект динамического намагничивания в ферритах и магнитоупорядоченных металлах [3].
Форма представленных систем уравнений системы (2) говорит о существовании волновых решений для компонент и 
магнитного поля. В этом можно убедиться, взяв, как обычно, ротор от одного из роторных уравнений системы, и после чего подставить в него другое роторное уравнение. В качестве иллюстрации получим волновое уравнение, например, относительно :
.
Здесь, согласно (2d), 
, 
- оператор Лапласа, а 
- фазовая скорость волны в отсутствие поглощения. Как показал анализ [1], компоненты и волн магнитного поля в диэлектрической среде ведут себя специфично: 
, то есть имеют взаимный сдвиг по фазе на π/2. Кроме того, в зависимости от частоты их амплитуды связаны между собой весьма необычно: 
. Конечно, математически данный результат тривиально очевиден, поскольку, согласно (1), компоненты магнитного поля связаны посредством производной по времени. Однако концептуально с физической точки зрения это неожиданно и требует всестороннего анализа.
Справедливости ради следует сказать, что впервые о возможности реального существования чисто магнитной поперечной волны с двумя компонентами и , сдвинутыми при распространении по фазе на π/2, официально в виде приоритета на открытие заявил Докторович еще в 1980 году, и этот факт он с удивительным упорством, достойным лучшего применения, безуспешно пытается донести до других, ссылаясь на заявленный приоритет и свою статью по этой теме, везде публикуемую многие годы (например, [4]). Печально, но только Время - высший судья, и именно оно расставит всех и все по своим местам! Однако будем надеяться, что независимое подтверждение этого научного достижения Докторовича будет для него серьезной поддержкой в общении с оппонентами.
Анализ уравнений системы (2) показывает [1], что для проводящей среды в асимптотике металлов (
), как и должно быть [2], их волновые решения имеют вид экспоненциально затухающих в пространстве плоских волн со сдвигом фазы между компонентами на π/4.
Наряду с теоретическим анализом, были проведены эксперименты по изучению необходимых условий возбуждения и возможность распространения электродинамических полей в металлах, отвечающие на два физически важных вопроса: волны каких полей можно реально возбудить в металлах и каковы частотные ограничения дисперсионного соотношения для проводящей среды в асимптотике металлов 
при длинах волн l ® ¥?
Возбуждение электродинамических полей в металле (пластинки меди и алюминия) производилось на низких частотах n = 50 - 50.103 Гц и было возможным только с помощью магнитной антенны, так как импеданс ближней зоны излучения лишь у магнитного диполя сопоставим с импедансом металлической среды. Прием прошедшего через металл излучения был возможным также лишь магнитной антенной, что однозначно говорит о наличии в принимаемом сигнале составляющей только магнитного поля и об отсутствии на выходе других составляющих электродинамического поля, названного в [1] реальное электромагнитное поля .
Для определения закона частотной дисперсии волнового числа магнитной волны в металле его действительная часть 
измерялась по сдвигу фазы колебаний волны при ее прохождении в плоском слое толщиной l : 
, а мнимая часть 
- по затуханию амплитуды волны. Так как в теории металлов хорошим приближением является равенство 
[2], то следует ожидать, что указанные измерения посредством этих двух способов должны давать одинаковые результаты.
На рис. графически представлены результаты измерений 
по фазе (мелкие штрихи) и 
по затуханию (штрихи крупнее) для медной пластинки толщиной l = 1,9 мм. Видно, что измеренные указанными способами частотные зависимости значений и практически совпадают (различия менее 5 %) и соответствуют формуле волнового числа для плоской ЭМ волны в проводящей среде в асимптотике металлов 
[2] при 
(сплошная линия). Все это позволяет утверждать, что известная технология индукционного нагрева металлов с помощью магнитного индуктора – это использование в реальной практике физического процесса возбуждения в проводящей среде магнитных поперечных волн. Здесь вполне уместно и пошутить: если Вам повезло и Вы сделали открытие, то загляните в книгу, там об этом уже все написано!
Однако с понижением частоты значения мнимой части волнового числа сильно отклоняются от его действительной части : в медной пластинке на частотах 
2.103 Гц и алюминия ( l = 1,4 мм) при 3.103 Гц. В области этих частот при их уменьшении, график переходит от обычного 
к линейной зависимости по 
и окончательно 
. Соответственно, определяемая из частотная зависимость скорости распространения волны в металле 
сначала ведет себя обычно 
, но при понижении частоты переходит к 
const и затем окончательно 
. Абсолютный минимум значений скорости для пластинки меди был ~ 14 м/с, а алюминия ~ 22 м/с. Отклонение характера частотных зависимостей и от обычных определяется толщиной проводящего слоя: в толстых пластинках это изменение наступает на меньших частотах, а в тонких – на более высоких частотах. Поскольку на фиксированной частоте величина 
является константой данного материала и не может зависеть от толщины слоя, то наблюдаемое отклонение закона дисперсии от 
, справедливого для поперечных плоских волн, физически обусловлено регистрацией структуры поля ближней зоны возбуждаемого излучателем (согласно измерениям, дипольного). Именно это и отражается в измерениях с понижением частоты при приеме сигнала прошедшего через пластинку излучения.
Резюме: установлено реальное существование в Природе волн магнитного поля, способных эффективно взаимодействовать и распространяться в металлах.
Литература:
1. Сидоренков В.В. // http://revolution./physics/00036062.html.
2. Матвеев А.Н. Электродинамика. М.: Высшая школа, 1980.
3. Сидоренков В.В., Толмачев В.В., Федотова С.В. // Известия РАН. Сер.
Физическая. 2001. Т. 65. № 12. C. 1776-1782.
4. Докторович З.И. // http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4797.html.
Похожие работы
... выше, это невозможно в принципе, поскольку, согласно уравнениям Максвелла (1), ЭМ волн с такими характеристиками в Природе нет. Итак, проблема с выяснением физического механизма переноса энергии волнами ЭМ поля объективно существует, и для ее разрешения требуется, по всей видимости, весьма нестандартный эвристический подход. Однако в наличии у нас имеется только система уравнений электродинамики ...
... самоиндукции и экстратоки замыкания и размыкания. Открытие явления электромагнитной индукции сразу же приобрело огромное научное и практическое значение; оно легло в основу электротехники. Работам Фарадея в области электричества положило начало исследование так называемых электромагнитных вращений. Из серии опытов Эрстеда, Араго, Био, Савара, проведенных в 1820 г., стало известно не только об ...
... коэффициента деполяризации от концентрации. Одним из возможных путей изучения механизма светорассеяния является исследование динамики рассеяния света в импульсных электрических и магнитных полях. Схема экспериментальной установки, предназначенной для изучения процессов рассеяния света магнитной жидкостью в импульсных магнитных полях, представлена на рисунке 4. 3 2 ...
... пластмасс различного назначения. Приводимый ниже материал предназначен для студентов химического отделения, специализирующихся по органической химии и химии и физике высокомолекулярных соединений, а также может быть полезен аспирантам, инженерам и научным работникам. 2.1 Метод изучения релаксации напряжения Явление релаксации - это процесс перехода из неравновесного в равновесное состояние ...
0 комментариев