X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

По современным научным воззрением электрическое поле рассматривается как особый вид материи. Интенсивность поля оценивается по силе, с которой оно действует на точечный заряд, помещенный в это поле и называется напряженностью электрического поля: , где – сила, действующая на заряд . Для наглядного изображения электрического поля пользуются так называемыми силовыми линиями. Напряженность электрического поля есть величина векторная. Преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например, в тепловую, механическую, химическую или световую, связано с явлением электрического тока. Различают два электрически разных электрических поля: статическое (микрополе) и стационарное (макрополе) . Статическое поле обусловлено ионной проводимостью. Стационарное поле обусловлено электронной проводимостью. Поскольку электромагнитное поле определяется как единая мера различных форм движения, следовательно необходимо различать работу и теплоту, и молекулярно-кинетические закономерности превращения энергии в форме работы или теплоты в различных средах, которая характеризуется параметром [1]. Энергия системы является арифметической суммой молекулярно-кинетического движения в форме работы и теплоты и равна: , где – работа; – теплота под действием тока и теплота окружающей среды [2].

Опытный закон Ома для проводников первого рода (электронная проводимость) [3] не учитывает изменение окружающей среды и поэтому не приложим для ионной проводимости в проводниках второго рода.

Как известно, например, каждый электролит имеет свою константу диссоциации , значение которой не зависит от концентрации раствора, но зависит от температуры. Так, если степень диссоциации мала ( – слабого электролита) и если известны и , где – концентрация растворенного вещества (в ), то с увеличением разведения (уменьшения концентрации) степень диссоциации увеличивается.

Сильные электролиты. С.Аррениус полагал, что сильные электролиты отличаются от слабых лишь большим значением степени диссоциации, что в растворах сильных электролитов также существуют недиссоциированные молекулы. В связи с этим для определения степени диссоциации сильных электролитов применялись те же методы, что и для слабых электролитов – измерение электропроводимости изменения осмотического давления, повышения температуры кипения, понижения температуры замерзания. Однако полученные разными методами данные для сильных электролитов давали значительные расхождения, тогда как для слабых электролитов разногласия в данных не наблюдалось. Как отмечалось выше, сильные электролиты в растворах полностью диссоциированы на ионы. В этом случае пренебрегать взаимодействием между ионами уже нельзя.

Так что электростатическое взаимодействие между ионами в значительной степени зависит от зарядов микрочастиц (ионов) и концентрации в электролите диэлектрической проницаемости среды и других факторов.

Памятуя, что в природе существует только два вида полей: магнитное поле и электрическое поле, заметим, что других полей, которые бы были связаны с электрическим зарядом в природе не существует. Магнитное поле создается электрическим зарядом и воздействует на него. Электрическое поле и электрический заряд связаны между собой также, электрическое поле порождается электрическим зарядом и оказывает действие на электрический заряд. Однако если электрическое поле всегда создается электрическим зарядом, движется заряд или покоится, то магнитное поле создается только движущимся зарядом. При этом, если электрическое поле всегда воздействует на электрический заряд, не зависимо от того, покоится он или движется, то магнитное поле действует только на движущийся заряд. Поскольку абсолютного покоя и абсолютного движения не существует, то если заряд покоится в некоторой системе отсчета, создавая электрическое поле, то в другой системе отсчета, по отношению к которой заряд движется в ней, этот заряд будет создавать и электрическое и магнитное поля. Оба поля являются векторными, и также могут изменяться по величине и зависеть от времени. Однако надо иметь ввиду, что напряженность электрического поля E есть вектор полярный, а напряженность магнитного поля B – аксиальный вектор. Заметим, если на заряд eдействует одновременно и магнитное и электрическое поля, то суммарная сила, действующая на заряд, определяется, так называемой силой Лоренца:

При этом, если какая-либо величина является полярным вектором (например, сила ), то ее нельзя представить в виде суммы полярного и аксиального векторов, все слагаемые такой величины должны быть полярными векторами. Следует также отметить, что электрический ток (поток электрических зарядов) создает магнитное поле и определить это поле легче, чем поле, создаваемое отдельным зарядом. Так для простейших случаев (прямого провода и соленоида) возможно применение закона полного тока. Однако в общем случае произвольных токов, когда не известны симметрия магнитных силовых линий и плотность тока, обусловленного связанными зарядами, т.е. плотности молекулярного тока, непосредственное применение закона полного тока становится невозможным. Поэтому, закону полного тока придается такая форма, которая не была бы связана с конкретным видом контура. Такая ситуация аналогична преобразованиям с законом Гаусса [3].

Поток векторного поля через замкнутую поверхность, бесконечно малого объема, пропорционален величине этого объема. Отношение потока к объему является дивергенцией поля. Аналогичным образом циркуляция¹ векторного поля вдоль контура, охватывающего бесконечно малую поверхность, пропорциональна площади этой поверхности, а отношение циркуляции к площади есть характеристика поля – вихрь или ротор поля:

, где

направление вектора , связано с направлением обхода контура правилом буравчика.

Разбивая конечную поверхность на бесконечно малые участки и, используя определение ротора, получается соотношение

, где

– контур, ограничивающий поверхность . Это важное соотношение есть формула Стокса [4].

Однако заметим, что магнитное поле создается всеми движущимися зарядами, поэтому общая плотность тока обусловлена всеми свободными зарядами, т.е. токов проводимости и – плотностью “связанных” зарядов. Плотность проводимости легко определяется по закону Ома. Плотность “связанных” зарядов определяется с использованием понятия энергетического баланса вектора Умова-Пойнтинга [5].

На Рис. 1 представлены электрические схемы с электрическим проводником первого рода и проводником второго рода.

а) б)

Рисунок 1. Схема замещения источника постоянного или выпрямленного тока с последовательным подключением внутреннего сопротивления : a) с токоприемником первого рода; б) с проводником второго рода.

Приведем основные формулы с целью последующего определения и анализа параметров в схемах.

По Рис. 1, а: ;

По Рис. 1, б: , где

в эксперименте используется один и тот же источник с калиброванными проводами , и , а также с установлением равных токов, измеряемых амперметром А (Рис. 1).

Как видим, несмотря на то, что в формулах, приведенных выше, рассматривается схема только с последовательным подключением внутреннего сопротивления с токоприемниками первого рода (Рис. 1, а) и второго рода (Рис. 1, б), легко показать: напряжения в схемах окажутся разными, напряженности полей разными, токи в токоприемниках разными, а следовательно работа токов в схемах и теплота будут резко отличаться в схеме с проводником первого рода (Рис. 1, а) от схемы с проводником второго рода (Рис. 1, б).

Из выше изложенного следует:

Экспериментальный закон Ома для проводников второго рода не приложим. Он не учитывает свойства и изменения среды ЕМ;

Чем глубже человечество познает мир, тем сложнее математика, описывающая этот мир. Другими словами, математика должна описывать изменения, происходящие в Природе, а не наоборот!

Математика является “ключом” для определения повторяемости процессов, происходящих в сложном мире. Этот “ключ” и называется законом, а если он открывает “дверь” в сложный изменяющийся Мир, то его называют “опытом”. Таким образом “ключ” не изменяет Мир. Так что релятивистская теория не изменяет Мир, она является “Ключом” для описания микромира. Гениальное – просто!

Примечание.

Для целей промышленного использования понятия элементарной частицы (носителя наименьшей массы и наименьшего электронного заряда открытой в 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном и названной ирландским физиком Дж. Стоином “Электрон”) однозначно принято считать одной из трех видов элементарных частиц, представляющих весьма устойчивую уникальную структуру: протонов, нейтронов и электронов. В этой структуре протон и нейтрон входят в состав атомного ядра, а электроны образуют электронную оболочку. Взаимодействие отрицательных электронов друг с другом и атомным ядром подчиняется кулоновским силам притягивания и отталкивания. Поскольку, число протонов в атомном ядре равно числу электронов в оболочке, поэтому атом электрически нейтрален. Как видим, силы, управляющие поведением ядра и электронов принципиально различны. В атомном ядре действуют ядерные силы на очень коротких расстояниях, порядка 10^-12 см, благодаря чему ядро прочная твердая система. Линейные размеры ядра 10^-12, а атома 10^-8 см. Средний объем ядра 10^-36 см³, а средний объем атома 10^-24 см³.

В настоящее время создана строгая молекулярно-кинетическая физическая теория, по которой отрицательные частицы, движущиеся по определенным квантованным орбитам, не теряют энергию электронов, и только при перескоке электрона с одной орбиты на другую изменяется энергетическое состояние самого электрона. Это положение позволило раскрыть физическую сущность периодического изменения химических элементов. Поэтому для химиков электрон представляет собой особый интерес, т.к. эта частица является неотъемлемой составной частью атомов и молекул. Движение электрона подчиняется законам квантовой механики, особенностью которой является понятие вероятности описания физики движения электрона. Очевидно поэтому при обнаружении электрона в той или иной области пространства чаще всего употребляются выражения “электронное облако”, “распределение электронной плотности”. Памятуя о том, что электронное облако – это не “наглядный образ” самого электрона, “размазанного” в пространстве, а лишь наглядное изображение распределения вероятности его нахождения в разных областях пространства, т.е. в конечном счете электронное облако характеризует движение энергии электрона.

Дифракционная картина движения электрона включает в себя, как собственно огибание волной любое препятствие (сопротивление), так и интерференцию – наложение вторичных волн. Таким образом электрон обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. В этой связи распределение энергии электрона и его движение в атомах и молекулах является важнейшей характеристикой, поскольку все химические реакции сопровождаются изменением распределения электронной плотностью в реагентах.

Рассматривая электрическую цепь постоянного или внутреннего тока для проводников первого рода и второго нами неоднократно отмечался допущенный подлог в понятиях и определениях поляризации образования и распределения энергии в проводниках второго рода (электролитах) постоянного и выпрямленного тока, где неоднократно отмечалось, что электроны определенной энергии вылетая из источника проходят по одиночке через “маленькие отверстия токоприемника” (преграды) определяют дифракционную картину, в этом суть движения “электронного облака” и “распределения электронной плотности электрона”.

В проводниках первого рода (в металлах) молекулярно-кинетическое движение электронов хорошо изучено и легко определяется опытным путем по закону Ома и Джоуля-Ленца. Опытный закон Ома для проводников второго рода не приложим.

Литература:

Палашов В.В. От Эйнштейна – к Гельмгольцу и Фарадею / В.В. Палашов // Приволжский Научный журнал. Нижний Новгород. 2017 г. -157 – 361;

Палашов В.В. Об аналогии передачи световой и электромагнитной энергии показателя преломления (От Снеллиуса – к Эйнштейну) / В.В. Палашов // Приволжский научный журнал. Нижний Новгород. 2012 г. – с. 288 – 293;

Палашов В.В. Диэлектрическая постоянная , поток вектора напряженности и поток Гаусса , основа становления единиц ихмерения электрических величин / В.В. Палашов // Учебно-методическое пособие. Международный журнал экспериментального образования N12, 2016 г. – Нижний Новгород. ННГАСУ. 13 с;

Ахиезер А.И. Общая физика. Электрические и магнитные явления. Справочное пособие / А.И, Ахиезер. Киев “Наукова думка”. 1981 г. – с. 121 – 137;

Палашов В.В. Расчет полноты катодной защиты / В.В. Палашов – Л.: Недра, 1988 г. – 134 с.

1^ Циркуляция вектора по замкнутому контуру называется циркуляцией этого вектора по контуру. Циркуляцией электрического поля называют также электродвижущей силой.

Код для цитирования: Скопировать