Размещено на http://www.allbest.ru/

«Магнитные» парадоксы и их объяснение

М.В. Корнева, В.А. Кулигин,

Введение

Недавно нам встретилась статья Геннадия Васильевича Николаева «Современная электродинамика и причины ее парадоксальности. (Экспериментальные парадоксы электродинамики)» [1]. В статье описано 40 экспериментальных результатов, объяснения которым, как он пишет, до сих пор не найдено современной наукой.

В ней автор пишет:

«Любая теория, какой бы совершенной она ни была, никогда не исключает возможности дальнейшего своего совершенствования. Ценность же физической теории определяется, прежде всего, областью ее практической приложимости. Применительно к известной теории электромагнетизма, в рамках современных представлений в электродинамике, вопрос о широкой практической приложимости теории, конечно, не подлежит сомнению. Однако, несмотря на, казалось бы, безграничные области практической приложимости современной теории электромагнетизма и грандиозные достижения науки и техники в этих областях, к настоящему времени в электродинамике накопилось значительное количество явлений электромагнетизма, которым современная теория уже не может дать непротиворечивого и корректного объяснения. То есть в длительном процессе практического освоения тех законов электромагнетизма, которые были определены в рамках известной теории, человечество сталкивалось и с теми явлениями электромагнетизма, которые уже явно выходили за рамки современной теории. Появление таких парадоксальных с точки зрения существующей теории явлений электромагнетизма является вполне естественным и как раз доказывает собой, с одной стороны, ограниченность существующей теории электромагнетизма, а с другой стороны, необходимость дальнейшего ее совершенствования. Поэтому, чтобы разобраться в причинах парадоксальности современной электродинамики, следует обратиться, прежде всего, к анализу существа тех незаслуженно забытых парадоксальных явлений электромагнетизма, которые были известны еще во времена Ампера и обнаруживаются в настоящее время в многочисленных экспериментальных наблюдениях. Количество таких дополняющих друг друга наблюдений накопилось уже вполне достаточно, чтобы можно было сделать по ним вполне однозначные выводы. В дополнение к известным наблюдениям «странных» магнитных взаимодействий автором поставлена серия специальных экспериментов, которыми раскрывается действительная физическая сущность так называемых «парадоксальных» явлений электромагнетизма. Ниже дается описание обнаруживаемых в многочисленных экспериментах «странных» магнитных сил взаимодействия, корректного объяснения которым в рамках современной теории электромагнетизма найти не удается».

Автор прав в том, что современное состояние теории электричества (официальная наука) действительно не позволяет дать приемлемого непротиворечивого объяснения. Ниже мы дадим объяснение некоторым экспериментам, опираясь на альтернативные представления. В силу схожести (подобия) объяснения мы разбили эксперименты на несколько групп. Части экспериментов мы не даем объяснения из-за отсутствия полноты их описания.

1. Теоретические предпосылки для объяснения

Ранее проведенные нами теоретические исследования позволяют дать объяснения приведенным в [1] экспериментам. Отсылая за подробностями доказательств к работам [2], [3], [4] и др., мы приведем краткие сведения из этих работ.

1. Как было показано в работах [3], [5] калибровка Лоренца принципиально не может дать объяснение квазистатическим явлениям электродинамики. В ней энергия поля скалярного потенциала оказывается отрицательной, что противоречит даже закону Кулона, не говоря о законах магнетизма. В работах сделан вывод, что квазистатические явления должны описываться самостоятельной группой уравнений.

2. Связь между скалярным и векторным потенциалами движущегося заряда определяется соотношением, которое не должно нарушаться . Отсюда следует, что в рамках кулоновской калибровки, где divA = 0, также невозможно не только корректное объяснение магнитных явлений, но и решение проблемы электромагнитной массы.

Теоретический анализ возможности объяснения квазистатических явлений электродинамики (функции Лагранжа, уравнения движения, законы сохранения и т.д.) дан в работе [2]. Приведем некоторые результаты, на которые мы будем опираться при объяснении экспериментов. Поскольку практически все эксперименты, приведенные в [1], связаны с взаимодействием токов, мы приведем две формулы, описывающие взаимодействие двух элементарных токов.

Рис. 1

При взаимодействии 2-х элементарных токов мы имеем:

1. Силовое взаимодействие токов

(1.1)

2. Взаимодействие токов через вращающие моменты

(1.2)

Как видно из формул третий принцип Ньютона (равенство действия противодействию) всегда выполняется. Это следствие функции Лагранжа, которая оказывается инвариантной относительно преобразования Галилея.

По своему построению уравнения движения не зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Более того, если даже эфир существует, его скорость также «выпадает» из уравнений движения.

2. Эксперименты Р. Сигалова

квазистатический электродинамика индукция механика

Приведем описание первого эксперимента [1]. Другие эксперименты (Сигалова и др. № 5, 6, 7, 8, 14, 15, 17, 19 и Николаева № 2, 4, 20, 21, 23) являются вариациями на ту же тему.

Эксперимент № 1 [1]. Цитируем:

«При подключении тока к П-образному проводнику последний приходит в поступательное движение. В рамках известных представлений подобное движение возможно только при взаимодействии П-образного проводника с собственным магнитным полем.

Рис. 2

Объяснение основывается на предположении, что магнитное поле Н боковых участков тока 1, 2 оказывает давление на жестко связанный с ними участок тока 3 проводника, под действием которого последний приходит в поступательное движение, увлекая за собой и участки тока 1, 2 П-образного проводника. При длине контура в 2-3 раза больше ширины, на 3 порядка меньшей силой действия магнитного поля Н неподвижного проводника 4 на участок тока 3 подвижного П-образного проводника можно пренебречь. Для разрешения противоречий с законами механики Ампером было допущено существование продольной силы F_¦, действующей вдоль проводников 1, 2, однако существование данной силы противоречит основам классической электродинамики».

Можно объяснить это явление через взаимодействие проводников (1.1) или же с энергетической точки зрения. Мы рассмотрим оба подхода, которые приводят к одинаковым качественным и количественным результатам.

1. Энергетический подход. Рассмотрим плоский замкнутый кольцевой контур радиусом R , образованный проводом радиусом r. Пусть вдоль этого контура течет ток I.

Подсчитаем энергию поля векторного потенциала, создаваемую током. Она равна

Индуктивность этого контура с точностью до членов порядка (r / R)⁴ равна [6]

Рис. 3

На части контура будут действовать растягивающие сил с погонной величиной f . Они будут создавать натяжение Т, стремящееся «растянуть» контур, разорвать его.

Допустим, что в результате этого контур увеличил свой радиус на величину R. Ток при этом не изменится. Изменится индуктивность контура и, соответственно его энергия. Изменение энергии есть работа, совершенная силами f.

Итак

Отсюда можно найти величину погонной силы

Соответственно

Таким образом, ничего «странного» в этих экспериментах не обнаруживается. Все плоские замкнутые контура должны растягиваться при прохождении по ним тока.

В этом смысле эксперименты № 5 и 6 «не вписываются» в это объяснение (противоречат ему). Либо авторы дали не полного описания эксперимента, либо он проведен некорректно, либо дано неверное объяснение.

2. Силовой подход. Проводники контура 1-2-3 (рис. 2) образуют жесткую систему, которая взаимодействует с проводником 4. В соответствии с формулой (2.1) мы можем рассматривать парные взаимодействия частей контура 1-2-3 с проводником 4. Равнодействующая этих сил стремиться «отодвинуть» проводник 4 от остальной части этого контура. Здесь третий закон Ньютона не нарушается. Что касается моментов сил, то эти моменты взаимно уничтожаются.

Рис. 4

Точно так же можно рассмотреть и объяснить другие эксперименты этой группы.

3. Эксперимент Г. Николаева

Эксперименты, рассмотренные выше, относились к такому классу, когда движение проводника происходило в направлении, перпендикулярном самому проводнику. Здесь мы рассмотрим эксперименты, когда движение проводника коллинеарно его ориентации.

Эксперимент №3 [1]. Описание. «Для демонстрации выполнимости законов механики при взаимодействии перпендикулярных элементов тока подвижный прямолинейный проводник 1 на подвесе размещается на расстоянии 2--4 мм от остальных проводников прямоугольного контура. Емкость С заряжается до 10-20 кВ. При пробое промежутков между подвижным проводником 1 и проводниками контура подвижный проводник приходит в поступательное движение вдоль направления тока в нем в направлении действующей на него продольной силы F_¦. Поперечные силы F₊ реакции от подвижного проводника 1 приложены к боковому проводнику 3 контура».

Рис. 5

В этом объяснении нет объяснения причин появления сил. При большом напряжении на емкости возникает большой импульсный разрядный ток. Основным переносчиком заряда являются электроны проводимости. При разряде электроны движутся против направления тока, создавая мощный механический импульс. Соответственно, в силу закона сохранения импульса положительные ионы проводника должны двигаться в обратном направлении. По этой причине их движение (т.е. движение проводника) совпадает с направлением тока.

4. Эксперимент Черникова

Эксперимент № 40 [1]. Описание. «На проводник стоком в магнитном поле постоянного магнита действует сила Лоренца. Однако если проводник закрыть цилиндрическим экраном из магнитомягкого материала, то действие на проводник магнитного поля практически исчезает, но зато сила оказывается приложенной теперь к обесточенному экрану. Явление объяснимо только при учете взаимодействия токов проводника и индуцированных эквивалентных токов экрана с полями векторного потенциала во внутренней полости экрана».

Рис. 6

Однако имеется и другое объяснение. Цилиндрический экран «забирает на себя» силовые внешнего линии магнитного поля. В этом смысле проводник с током оказывается под меньшим воздействием внешнего магнитного поля (эффект экранирования). В силу этого «действие на проводник магнитного поля практически исчезает». Это одна половина, объяснения.

Рассмотрим другую половину. Вокруг проводника с током существует напряженность магнитного поля Н. Она убывает как R^-1 по мере удаления от проводника. В магнитном экране индукция магнитного поля В будет приблизительно в раз больше, чем в воздухе вблизи экрана.

Внешнее магнитное поле тоже создает свою индукцию в этом экране. В результате в одной половине экрана индукция оказывается больше, чем в другой (в одной половине внешнее и токовое поля складываются, а в другой - вычитаются). Это создает градиент энергии поля, который воздействует на экран, заставляя его перемещаться. Причем сила воздействия оказывается во много раз больше, чем сила воздействия на проводник без экрана.

Если бы не было этого явления, т.е. если бы сила действовала не на экран, а непосредственно на проводник с током, то электромоторы и генераторы оказались бы недолговечными. Из-за переменного давления на проводник его изоляция не могла бы долго служить (истирание изоляции у электромоторов, генераторов, трансформаторов, реле и т.д.).

5. Эксперимент Солунина и Костина

Эксперимент № 33 [1]. «Для демонстрации явления взаимодействия движущегося заряда с полем векторного потенциала А на электронно-лучевую трубку 1 в месте расположения отклоняющих пластин 2 одета тороидальная обмотка 3. Тороидальная обмотка выполнена из наружного и внутреннего слоев, намотаннных медным проводом 0.62 мм с общим количеством витков 500. Необходимость двухслойной намотки вызвана тем, чтобы исключить магнитные поля кольцевого тока (одна обмотка лево-винтовая, другая - правовинтовая): Обмотки включены так, чтобы их магнитные потоки суммировались. Электроны в трубке ускорялись разностью потенциалов 400 В. На вертикальные пластины подавалось постоянное; отклоняющее напряжение для задания базисного смещения электронного луча на экране (5-20 мм). Ток в обмотке менялся в пределах 0-5 А.

Рис. 7

Результаты эксперимента представлены на графике. При увеличении тока одного направления угол отклонения электронного луча увеличивает свою величину по отношению к базисному отклонению. Увеличение угла отклонения электронного луча при неизменном напряжении на отклоняющих пластинах обусловлено уменьшением скорости движения электронов пучка за счет взаимодействия их с полем векторного потенциала А тороидальной обмотки. При изменении тока в обмотке на обратный угол отклонения электронного луча уменьшает свою величину по отношению к его базисному отклонению, регистрируя эффект увеличения скорости электронов пучка при их взаимодействии с полем векторного потенциала А тороидальной обмотки.

Таким образом, положительными результатами описываемого опыта однозначно доказывается существование обычного классического аналога известного опыта Аронова-Бома и существование эффекта изменения скорости движения электронов при их взаимодействии с полем векторного потенциала А. Положительными результатами опыта однозначно подтверждается также существование неизвестного ранее в науке явления продольного магнитного взаимодействия».

Это весьма интересный эксперимент. К сожалению, источники, на которые ссылается автор работы [1] найти не удалось, а из описания трудно судить о корректности эксперимента и его интерпретации. Ниже мы предложим другой вариант эксперимента, родственного эксперименту Солунина и Костина, и предлагаем его поставить.

Предлагаемый эксперимент. Схема эксперимента представлена на рис. 8.

На подвесе установлен диск, соединенный скользящими контактами с источником питания. По диску протекает ток I₂, который взаимодействует с магнитным полем тонкой катушки (кольца с N витками) и может поворачиваться вокруг своей оси. Многовитковая катушка запитывается током I₁. В результате взаимодействия диска с катушкой на диск должен действовать вращающий момент, поворачивающий диск на определенный угол.

(1.2)

Величина момента сил М (= угла отклонения) зависит от расстояния а, как показано на рис. 9

Рис. 8

В принципе тонкую катушку можно заменить магнитом. Схема это приведена на рис. 10.

Рис. 9 Рис. 10

6. Униполярная индукция и мотор Фарадея

В эту группу всходят эксперименты № 37 (Опыт А.Родина), 38 (униполярный мотор Фарадея), 39 (униполярный генератор) [1].

Теория униполярного генератора детально разобрана и изложена в работе [2]. Здесь нет необходимости пересказывать ее содержание. Но есть несколько важных моментов, которые следовало бы здесь рассмотреть.

Первый вопрос: вращается ли магнитное поле вместе с магнитом в униполярном генераторе или же оно покоится, хотя магнит вращается? Причина появления этого вопроса в том, что ЭДС не зависит от скорости вращения магнита, т.е. магнит остается как бы «безучастным» к взаимодействию. Л.Д. Ландау считал, что поле движется вместе с магнитом (Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, «Теория поля»). И.Е. Тамм имел другую точку зрения. Он настаивал, что магнитное поле неподвижно, даже если магнит вращается (И.Е. Тамм «Основы теории электричества»). Именно книга Тамма сформировала у многих ошибочную точку зрения.

Попробуем решить простенькую задачку. Пусть имеется бесконечный стержневой магнит прямоугольного сечения (рис. 11), ориентированный вдоль оси х.

Рис. 11

Допустим, этот магнит закрыт от Вас пластиком. Можно ли определить: движется ли магнит вдоль оси х или же он неподвижен?

Чтобы дать ответ на этот вопрос экспериментатор может поставить такой эксперимент. Он может наполнить пластмассовый тазик трансформаторным маслом и взять пенопластовые кружки с закрепленными на них сверху металлическими шариками. Затем он может зарядить эти шарики разными зарядами и поместить их в тазик, расположив тазик над телом магнита. Если магнитное поле неподвижно, кружки будут плавать, располагаясь случайным образом. Но если магнитное поле движется, то произойдет разделение зарядов. Кружки с положительными зарядами соберутся в одной стороне, а с отрицательными - на противоположной от них стороне!

Если при движении магнита его магнитное поле неподвижно, какая сила их смогла разделить? Магнитное поле есть свойство магнита. Мы не сможем магнитное поле и «железку» магнита разнести в разные стороны, сделать их независимыми друг от друга.

Второй вопрос мы сформулируем, после рассмотрения эксперимента Родина.

Эксперимент № 37 [1]. Описание. «Обнаружено, что реакция на цилиндрическом магните-статоре при вращающемся диске-роторе в униполярном двигателе полностью отсутствует. В рамках известных представлений явление не имеет корректного объяснения, так как находится в противоречии с законами механики.

В действительности к магниту приложены скомпенсированные продольные силы F_¦ от вращающегося диска и неподвижного проводника токоподвода, в результате чего суммарный момент на магните равен нулю и он остается в состоянии покоя. Роль статора выполняет неподвижный проводник токоподвода, на который передается реакция от магнита - поперечная сила F₊, однако непосредственного действия на вращающийся диск-ротор магнитное поле токоподводящего проводника-статора не оказывает. Таким образом, от токоподводящего проводника-статора вращающийся момент передается на магнит, а от магнита, в свою очередь, вращающийся момент передается на диск-ротор, при этом магнит выполняет роль активного передаточного тела, оставаясь, все время неподвижным. Суммарный вращающий момент на магните всегда остается равным нулю».

Рис. 12

Второй вопрос: Всегда ли суммарный вращающий момент на магните остается равным нулю?

Вопрос этот достаточно сложный и важный, поскольку он связан с соблюдением 3 принципа Ньютона (равенство действия противодействию). Мы рассмотрим случай прямолинейного движения, поскольку никаких принципиальных отличий в работе униполярных моторов и генераторов от линейных моторов и генераторов нет.

Рис. 13

Как видно из рисунка в контуре abcd протекает ток. На ток, протекающий по движущейся пластине от b к a, со стороны магнита действует сила F₁, направленная вдоль скорости пластины. Точно такая же сила, но направленная в противоположную сторону, действует на движущийся магнит. На неподвижную перемычку cd со стороны магнита тоже действует сила, поскольку от d к c протекает тот же ток. Точно такая же сила, но направленная в противоположную сторону, действует на движущийся магнит. В результате на магнит воздействует разностная величина F, направленная вдоль скорости магнита (рис. 13).

Она равна: F = F₁ - F₂. Поскольку F₁ = F₂, силовое воздействие на магнит будет действительно отсутствовать.

Заключение

Мы рассмотрели не все эксперименты, изложенные в работе [1]. Для анализа оставшихся экспериментов у нас нет необходимой информации. Тем не менее, можно сделать оптимистический вывод. Если при описании квазистатических явлений электродинамики опираться на механику Ньютона (а не на релятивистские «фантазии»), можно с успехом дать корректное объяснение существующим «парадоксальным» экспериментальным результатам.

Источник информации

1. Г.В. Николаев Современная электродинамика и причины ее парадоксальности. http://www.trinitas.ru/rus/doc/0231/004a/02310011.htm

2. В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Кризис релятивистских теорий (Часть 5,6) http://n-t.ru/tp/ns/krt.htm

3. В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Ревизия теоретических основ релятивистской электродинамики. http://n-t.ru/tp/ns/rt.htm

4. В.А. Кулигин. Электродинамика отвергает теорию относительности. new-idea.kulichki.net/?mode=physics

5. М.В. Корнева, В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина. Математические ляпы в электродинамике. www.inauka.ru/http:/article78145/print.html

6. П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТЕЙ. (Справочная книга), ЭНЕРГИЯ. Л. 1970.

Размещено на Allbest.ru