Site Loader

О природе электрического поля атмосферы

Электрическое поле атмосферы есть органическое, неотъемлемое свойство воздушной среды. Оно является следствием взаимодействия положительного объемного заряда атмосферы и индуцированного отрицательного заряда земной поверхности. Факт существования электрического поля был установлен еще М.В. Ломоносовым [1]. После открытия электропроводности воздуха О. Кулоном и разработки теории ионов Эльстером и Гейтелем [2] возникла фундаментальная проблема геофизик: разность потенциалов между атмосферой и землей должны исчезнуть благодаря электрическому току проводимости. Для постоянного существования электрического поля необходим некий глобальный генератор электричества.

Физическая природа такого генератора обсуждалась в многочисленных гипотезах. Решению задачи о генераторе атмосферного электричества посвящены и многие публикации автора [3, 4, 5 и др.]. Целью настоящего доклада является обоснование новой концепции автора о физической природе электрического поля атмосферы.

Первой непротиворечивой точкой зрения в рассматриваемой проблеме была «гипотеза сферического конденсатора» Вильсона. По Вильсону земная поверхность и верхняя атмосфера представляют собой проводящие «обкладки» гигантского конденсатора. По оценкам Вильсона, между обкладками этого конденсатора течет суммарный ток 1800 А, а восполняет утечку заряда глобальная грозовая деятельность, которая характеризуется одновременным существованием 1800 гроз при токе каждой грозы 1 А. главным экспериментальным подтверждением гипотезы Вильсона являлась так называемая «унитарная вариация» – суточное изменение напряженности электрического поля, наблюдаемое над океанами и полностью коррелирующее с изменением суммарного числа гроз на Земле.

Унитарная вариация наблюдается над океанами, где локальные эффекты загрязнения атмосферы малы. Автор обнаружил подобные суточные изменения в Арктике. Гипотеза Вильсона разработана в 30-х годах XX в. Большое число более поздних работ показали несоответствие ее некоторым опытным фактам. В частности, автор отметил, что если в суточном ходе корреляция электрического поля с числом гроз прямая, то годовые вариации этих величин противоположны: максимум напряженности электрического поля наблюдается в зимние месяцы северного полушария, когда число гроз минимально.

Важным экспериментальным фактом для любой гипотезы о природе атмосферного электричества служит баланс электрических токов в системе атмосфера – земная поверхность. Получить полную сводку баланса токов весьма трудно, поэтому она имеется лишь для двух пунктов: Кью (Англия) [6] и Иркутск [5].

Таблица 1

Баланс электрических токов в атмосфере

Составляющие баланса Заряд (Кл/км2*год)
Кью [6] Иркутск [5]
Ток проводимости +60 +68
Ток осадков +20 +65
Ток молний –20 –33
Ток коронирования –100 –55
Баланс –40 +45

Составляющие баланса токов оцениваются с разной степенью точности; ток проводимости и ток осадков измеряются непосредственно довольно точно, ток молний находится по числу разрядов на земле (с этой целью автором созданы регистраторы числа разрядов [5]). Наиболее сложно оценить ток коронирования с естественных острий под грозовым облаком. Поэтому уместно кратко описать оригинальную методику автора [5].

Ток коронирования с естественных острий (трава, деревья, скалы и т.п.) создает ионы объемного заряда ρ, который связан с напряженностью поля уравнением Пуассона: dive = ρ

*1/ε0(1)

Поскольку главную роль играет вертикальная компонента напряженности, уравнение (1) легко проинтегрировать в пределах приземного слоя: E = 1/ε0ρdz = 1/ε0 q (2)

Суммарный ток коронирования будет равен:

I = dq/dt = ε0* dEρ/dt (3)

Напряженность поля Eρ создается объемным зарядом от тока короны и существует вместе с основным полем грозового облака. Разделить две эти составляющие можно в период восстановления электрического поля после грозового разряда. Детальный анализ кривых восстановления показал, что их можно представить суммой двух экспонент:

E(t) = E1exp(t/τ1) + E2exp(t /τ2), (4)

где E1, E2 – соответственно напряженности поля от облака и от объемного заряда, а τ1 и τ2 – время релаксации каждого из процессов. Измеряя n ординат кривой восстановления для моментов времени t = 0, 1, 2…n из (4) получим систему n уравнений с неизвестными E

1, E2, τ1 и τ2. Для каждого из множества разрядов такая система решалась методом наименьших квадратов и находились значения E2 и τ2, характеризующие процесс короны и затем определялся ток коронирования по равенству (3):

I =ε0 E2/τ2 (5)

Возвращаясь к таблице баланса токов, подчеркнем, что она приводит к фундаментальному выводу: на Земле должны одновременно существовать районы как с положительным, так и с отрицательным балансом. В силу закона сохранения, суммарный заряд Земли должен быть равен нулю (Земля как планета электрически нейтральна). Зоны положительного и отрицательного баланса различаются комплексом свойств атмосферы и земной поверхности: — суша и океан, атмосферная циркуляция, процессы облакообразования и т.п. Сказанное позволило автору сформулировать “динамическую” гипотезу атмосферного электричества, заключающуюся в том, что генератором электричества являются не только грозы, но и слоистые формы облаков, циклоны, метели и пыльные бури. Многофакторность процесса электризации в атмосфере хорошо иллюстрируются рисунком (рис. 1), где представлен годовой ход некоторых геофизических показателей.

Рис. 1. Годовой ход нормированных значений некоторых геофизических параметров: 1 – средняя напряженность электрического поля; 2 – ток проводимости на земной поверхности; 3 – разность тока проводимости на высотах 30 и 5 км; 4 – глобальная облачность над северным полушарием; 5 – отношение индекса меридиональной циркуляции к зональной.

В соответствии со схемой сферического конденсатора, напряженность поля, и ток проводимости должны изменяться синфазно с потенциалом слоя выравнивания.

Такая зависимость проявляется в суточном ходе. В годовом же ходе прямая связь этих параметров отсутствует, а в отдельные сезоны меняется на обратную. Амплитуда годовой вариации электрического поля на континентах составляет 78 % от среднего значения. Электропроводимость воздуха изменяется в течение года лишь на 36 %. Поэтому сезонные изменения напряженности поля нельзя объяснить ходом проводимости, а нужно учитывать процессы генерации заряда во всей толще атмосферы. В тропосфере объемный заряд может создаваться в облаках негрозовых форм, в метелях и пыльных бурях. В стратосфере также имеет место дополнительный источник заряда, приводящий к увеличению тока проводимости в слое озона. Разность токов в тропосфера и стратосфере (рис. 1, кривая 3) изменяется синфазно с облачностью северного полушария. Еще более тесное (обратная) корреляция наблюдается между разностью токов и относительным индексом атмосферной циркуляции.

Не обсуждая сложную проблему вероятных механизмов связи электрических характеристик атмосферы с ее циркуляционными и термодинамическими параметрами, отметим, что следствием этих связей является структура баланса электрических токов в системе атмосфера – Земная поверхность.

На основании изложенного можно заключить, что процессы возникновения и сохранения отрицательного заряда Земной поверхности гораздо сложнее и многообразнее, чем это постулируется гипотезой шарового конденсатора.

А.Х. Филиппов

Литература

  1. Ломоносов М.В. Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих / Полн. собр. соч. – М.: Изд. АН СССР, 1952. – Т. 3. – 580 с.
  2. Льоцци М. История физики. – М.: Мир, 1970. – 463 с.
  3. Филиппов А.Х. Вертикальный ток проводимости в атмосфере. – Труды ГГО, 1967. – Вып. 204. – С. 100–108.
  4. Филиппов А.Х. Измерение суммарного разряда осадков в Иркутске. – Труды ГГО, 1967. – Вып. 204. – С. 109–113.
  5. Филиппов А.Х. Грозы восточной Сибири. – М.: Гидрометеоиздат, 1974. – 75 с.
  6. Wormell T.W. Vertical electrical currents below thunderstorms and showers. // Proc. Roy. Soc. A., 1927. – Vol. 65, N 771. – P. 771–796.

Электрическое поле: определение, классификация, характеристики

Нас окружает материальный мир. Материю мы воспринимаем с помощью зрения и других органов чувств. Отдельным видом материи является электрическое поле, которое можно выявить только через его влияние на заряженные тела или с помощью приборов. Оно порождает магнитные поля и взаимодействует с ними. Эти взаимодействия нашли широкое практическое применение.

Определение

Электрическое поле неразрывно связано с магнитным полем, и возникает в результате его изменения. Эти два вида материи являются компонентами электромагнитных полей, заполняющих пространство вокруг заряженных частиц или заряженных тел.

Таким образом, данный термин означает особый вид материи, обладающий собственной энергией, являющийся составным компонентом векторного электромагнитного поля. У электрического поля нет границ, однако его силовое воздействие стремится к нулю, при удалении от источника – заряженного тела или точечных зарядов [1].

Важным свойством полевой формы материи является способность электрического поля поддерживать упорядоченное перемещение носителей зарядов.

Определение понятия "электрическое поле"Рис. 1. Определение понятия «электрическое поле»

Энергия электрического поля подчиняется действию закона сохранения. Её можно преобразовать в другие виды или направить на выполнение работы.

Силовой характеристикой полей выступает их напряжённость – векторная величина, численное значение которой определяется как отношение силы, действующей на пробный положительный заряд, к величине этого заряда.

Характерные физические свойства:

  • реагирует на присутствие заряженных частиц;
  • взаимодействует с магнитными полями;
  • является движущей силой по перемещению зарядов – как положительных ионов, таки отрицательных зарядов в металлических проводниках;
  • поддаётся определению только по результатам наблюдения за проявлением действия.

Оно всегда окружает неподвижные статичные (не меняющиеся со временем) заряды, поэтому получило название – электростатическое. Опыты подтверждают, что в  электростатическом поле действуют такие же силы, как и в электрическом.

Электростатическое взаимодействие поля на заряженные тела можно наблюдать при поднесении наэлектризованной эбонитовой палочки к мелким предметам. В зависимости от полярности наэлектризованных частиц, они будут либо притягиваться, либо отталкиваться от палочки.

Сильные электростатические поля образуются вблизи мощных электрических разрядов. На поверхности проводника, оказавшегося в зоне действия разряда, происходит перераспределение зарядов.

Вследствие распределения зарядов проводник становится заряженным, что является признаком влияния электрического поля.

Классификация

Электрические поля бывают двух видов: однородные и неоднородные.

Однородное электрическое поле

Состояние поля определяется пространственным расположением линий напряжённости. Если векторы напряжённости идентичны по модулю и они при этом сонаправлены во всех точках пространства, то электрическое поле – однородно. В нём линии напряжённости расположены параллельно.

В качестве примера является электрическое поле, образованное разноимёнными зарядами на участке плоских металлических пластин (см. рис. 2).

Пример однородностиРис. 2. Пример однородности

Неоднородное электрическое поле

Чаще встречаются поля, напряжённости которых в разных точках отличаются. Линии напряжённости у них имеют сложную конфигурацию. Простейшим примером неоднородности является электрический диполь, то есть система из двух разноимённых зарядов, влияющих друг на друга (см. рис. 3). Несмотря на то, что векторы напряжённости электрического диполя образуют красивые линии, но поскольку они не равны, то такое поле неоднородно. Более сложную конфигурацию имеют вихревые поля (рис 4).  Их неоднородность очевидна.

Электрический диполь  Рис. 3. Электрический диполь Вихревые поляРис. 4. Вихревые поля

Характеристики

Основными характеристиками являются:

  • потенциал;
  • напряжённость;
  • напряжение.

Потенциал

Термин означает отношение потенциальной энергии W, которой обладает пробный заряд q′ в данной точке к его величине. Выражение φ =W/q′. называется потенциалом электрического поля в этой точке.

Другими словами: количество накопленной энергии, которая потенциально может быть потрачена на выполнение работы, направленной на перемещение единичного заряда в бесконечность, или в другую точку с условно нулевой энергией,  называется потенциалом рассматриваемого электрического поля в данной точке.

Энергия поля учитывается по отношению к данной точке. Её ещё называют потенциалом в данной точке. Общий потенциал системы равен сумме потенциалов отдельных зарядов. Это одна из важнейших характеристик поля. Потенциал можно сравнить с энергией сжатой пружины, которая при высвобождении способна выполнить определённую работу.

Единица измерения потенциала – 1 вольт. При бесконечном удалении точки от наэлектризованного тела, потенциал в этой точке уменьшается до 0: φ=0.

Напряжённость поля

Достоверно известно, что электрическое поле отдельно взятого заряда q действует с определённой силой F на точечный пробный заряд, независимо от того, на каком расстоянии он находится. Сила, действующая на изолированный положительный пробный заряд, называется напряжённостью и обозначается символом E.

Напряжённость – векторная величина. Значение модуля вектора напряжённости: E=F/q′.

Линиями напряжённости электрического поля (известные как силовые линии), называются касательные, которые в точках касания совпадают с ориентацией векторов напряжённости. Плотность силовых линий определяет величину напряжённости.

Электрическое поле положительного и отрицательного вектора напряжённостиРис. 5. Электрическое поле положительного и отрицательного вектора напряжённости

Напряженность вокруг точечного заряда Q на расстоянии r от него, определяется по закону Кулона: E = 14πε0⋅Qr2. Такие поля называют кулоновскими.

Векторы напряженности положительного точечного заряда направлены от него, а отрицательного – до центра (к заряду). Направления векторов кулоновского поля видно на рис. 6.

Направление линий напряжённости положительных и отрицательных зарядовРис. 6. Направление линий напряжённости положительных и отрицательных зарядов

Для кулоновских полей справедлив принцип суперпозиции. Суть принципа в следующем:вектор напряжённости нескольких зарядов может быть представлен в виде геометрической суммы напряжённостей, создаваемых каждым отдельно взятым зарядом, входящих в эту систему.

Для общего случая распределения зарядов имеем:

общий случай распределения зарядов

Линии напряжённости схематически изображены на рисунке 7. На картинке видно линии, характерные для полей:

  • электростатического;
  • дипольного;
  • системы и одноимённых зарядов;
  • однородного поля.
Линии напряжённости различных полейРис. 7. Линии напряжённости различных полей

Напряжение

Поскольку силы электрического поля способны выполнять работу по перемещению носителей элементарных зарядов, то наличие поля является условием для существования электрического тока. Электроны и другие элементарные заряды всегда двигаются от точки, обладающей более высоким потенциалом, к точке с низшим потенциалом. При этом часть энергии расходуется на выполнение работы по перемещению.

Для поддержания постоянного тока (упорядоченного движения носителей элементарных зарядов) необходимо на концах проводника поддерживать разницу потенциалов, которую ещё называют напряжением. Чем больше эта разница, тем активнее выполняется работа, тем мощнее ток на этом участке. Функции по поддержанию разницы потенциалов возложены на источники тока.

Методы обнаружения

Органы чувств человека не воспринимают электрических полей. Поэтому мы не можем их увидеть, попробовать на вкус или определить по запаху. Единственное, что может ощутить человек – это выпрямление волос вдоль линий напряжённости. Наличие слабых воздействий мы просто не замечаем.

Обнаружить их можно через воздействие на мелкие кусочки бумаги, бузиновые шарики и т.п. Электрическое поле воздействует на электроскоп – его лепестки реагируют на такие воздействия.

Очень простой и эффективный метод обнаружения с помощью стрелки компаса. Она всегда располагается вдоль линий напряжённости.

Существуют очень чувствительные электронные приборы, с лёгкостью определяющие наличие электростатических полей.

Методы расчета электрического поля

Для расчётов параметров используются различные аналитические или численные методы:

  • метод сеток или конечных разностей;
  • метод эквивалентных зарядов;
  • вариационные методы;
  • расчёты с использованием интегральных уравнений и другие.

Выбор конкретного метода зависит от сложности задачи, но в основном используются численные методы, приведённые в списке.

Использование

Изучение свойств электрического поля открыло перед человечеством огромные возможности. Способность поля перемещать электроны в проводнике позволила создавать источники тока.

На свойствах электрических полей создано различное оборудование, применяемое в медицине, химической промышленности, в электротехнике. Разрабатываются приборы, применяемые в сфере беспроводной передачи энергии к потребителю. Примером могут послужить устройства беспроводной зарядки гаджетов. Это пока только первые шаги на пути к передачи электричества на большие расстояния.

Сегодня, благодаря знаниям о свойствах полевой формы материи, разработаны уникальные фильтры для очистки воды. Этот способ оказался дешевле, чем использование традиционных сменных картриджей.

К сожалению, иногда приходится нейтрализовать силы полей. Обладая способностью электризации предметов, оказавшихся в зоне действия, электрические поля создают серьёзные препятствия для нормальной работы радиоэлектронной аппаратуры. Накопленное статическое электричество часто является причиной выхода из строя интегральных микросхем и полевых транзисторов.

Беседа 16. Природа электрического заряда

? LiveJournal
  • Find more
    • Communities
    • RSS Reader
  • Shop
  • Help
Login
  • Login
  • CREATE BLOG Join
  • English (en)
    • English (en)
    • Русский (ru)
    • Українська (uk)
    • Français (fr)
    • Português (pt)
    • español (es)
    • Deutsch (de)
    • Italiano (it)
    • Беларуская (be)

Природа электрического поля — стр. 15

Природа электрического поля.

Раньше мы говорили, что электрическое поле просто есть. Понятие «поля» вытекало из экспериментального факта, состоящего в том, что вокруг любого электрически заряженного объекта в любой точке окружающего его пространства на любой другой заряженный объект будет действовать сила. И понятие «поля» было своего рода обобщением этих экспериментальных данных.

Но сейчас, когда мы придумали очень даже интересную модель природы сильнодействующего поля, почему бы не дать такое же объяснение полю электрического? Что если и электрически заряженные тела непрерывно обмениваются некими материальными носителями электрического взаимодействия?

Мы знаем, что чем больше величина заряда, тем сильнее он действует на другие заряженные частицы. Если принять нашу гипотезу, то мы можем теперь сказать, что чем больше заряд, тем больше квантов (то есть мельчайших частиц) взаимодействия он испускает – чем больше запускается бумерангов, тем с большей силой обменивающиеся бумерангами люди притягиваются друг к другу. То есть заряд – это мера интенсивности обмена.

Эта гипотеза получила полное экспериментальное подтверждение, и оказалось, что электрически заряженные частицы обмениваются фотонами – квантами (т.е. частичками) электромагнитного излучения. Таким образом оказалось, что электромагнитное поле – это не просто математическая абстракция, а вполне реальный, материальный объект, состоящий из квантов света.

Античастицы. Аннигиляция.

И все же пора сказать об антиматерии, об античастицах. Тема выглядит фантастической, но это не фантастика. Антиматерия в самом деле существует, и я хочу дать хотя бы общее представление о ее свойствах.

Все началось в 1928 году. Николай Рерих вернулся из своей длиннющей экспедиции по Центральной Азии. Первый кукурузник (другое его название – «У-2») совершил свой первый полет, а Герберт Гувер стал президентом США. В этом году родился писатель-фантаст Роберт Шекли и погиб в Брюсселе, отравленный большевистским агентом, российский полководец Пётр Врангель.

А Поль Дирак (ударение на «и») – английский физик-теоретик, совершил в этом году, и опять-таки «на кончике пера», удивительное открытие. Описывая законы атомного мира, он получил некое уравнение, которое описывало частицу, полностью тождественную, абсолютно идентичную электрону, но с одним отличием – она имела положительный заряд. Эту частицу назвали «позитроном». Многие подумали, что это просто математические глюки, но Дирак относился к математике иначе – для него это было не просто какое-то ненужное, лишнее решение в созданных им уравнениях. Он был уверен, что этому решению соответствует настоящая, реальная частица. Частицу стали искать. И, черт возьми, в 1932 году ее нашли! Всё в тех же космических лучах. Немного позже Ирэн и Фредерик Жолио-Кюри открыли особый вид радиоактивности, в которой также рождались позитроны – это была «β+-радиоактивность» в отличие от уже известной нам обычной β-радиоактивности, при которой испускаются электроны. Впоследствии было обнаружено, что многие изотопы испускают позитроны, в том числе углерод-11, азот-13, кислород-15, фтор-18, иод-121.

Из теории вытекало, и это опять таки было подтверждено практикой, что если электрон и позитрон встречаются вместе, то результатом является яркая вспышка взаимного уничтожения, или, говоря языком физики, «аннигиляция». Будущее показало что у каждой (!) частицы есть своя античастица, и во всех случаях взаимодействие частицы и античастицы приводит к аннигиляции.

Аннигиляция – это испускание высокоэнергетичных фотонов – гамма-квантов («γ-квант»). Естественно, из закона сохранения энергии вытекает, что энергия этого излучения должна быть равна исходной энергии пары «частица-античастица». Рассчитать эту энергию несложно, если вспомнить формулу E=mc2

У гамма-квантов очень маленькая длина волны, порядка 10-4 нанометра, поэтому их корпускулярные проявления («корпускула» — частица) доминируют над волновыми. Гамма-излучение является еще более жестким, чем рентгеновское. Их проникающая способность, таким образом, еще больше, чем у рентгеновских лучей, и они не имеют ни положительного, ни отрицательного заряда, то есть магнитным полем не отклоняются.

Еще одно удивительное явление, которое было зафиксировано экспериментально: иногда позитрон и электрон образуют пару, что-то вроде атома, где позитрон, имеющий всегда положительный заряд, играет роль ядра. Такой атом называется «атомарный позитроний», и он достаточно стабилен, чтобы успевать вступать в химические реакции, где проявляет себя подобно водороду. Совсем недавно – в 2007 году, была экспериментально доказана возможность существования «молекулярного позитрония» — системы, состоящей из двух позитрониев. Такая система еще менее устойчива, чем атомарный позитроний.

Если у каждой частицы есть античастица, почему тогда наша Вселенная, насколько мы ее видим, состоит почти полностью из обычных частиц? На этот вопрос до сих пор ответа нет. Существующая теория Большого Взрыва исходит из того, что в самые первые мгновения возникновения Вселенной количество электронов и позитронов было одинаковым, но что произошло дальше, мы пока не знаем настолько хорошо, чтобы объяснить – куда подевались античастицы. Во всяком случае, наша Вселенная потому и стабильна, что состоит только из одного вида частиц.

Взаимодействие с пустотой. Очередная нелепость?

Физика элементарных частиц заставляет нас теперь по иному взглянуть на то – то такое «пустота», или, говоря иначе, «вакуум». В классической физике вакуум – это просто отсутствие чего-либо, пусто оно и есть пусто. Но вспомним о соотношении неопределенностей Гейзенберга. Если из вакуума вдруг «на пустом месте» возникнет элементарная частица, то никакой закон сохранения не будет нарушен, если эта частица успеет исчезнуть раньше, чем это нарушение успеет зафиксироваться. Такие частицы называются «виртуальными». Фактически, вакуум на самом деле и является «пеной» рождающихся и уничтожающихся элементарных частиц, энергия которых так мала, что напрямую они не могут быть зарегистрированы. Происходят так называемые «нулевые колебания полей». Тем не менее, они могут вступать во взаимодействие с обычными частицами и это тоже непрерывно происходит, и таким образом вакуум может вступать во взаимодействие с частицами. Теория вакуума сейчас бурно развивается. Там встречаются такие немыслимые ранее понятия, как «вакуумные колебания», «поляризация вакуума», «вакуумные поправки», «свойства вакуума», «ложные вакуумы», «топология вакуума» и т.д.. Теория предсказывает существование различных типов вакуума, и будущее покажет – что нам удастся еще узнать об этом.

Вероятность. Экспонента.

Бросая камень с обрыва, мы никогда заранее не сможем узнать – на какое место он ляжет, когда докатится до низа. Это и понятно – и камень, и обрыв – сложные существа, у них очень сложная форма поверхности. Тем не менее, если мы вообразим, что некий суперкомпьютер учтет местоположения и импульсы всех молекул камня и обрыва, то чисто теоретически можно будет рассчитать его траекторию и конечную точку путешествия со сколь угодно большой точностью. Поэтому, когда мы говорим о «вероятности приземления камня» в том или ином месте, мы имеем дело с вероятностью, обусловленной игнорированием множества данных, говорящих нам о координатах и импульсах молекул камня и обрыва. Чем больше мы увеличиваем количество учтенных данных, тем точнее мы можем рассчитать приземление камня, тем меньше фактов мы игнорируем, тем больше вероятность того, что наш расчет окажется верным. Назовем такую вероятность «вероятностью игнорирования».

В атомном мире мы сталкиваемся с совершенно другой вероятностью. Назовем ее «фундаментальной вероятностью». Если мы сообщим атому водорода некоторую энергию, переведя электрон на более высокую орбиту, то спустя некоторое время атом потеряет эту энергию – электрон испустит квант света и вернется обратно на прежнюю орбиту. Промежуток времени, в течение которого атом остается в возбужденном состоянии, мы рассчитать не можем независимо ни от чего. Мы можем узнать все, что доступно нам знать об электроне, а точность наших предсказаний не увеличится. Она всегда будет одной и той же. Это первая странность.

Вторая странность состоит в том, что электрон не является сложным объектом, как камень или обрыв. Все камни разные – не требуется даже лупы, чтобы найти сколько угодно отличий между любыми двумя камнями. С электронами, протонами и прочими элементарными частицами все совершенно наоборот. Они абсолютно идентичны, насколько мы сейчас это видим. Это означает, что у них не может быть такой же сложной внутренней структуры, какую мы видим у камня, так что здесь нет места для вероятности игнорирования – здесь проявляется именно фундаментальная вероятность, то есть такая, которая является сама по себе свойством материи.

Однако квантовая механика дает нам поразительную возможность точного вычисления вероятности события на любом промежутке времени. Наблюдая за отдельным атомом, мы никогда не сможем сравнить предсказанную вероятность события с реальностью – отдельный атом может перейти из возбужденного в невозбужденное состояние когда угодно. Но если мы возьмем очень много атомов, тогда мы увидим, что в среднем наше предсказание, выведенное из расчетов вероятности, выполнится. Можно привести аналогию с рулеткой: мы знаем и можем доказать на опыте, что если прокрутить рулетку миллион раз, то красное и черное выпадут примерно поровну, и в то же время если мы раскрутим рулетку лишь 10 раз, мы ничего подобного не увидим – она может хоть 10 раз подряд показать «красное».

Можно рассмотреть проявление фундаментальной вероятности на примере распада нестабильных частиц. Например, в камере Уилсона мы можем фотографировать траектории пионов. Пион, влетая в камеру, может распасться на мюон и нейтрино. При этом некоторые пионы распадаются сразу же, некоторые – позже, а некоторые – еще позже. Если мы пронаблюдаем очень много пионов, мы сможем вывести экспериментально некое среднее время распада. И хотя отдельный пион будет распадаться когда угодно, среднее время распада большой группы пионов всегда будет одним и тем же. Это самое среднее время распада пиона является совершенно точной величиной, которую мы смогли измерить. Хоть миллион раз меряй – оно не изменится. И в то же время, время жизни отдельного пиона мы никогда и никаким образом предсказать не можем.

Интересный опыт можно поставить со счетчиком Гейгера. Это такой прибор, который издает щелчок, когда в него попадает ускоренная элементарная частица. Если подвести счетчик Гейгера к радиоактивному объекту, мы услышим неравномерные щелчки. Момент, когда мы услышим щелчок, совершенно не зависит от того времени, которое прошло с момента последнего щелчка. Мы можем выписать последовательность промежутков времени между соседними щелчками, и математический анализ покажет, что они совершенно случайны. Во время такого эксперимента можно ощутить себя тесно соприкасающимся с внутриатомным миром – каждый щелчок означает, что только что атом одного вещества спонтанно распался, выбросив из себя альфа-частицу, и превратился в атом другого элемента.

У фундаментальной вероятности есть свои законы, которым она подчиняется. Один из таких законов: развитие процесса по экспоненте.

График экспоненты ты можешь легко нарисовать сама. Нарисуй сначала две оси координат – горизонтальную ось «икс» («х») и вертикальную ось игрек («y»). Обе оси исходят из одной нулевой точки, которая называется «началом координат». Положение любой точки на плоскости определяется, таким образом, двумя числами и записывается как (x,y). Например, запись (1,2) означает, что сначала необходимо отложить одну единицу по оси икс, а затем 2 единицы по оси игрек. То место, куда мы придем, и будет иметь координаты (1,2). На картинке, представленной тут, точка М имеет координаты (P,Q), где P=2, а Q=3. А точка K имеет координаты (R,S), где R=-4, а S=-2,5

Теперь нарисуй сам график экспоненты. По оси «X» отложи числа 1,2,3,4. По оси «Y» — числа 4, 2, 1, ½, ¼. Теперь поставь следующие точки графика: (0,4), (1,2), (2,1), (3,½), (4,¼). Соедини полученные пять точек плавной линией – это и есть экспонента. Выглядит экспонента как горка, крутая вначале и становящаяся все более пологой в конце. Теперь представим себе, что по оси «X» мы откладываем время в секундах, которое проходит с момента запуска большой группы неких элементарных частиц в камеру Уилсона, а по оси «Y» — их количество (в миллионах, например), которые остались целыми к текущему моменту.

Мы видим, кто к первой секунде осталось целыми 2 миллиона частиц из начальных четырех. Это и означает, что период полураспада таких частиц равен одной секунде. Ко второй секунде осталась ровно половина от того, что было к первой секунде – лишь миллион частиц. И так далее. Именно экспонента обладает таким свойством, что в какой бы момент времени мы ни взяли имеющуюся группу частиц, ровно половина от имеющегося в данный момент их количества распадется спустя одну секунду. То есть вероятность того, что спустя секунду распадется половина имеющихся на данный момент частиц, всегда равна 50%, так как ровно половина имеющихся на данный момент частиц распадется, когда пройдет период полураспада.

Как мы знаем, разные элементарные частицы могут иметь очень разное время полураспада. Например, есть такие удивительные частицы, которые имеют электрический заряд, равный 2, а не 1, как все. Они очень нестабильны и распадаются спустя 10-20 секунды после рождения. А есть и такие радиоактивные элементы, период полураспада которых равен 1010 лет! И все же – огромный этот период или крошечный – они все подчиняются экспоненциальному закону.

Когда взрывается атомная бомба, то местность заражается самыми разнообразными радиоактивными веществами. Некоторые из них распадаются через несколько секунд, минут или часов после взрыва – эти элементы сравнительно безопасны – почти полностью распались почти сразу, и нет их. У других период полураспада тянется миллионы лет, и они тоже безопасны – их радиоактивность слишком медленно проявляется, чтобы это оказало какое-то влияние на нашу жизнь. Опасны те, у кого период полураспада от нескольких лет до нескольких сотен лет. Например, кобальт-60 имеет период полураспада около 5 лет, а стронций-90 – 28 лет. К сожалению при ядерных взрывах выделяется также изотоп углерода 14C, что резко меняет его концентрацию в атмосфере и почве и в органических остатках, так что археологам, видимо, придется бросить всю ту огромную работу, которую они провели по созданию углеродной шкалы, и искать какой-то другой изотоп, который, с одной стороны, не выделяется при ядерных взрывах, а с другой стороны удобен для использования в археологии, то есть имеет период полураспада в несколько тысяч или десятков тысяч лет, а также достаточно распространен, чтобы мы могли обнаруживать его малые количества.

Фундаментальная вероятность проявляет себя в микромире не только в том, что ею определяется время наступления того или иного процесса, но и сами эти события могут быть вероятностными. Например, каон (то есть К-мезон) может распадаться различными способами: например на два пиона или на мюон с нейтрино. Как именно распадется тот или иной каон, мы не можем никогда и никаким способом точно определить, однако если мы возьмем много каонов, мы точно будем знать вероятность того, какой именно распад будет иметь место для этой группы, то есть какой процент каонов распадется на два пиона, а какой процент – на мюон с нейтрино.

Таким образом, несмотря на то, что некоторые свойства частиц мы можем определить точно (например массу, электрический заряд, спин и т.д.), другие свойства не поддаются точному определению в принципе, зато мы можем точно знать вероятность тех или иных событий при большом их количестве.

Есть еще оно интересное замечание. Дело в том, что по экспоненте развивается жизнь. Если точнее – очень многие процессы, связанные с тем, что мы считаем «жизнью», описываются тем же экспоненциальным графиком: рост быстродействия компьютеров, рост числа открытий, рост объема мусора и так далее. Если в каком-то процессе ты наткнулся на экспоненциальную зависимость, можешь быть убежден – здесь не обошлось без вмешательства жизни. Поищи жизнь и ты найдешь ее. Если бы инопланетяне изучали бы количество космического мусора, который появляется вокруг Земли, или совокупную энергию исходящих от Земли радиоволн, они тут же обнаружили бы экспоненциальную зависимость и сделали бы вывод: тут скорее всего есть жизнь. Наступят времена, когда мы будем маскироваться и так корректировать энергетические выбросы Земли, чтобы они создавали впечатление процессов, не связанных с жизнью. Но интересно – о какой жизни можно говорить, когда речь идет об элементарных частицах? О жизни чего? И о жизни в каком понимании? Одна из современных космологических теорий рассматривает все элементарные частицы как миниатюрные «черные дыры». Другая – как отдельные «свернутые» Вселенные. Будущее покажет – что мы сможем открыть в этой области. Если и в самом деле эти теории отражают реальность, то астрономия и физика элементарных частиц вскоре обнаружат нечто общее в поведении изучаемых этими науками объектов.

Магнетар

С нейтронной звездой мы уже знакомы, почему бы не познакомиться с одной из разновидностью нейтронных звезд – с «магнетаром». Магнетар обладает всеми свойствами нейтронной звезды, то есть его диаметр около 20 километров, исключительно высокая плотность, и образуются они в результате взрывов звезд. Некоторые взорвавшиеся звезды превращаются в «пульсары», у которых сравнительно слабое магнитное поле. Пульсары вращаются вокруг своей оси, и испускают импульсы электромагнитного излучения. В отличие от пульсара, магнетар быстро вращается вокруг своей оси, делая иногда до 30 оборотов вокруг своей оси в секунду. Согласно одной из теорий (а в том, что касается космоса, мы зачастую можем говорить лишь о теориях), первоначальная скорость вращения магнетаров может составлять до тысячи оборотов в секунду.

Магнитное поле магнетара превышает земное в тысячу триллионов раз. Такое мощное магнитное поле способно убить человека на расстоянии нескольких тысяч километров – оно просто разорвало бы человека на куски, а стереть данные с пластиковой карты может на дистанции в сотни тысяч километров. Оно настолько сильное, что несмотря на фантастическую плотность материи звезды, по ее поверхности проходят «звездотрясения», в результате чего возникают короткие вспышки жесткого рентгеновского излучения и даже гамма-излучения такой мощности, что они способны пронзить целые галактики.

Живут магнетары недолго – их мощное магнитное поле пропадает уже через 10 тысяч лет. Пропадают и рентгеновские всплески.

Долетают эти гамма-вспышки и до Земли, ведь и в нашей галактике, которая называется «Млечный путь», найдено 12 магнетаров. Кстати о галактиках. Млечный путь – это и есть наша спиральная галактика – та самая, в которой мы живем. Просто мы видим ее в профиль, поэтому вместо спирали видим широкую светлую полосу, состоящую из 100-200 миллиардов звезд.

Цепная реакция

Теперь мы уже достаточно подготовлены к тому, чтобы понять – что такое «цепная реакция». С примером цепной реакции мы сталкиваемся нередко. Например тогда, когда идем в лес на костер. Трением спички о спичечный коробок, мы повышаем температуру спичечной головки до такого уровня, что ее достаточно для воспламенения. Загоревшаяся спичка дает тепло, достаточное для возгорания бумаги. Загоревшаяся бумага дает тепло, достаточное для того, чтобы загорелись мелкие щепки. И так далее – это и есть пример цепной реакции. Теперь вернемся к атомам.

Какое ядро более прочное – урана-238 или урана-235? Какое ядро легче развалить, ударив по нему каким-нибудь нейтроном? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо просто рассмотреть – какие силы есть внутри ядра. Там есть электрические силы – положительно заряженные протоны отталкиваются друг от друга. Нейтроны в этом взаимном пинании протонов не участвуют. Зато они участвуют в сильном взаимодействии, которое существует между любыми барионами. Каждый нуклон притягивается к другому нуклону, как только он попадает в радиус действия сильного взаимодействия. Если мы возьмем уран-235 и прибавим к нему 3 нейтрона, чтобы получить уран-238, что произойдет? Куча нуклонов станет немного более громоздкой, при этом силы электрического отталкивания не увеличатся, а сильное взаимодействие – что произойдет с ним? Оно усилится или ослабнет или не изменится? Чтобы ясно понимать – что будет с сильным взаимодействием, можно провести аналогию с гравитацией, которая хорошо нам понятна. Мы знаем, что каждое материальное тело притягивается к другому материальному телу – аналогично каждый нуклон притягивается к любому другому нуклону, который подведен к нему на необходимое расстояние. Мы знаем, что океанские приливы являются следствием того, что Луна, оказавшись над океаном, притягивает его к себе, то есть Луна все время притягивает к себе Землю, а Земля притягивает Луну. А если бы рядом с одной Луной появилась бы вторая? Приливы стали бы в два раза больше, ведь вторая Луна тоже стала бы притягивать Землю. Кроме того, вторая Луна стала бы притягиваться к первой – такое уж свойство материальных тел. Компания «Земля-Луна1-Луна2» стала бы более прочной за счет этих взаимных сил притяжения. И то же самое происходит в ядре. Нуклоны, обладающие свойством притягиваться друг к другу, так и поступают – притягиваются друг к другу, так что 238 нуклонов будут сильнее сцепляться друг с другом, чем 235 нуклонов. Значит ядро урана-238 прочнее.

Теперь рассмотрим другой вопрос. Мы знаем, что разные элементы имеют разное соотношение протонов и нейтронов. В ядрах легких элементах количество протонов и нейтронов почти равно или равно. Но если мы пойдем дальше по таблице Менделеева, мы увидим, что эта пропорция начинает меняться. У ядер средней массы на один протон в среднем приходится 1,3 нейтрона, а в тяжелых ядрах еще больше – в среднем примерно 1,6 нейтрона на каждый протон. Это значит, что когда тяжелое ядро распадается на два легких, то у нас образуются лишние нейтроны. Деваться им некуда и они со свистом вылетают из ядра. Почему со свистом? Почему бы им просто не отползти в сторонку? Это вытекает из закона сохранения энергии. Когда нейтрон находится в ядре, он обладает потенциальной энергией в поле сильнодействующей силы. Но в результате деления ядра один-два нейтрона оказываются лишними, им некуда приткнуться и они остаются за пределами ядра. А что значит «за пределами ядра»? Это значит, что они оказываются вне действия сильного взаимодействия, и их потенциал в поле сильнодействующей силы становится равен нулю. Если потенциальная энергия нейтрона обнулилась, она должна перейти в какую-то другую форму энергии – в данном случае она переходит в энергию кинетическую, и нейтрон улетает именно со свистом.

Итак, мы берем кусок урана (желательно – урана-235, ведь его ядро не такое крепкое, как ядро урана-238) и облучаем его нейтронами, желательно медленными — мы уже рассматривали этот вопрос – почему нужны именно медленные нейтроны. Быстрые нейтроны пролетят мимо, а медленные могут подойти к ядру и захватиться сильным взаимодействием. Это понятно – чем быстрее мимо нас кто-то пролетает, тем сложнее его схватить – его кинетическая энергия борется с энергией наших мышц.

Если какое-то ядро урана захватывает нейтрон и делится, возникает лишние пара нейтронов. А что, если и они, в свою очередь, захватятся другими ядрами урана? Выделится еще больше нейтронов. Так и начнется цепная ядерная реакция. Пока вроде все просто, но почему тогда природный уран давным-давно не пошел по этому пути, ведь в массе урана всегда есть свободные нейтроны, образующиеся за счет самопроизвольного деления урана-235, кроме того нейтронов много в космических лучах. Дело в том, что существует ряд препятствий для начала цепной реакции в природном уране.

Во-первых, в природном уране урана-235 всего лишь 0,7%, а именно уран-235 делится при попадании в него любого нейтрона. Уран-238 так легко делиться не будет – если в него попадет нейтрон с энергией меньше 1МэВ, то он просто захватится ядром или отразится от него. Во-вторых, совсем не каждый нейтрон попадет именно в ядро урана – часть их просто вылетит куда-нибудь в сторону или попросту поглотится другими элементами – примесями урановой руды.

Для того, чтобы произошла цепная реакция, мы должны, следовательно, сделать целый ряд вещей. Например, мы можем собрать в одну кучу только изотопы урана-235. Первая американская бомба была именно такой. Но разделение изотопов урана – дело дорогое, поэтому в атомных электростанциях поступают иначе — нейтроны замедляют, чтобы они более эффективно делили ядра. Для этого используют замедлители нейтронов – такие вещества, которые не поглощают нейтроны, но только замедляют их. Интересно – кто лучше всего подойдет в качестве замедлителя?

Представим себе, что мы кидаем упругий мячик в ёжика. Если ёжик большой, а мячик маленький, то мячик просто отразится и полетит назад. Если ёжик очень маленький, что все будет наоборот – ёжик отлетит, и на мяч это не окажет большого влияния. А вот если масса ёжика будет примерно равна массе мячика, произойдет то, что мы и хотели – мячик затормозится, а то и вовсе почти остановится. Значит – нам нужны атомы, ядра которых максимально близки по массе к нейтрону. Самый подходящий вариант – водород, масса ядра которого почти в точности равна массе нейтрона. Но тут есть одна деталь: протон легко соединяется с нейтроном, образуя ядро изотопа водорода дейтрон. Кроме того, необходимо, чтобы замедлитель был плотным, чтобы как можно больше нейтронов попадало в него, а водород – это газ. Не подходит. Зато подходит дейтерий – ведь его ядро состоит из одного протона и одного нейтрона, и второй нейтрон (с образованием трития) он практически не захватывает. Но газ… газ не годится, а вот вода, в которой вместо водорода будет дейтерий, подойдет, ведь вода – это очень плотное вещество. Кроме того, кислород не поглощает нейтроны, так что тяжелая вода – оптимальный замедлитель, если бы не ее высокая стоимость, а воды-то этой в реакторе требуется несколько тонн! В силу этой высокой стоимости в качестве замедлителя часто используют чистый углерод. Его ядра в 12 раз тяжелее нейтронов, зато он очень доступен и дешев.

Теперь – чтобы как можно меньше нейтронов вылетало в сторону, минуя атому урана, мы должны взять достаточно большой кусок урана, так называемую «критическую его массу». Кроме того, вокруг куска урана мы можем поставить специальные отражатели, которые отражают вылетающие нейтроны обратно в кусок урана.

Теперь – очень грубо, мы можем представлять – как устроен и за счет чего работает ядерный реактор.

Природа электрического тока

Природа электрического тока

Природа электрического токаОтрывок из книги Николая Левашова «Неоднородная Вселенная», Глава 3. Неоднородность пространства и качественная структура физически плотного вещества.

В классической физике под электрическим током понимается направленное движение электронов от плюса к минусу. Вроде бы, всё предельно просто, но, к сожалению, это — иллюзия. Что такое электрон, классическая физика не объясняет, за исключением того, что электрон объявляется отрицательно заряженной частицей. Но, что такое отрицательно заряженная частица, никто не удосужился объяснить.

В то же время, отмечалось, что электрон обладает дуальными (двойственными) свойствами, как частицы, так и волны. Даже в этом определении скрыт ответ. Если какой-то материальный объект обладает свойствами, как волны, так и частицы, то это может означать только одно — он не является ни тем, ни другим. По своей природе, частица и волна, в принципе, не совместимы и не нужно совмещать несовместимое. Что такое электрон мы детально разобрались выше, поэтому перейдём к следующей части объяснения электрического тока. Направленное движение, казалось бы, что может быть проще — движение в заданном направлении. Всё это так, но существует маленькое «но». Электроны вообще не двигаются в проводнике, по крайней мере, то, что понимают под электроном. А если предположить, что они двигаются, то должна быть скорость их передвижения в проводнике.

Давайте вспомним объяснение природы постоянного тока. Электроны в проводнике распределены неравномерно в радиальном направлении, в результате чего возникает радиальный градиент (перепад) электрического поля. Перепад электрического поля индуцирует магнитное поле в перпендикулярном направлении, которое, в свою очередь, индуцирует перпендикулярное электрическое поле и т.д. Но, опять таки, понятия электрического и магнитного полей вводятся в виде постулатов, т.е., принимаются без каких-либо объяснений. Получается интересная ситуация, новые понятия объясняются другими, которые сами были приняты без объяснений и поэтому, подобные объяснения не выдерживают критики. Стоит только вдуматься в значение слов и красивая фраза превращается в бессмыслицу. Но, тем не менее, если закрыть на это глаза и провести рассчёт скорости распространения поверхностного заряда по соответствующим формулам, полученный результат окончательно поставит все точки над «i». Скорость получается несколько миллиметров в секунду. Казалось бы, всё вроде бы прекрасно, но это только кажется. Так как, после замыкания цепи, электрический ток в ней появляется мгновенно, вне зависимости от того, как далеко находится источник постоянного тока, и результаты расчётов становятся лишёнными какого-либо физического смысла. Факты из реальной жизни полностью опровергают теоретические объяснения. И, наконец, что такое «плюс» и «минус»?! Снова никаких объяснений. В результате простого анализа, мы пришли к выводу, что общеупотребляемое в физике понятие электрического тока не имеет под собой никакого обоснования, другими словами, с существующих на данный момент позиций современная физика не может объяснить природу электрического тока. При всём при том, что это — реальное физическое явление.

В чём же дело, какова же, всё-таки, природа этого явления?!

Давайте попытаемся подойти к пониманию этого явления с несколько других позиций. Вспомним, что ядро любого атома влияет на свой микрокосмос. Только степень этого влияния у ядер разных элементов, весьма различна. В случае образования из атомов одного элемента или молекул, состоящих из атомов разных элементов, кристаллических решёток, возникает однородная среда, в которой все атомы имеют одинаковый уровень мерности. Для более глубокого понимания этого явления, рассмотрим механизмы образования молекул из отдельных атомов. При этом, вспомним, что восстановление исходного уровня мерности макрокосмоса происходит по следующим причинам. Шесть сфер из гибридных форм материй, возникшие внутри неоднородности, компенсируют деформацию пространства, возникшую в результате взрыва сверхновой. При этом, гибридные формы материй увеличивают уровень мерности макропространства в пределах объёма, который они занимают. При мерности пространстваL=3,00017все формы материй нашей Вселенной уже никак друг с другом не взаимодействуют. Примечательно, что все излучения, известные современной науке, являются продольно-поперечными волнами, которые возникают, как результат микроскопических колебаний мерности пространства.

3.000095 < Lλ< 3.00017

0 < ΔLλ< 0.000075                 (3.3.2)

Скорость распространения этих волн меняется, в зависимости от уровня собственной мерности среды распространения. Когда излучения Солнца и звёзд проникают в пределы атмосферы планеты, скорость их распространения в этой среде уменьшается. Так как собственный уровень мерности атмосферы меньше собственного уровня мерности открытого пространства.

2.899075 < Lλср. < 2.89915

0 < ΔLλср. < 0.000075                        (3.3.3)

Другими словами, скорость распространения продольно-поперечных волн зависит от собственного уровня мерности среды распространения. Что обычно выражается коэффициентом преломления среды (nср). Продольно-поперечные волны при своём распространении в пространстве переносят это микроскопическое возмущение мерности ΔLλср. При пронизывании ими разных материальных субстанций, происходит накладывание ΔLλср. на уровень мерности этих веществ или сред. Внутреннее колебание мерности, возникшее, как результат такой интерференции (сложения), является катализатором большинства процессов, происходящих в физически плотной материи. В силу того, что атомы разных элементов имеют разные подуровни мерности, они не могут образовывать новые соединения (Рис. 3.3.10).

Pic.3.3.10.jpg

При распространении продольно-поперечных волн в среде, микроскопическое возмущение мерности ими вызываемое, нейтрализует различия значений уровней собственной мерности разных атомов. При этом, электронные оболочки этих атомов сливаются в одну, образуя новое химическое соединение, новую молекулу. Атомы можно сравнить с поплавками на поверхности воды. Продольно-поперечные волны поднимают и опускают на своих гребнях «поплавки»-атомы, тем самым, изменяя уровень их собственной мерности и создавая возможность новых соединений. Принципиально важны для реализации синтеза следующие параметры продольно-поперечных волн: амплитуда и длина волны (λ). Если расстояние между атомами соизмеримо с длиной волны, происходит взаимодействие между собственной мерностью этих атомов и мерностью волны. Влияние одной и той же волны на уровни мерности разных атомов — неодинаково. Мерность одних атомов увеличивается, а других — уменьшается или остаётся той же. Именно это и приводит к необходимому для слияния атомов балансу мерностей (Рис. 3.3.11).

Pic.3.3.11.jpg

Если же длина волны значительно превышает расстояние между атомами, то при этом, различие уровней мерностей атомов сохраняется или изменяется незначительно. Происходит синхронное изменение уровней собственной мерности всех атомов, и изначальное качественное различие уровней мерностей атомов сохраняется. Амплитуда волн определяет величину изменения мерности пространства, вызываемую этими волнами при их распространении в данной среде. Различие уровней мерностей между разными атомами требует различного уровня влияния на них. Именно амплитуда и выполняет эту функцию при распространении волн в среде. Величина расстояния между атомами в жидких и твёрдых средах лежит в диапазоне значений от 10-10до 10-8метра. Именно поэтому спектр волн от ультрафиолетовых до инфракрасных поглощается и излучается при химических реакциях в жидких средах. Другими словами, при соединении атомов в новом порядке, происходит выделение или поглощение тепла или видимого света (экзотермические и эндотермические реакции), так как только эти волны отвечают требуемым условиям. Итак, продольно-поперечные волны, от инфракрасных до гамма, являются микроскопическими колебаниями мерности, возникшими при термоядерных и ядерных реакциях. Амплитуда волн, участвующих в химических реакциях, определяется величиной разницы между уровнями мерностей атомов до начала реакции и атомов, возникших в результате этой реакции. И не случайно, излучение происходит порциями (квантами). Каждый квант излучения является результатом единичного процесса преобразования атома. Поэтому, при завершении этого процесса, прекращается и генерация волн. Выброс излучений происходит в миллиардные доли секунды. Соответственно, излучения поглощаются также квантами (порциями).

А теперь, рассмотрим кристаллические решётки. Кристаллические решётки образуются из атомов одного и того же элемента или из одинаковых молекул. Поэтому все атомы, образующие кристаллическую решётку, имеют одинаковый уровень собственной мерности. Причём, для каждой кристаллической решётки уровень собственной мерности будет свой. Возьмём два металла, имеющие различные уровни мерности (Рис. 3.3.12). Pic.3.3.12.jpg

Они представляют собой две качественно разные среды, по-разному влияющие на окружающее пространство. Если они никак друг с другом не взаимодействуют, никаких необычных явлений не наблюдается. Но, стоит им только вступить в непосредственное взаимодействие, как появляются качественно новые явления. В зоне стыкования кристаллических решёток с разными уровнями собственной мерности, возникает горизонтальный перепад (градиент) мерности, направленный от кристаллической решётки с большим уровнем собственной мерности к кристаллической решётке с меньшим уровнем собственной мерности. Теперь, поместим между пластинами из этих материалов жидкую среду, насыщенную положительными и отрицательными ионами. В жидкой среде молекулы и ионы не имеют жёсткого положения и находятся в постоянном хаотичном движении, так называемом, броуновском. Поэтому под воздействием горизонтального перепада мерности ионы начинают двигаться упорядочено. Положительно заряженные ионы начинают двигаться к пластине с большим уровнем собственной мерности, в то время, как отрицательно заряженные ионы — к пластине с меньшим уровнем собственной мерности (Рис. 3.3.13).

Pic.3.3.13.jpg

При этом, происходит перераспределение ионов в жидкой среде, в результате чего, на пластинах происходит накапливание положительных и отрицательных ионов. Положительные ионы, при своих столкновениях с пластиной, захватывают из атомов кристаллической решётки пластины электроны, становясь, при этом, нейтральными атомами, которые начинают оседать на самой пластине, в то время, как в самой пластине возникает недостаток электронов. Причём, «бомбардировке» положительными ионами пластина будет подвергаться постоянно и по всей поверхности. Так как, при всём при этом, перепад мерности между двумя пластинами продолжает сохраняться и ионы из жидкой среды, под воздействием этого перепада, приобретают направленное движение. Хаотический процесс столкновений молекул и ионов жидкой среды между собой, приобретает качественно новый характер. Движение ионов и молекул становится направленным. При этом, поведение положительных и отрицательных ионов будет различным под воздействием существующего перепада мерности между пластинами. Горизонтальный перепад мерности создаёт условия, при которых, положительные ионы должны двигаться против перепада, в то время, как отрицательные ионы — вдоль этого перепада мерности. Положительные ионы вынуждены двигаться «против течения», в то время как отрицательные «по течению». В результате этого скорость движения, а следовательно энергия положительных ионов уменьшается, а отрицательных ионов — увеличивается. Ускоренные подобным образом отрицательные ионы, при столкновении с кристаллической решёткой, теряют избыточные электроны, становясь нейтральными атомами. Кристаллическая решётка, при этом, приобретает дополнительные электроны. И если теперь, соединить между собой эти две пластины с разными уровнями собственной мерности посредством провода из совместимого с ними материала, то в последнем (проводе) возникнет, так называемый, постоянный электрический ток — направленное движение электронов от плюса к минусу, где плюс — пластина, имеющая больший уровень собственной мерности, а минус — пластина имеющая меньший уровень собственной мерности. И если продолжить данный анализ, то перепад потенциалов между пластинами есть ни что иное, как перепад уровней собственной мерности кристаллических решёток этих пластин. В результате анализа этого процесса, мы пришли к пониманиюприроды постоянного тока.

Для понимания природы движения электронов в проводнике, необходимо чётко определиться с природой магнитного B и электрического E полей. Природа гравитационного поля любого материального объекта определяется перепадом мерности в зоне неоднородности, в которой произошёл процесс образования данного материального объекта. И в случае образования планеты, изначальной причиной возникновения подобного искривления пространства послужил взрыв сверхновой звезды. Перепад мерности направлен от краёв зоны неоднородности пространства к её центру, чем и объясняется направленность гравитационного поля к центру планеты или любого другого материального объекта. В силу того, что деформация пространства по-разному проявляется внутри зоны неоднородности, происходит синтез атомов разных элементов и, когда данный процесс происходит в масштабе всей планеты, происходит распределение вещества по принципу уровня собственной мерности. Что означает распределение вещества планеты по зонам, где данное вещество максимально стабильно. Это не означает, что атомы с отличными от оптимального значениями собственной мерности не могут синтезироваться в пределах данного объёма с конкретным значением мерности пространства. Это означает только одно, что атомы, имеющие уровень собственной мерности выше уровня мерности объёма пространства в котором произошёл этот синтез, становятся неустойчивыми и вновь распадаются на первичные материи, из которых они сформировались. И чем больше разница между уровнем собственной мерности образовавшегося атома и уровнем мерности пространства, в котором этот синтез произошёл, тем быстрей произойдёт распад этого атома. Именно поэтому происходит естественное перераспределение атомов, а следовательно и вещества внутри зоны неоднородности планеты. Именно поэтому происходит формирование поверхности планеты в том виде, к которому мы привыкли с самого рождения и воспринимаем, как должное. Необходимо иметь в виду, что любой атом имеет некоторый диапазон, в пределах которого он сохраняет свою устойчивость, а это означает, что вещество, образованное из этих атомов, тоже будет устойчиво в пределах этого диапазона. Твёрдая поверхность планеты просто повторяет форму зоны неоднородности пространства, в пределах которой, твёрдое вещество устойчиво, океаны, моря заполняют впадины, и атмосфера окружает всё это. Таким образом атмосфера располагается в верхней границе диапазона устойчивости физически плотного вещества, в то время, как собственно планета, находится в средней и нижней части этого диапазона…

А теперь, давайте вернёмся на уровень микромира и попытаемся понять природу магнитного и электрического полей. Рассмотрим кристаллическую решётку, образованную атомами одного и того же элемента или атомами нескольких элементов (Рис. 3.3.14).

Pic.3.3.14.jpg

В твёрдом веществе соседние атомы смыкаются своими электронными оболочками и образуют жёсткую систему, а это означает, что искривления микропространства, вызванные ядром одного атома, смыкаются с искривлениями микропространства соседнего и т.д. и образуют между собой единую систему искривления микропространства для всех атомов, сомкнувшихся между собой и образующих, так называемые, домены. «Связанные» подобным образом, атомы создают единую систему, состоящую из сотен тысяч миллионов атомов. Все атомы, входящие в эту систему, имеют одинаковый уровень собственной мерности, который, в большинстве случаев, отличается от уровня мерности микропространства, в котором находится эта система атомов. В результате, возникает перепад мерности, направленный против перепада мерности макропространства. Формируется зона взаимодействия между микропространством и макропространством. Встречный перепад мерности подобных систем атомов приводит к компенсации деформации мерности макропространства, в котором происходит синтез физически плотного вещества. При завершении процесса синтеза вещества, в зоне деформации мерности макропространства происходит взаимная нейтрализация — деформация мерности макропространства нейтрализуется встречными деформациями микропространства. Причём, деформация мерности макропространства в физике получило название гравитационного поля, в то время, как встречная деформация микропространства, созданная системой из атомов доменов создаёт, так называемое, магнитное поле домена, на уровне одного домена и магнитное поле планеты, на уровне планеты.

Магнитное поле планеты возникает, как совокупность магнитных полей всех доменов, существующих в физически плотном веществе планеты в целом. Совокупное магнитное поле планеты — на порядки меньше гравитационного поля планеты только по одной простой причине — мириады микроскопических магнитных полей доменов всей планеты ориентированны хаотично друг относительно друга и только незначительная их часть сориентированы параллельно относительно друг друга и сохраняют свою намагниченность, создавая магнитное поле планеты. Причём, домены образованные разными атомами, обладают и разной степенью намагничниченности. Намагниченность определяется способностью данного домена сохранять определённую направленность магнитного поля домена и в физике определяется площадью петли гистерезиса. Максимально свойства намагничивания проявляются у железа, сонастроенность доменов которого в масштабе планеты и формирует в основном магнитное поле планеты. Именно по этой причине аномальные залежи железосодержащих руд создают магнитные аномалии — локальные возмущения магнитного поля планеты в пределах данных аномалий.

Теперь, давайте разберёмся, какое влияние магнитное поле — встречный перепад мерности пространства — оказывает на сами атомы, его порождающие. При наличии магнитного поля, электроны атомов становятся более неустойчивыми, что в значительной степени увеличивает возможность их перехода не только на высшие орбиты одного и того же атома, но и возможность полного распада электрона у одного атома и синтез его у другого. Аналогичные процессы происходят, при поглощении атомом волн; отличие заключается лишь в том, что поглощение волн фотонов происходит каждым атомом в отдельности, в то время, как, под воздействием магнитного поля в возбуждённом состоянии одновременно оказываются миллиарды атомов одновременно, без какого-либо существенного изменения их агрегатного состояния (Рис. 3.3.15).

Pic.3.3.15.jpg

При наличии продольного перепада мерности, называемого постоянным электрическим полем, внешние электроны атомов, ставшие неустойчивыми под воздействием поперечного перепада мерности, называемогопостоянным магнитным полем, начинают распадаться на материи их образующие и, под воздействием продольного перепада мерности, начинают двигаться вдоль кристаллической решётки от большего уровня мерности, называемого плюсом, к меньшему уровню мерности, называемого минусом (Рис. 3.3.16).

Pic.3.3.16.jpg

Продольный поток первичных материй, высвободившихся при распаде внешних электронов одних атомов, попадая в расположение других атомов с меньшим уровнем собственной мерности, вызывает у этих атомов синтез электронов. Другими словами, электроны «исчезают» у одних атомов и «появляются» у других. Причём, это происходит одновременно с миллионами атомов одновременно и в определённом направлении. В так называемом, проводнике возникает постоянный электрический ток — направленное движение электронов от плюса к минусу. Только, в предложенном варианте объяснения, становится предельно ясно, что такое направленное движение, что такое «плюс» и «минус» и, наконец, что такое «электрон». Все эти понятия никогда не объяснялись и принимались, как должное. Только, чтобы быть предельно точным, следует говорить не о «направленном движении электронов от плюса к минусу», а о направленном перераспределении электронов вдоль проводника.

Как стало ясно из вышеизложенного объяснения, электроны не движутся вдоль проводника, они исчезают в одном месте, где уровень собственной мерности атомов становиться критическим для существования внешних электронов и образуются у атомов, у которых выполняются необходимые для этого условия. Происходит дематерилизация электронов в одном месте и материализация их в другом. Подобный процесс происходит в природе постоянно, хаотично и поэтому становится наблюдаемым только в случае управления этим процессом, что и осуществляется при искусственном создании направленного перепада мерности вдоль проводника. Хотелось бы отметить, что причинами проявления, как магнитного поля, так и электрического, являются перепады мерности (градиенты мерности) пространства, которые принципиально не отличаются друг от друга. Как в одном случае, так и в другом это перепад мерности между двумя точками пространства, имеющими, по той или иной причине, разные уровни собственной мерности. Различие в проявлении этих перепадов обусловлено только их пространственной ориентировкой по отношению к кристаллической решётке. Взаимоперпендикулярность двух перепадов мерности относительно, так называемой, оптической оси кристалла, приводит к качественному отличию реакции каждого атома на эти перепады мерности при полной тождественности природы самих перепадов. Анизотропность качественной структуры, как макропространства, так и микропространства приводит к качественно другим реакциям материи, заполняющей эти пространства, как на уровне макропространства, так и на уровне микропространства.

Понимание природы постоянного магнитного и электрического полей и природы их влияния на качественное состояние физически плотной материи позволяет понять и природу переменного электромагнитного поля. Переменное магнитное поле влияет на один и тот же атом по-разному, в разных фазах своего качественного состояния. При нулевой напряжённости переменного магнитного поля, естественно, влияние на качественное состояние атомов кристаллической решётки равно нулю. При прохождении через кристаллическую решётку условно положительной фазы напряжённости переменного магнитного поля, каждый атом начинает терять свои внешние электроны вследствие того, что дополнительное внешнее воздействие перепада мерности влияет на качественное состояние электронных оболочек атомов, не влияя существенно на качественное состояние атомных ядер. В результате этого, некоторые внешние электроны становятся неустойчивыми и распадаются на материи, их образующие. При прохождении условно отрицательной фазы напряжённости переменного магнитного поля наоборот создаются условия для синтеза электронов в зонах деформации микропространства, созданных под воздействием атомных ядер. Поэтому, при прохождении волны переменного магнитного поля через кристаллическую решётку возникает любопытная картина. Если у данного атома или атомов под воздействием магнитного поля внешние электроны стали неустойчивыми и распались на материи их образующие, то у впереди лежащих по оптической оси атома или атомов, та же самая волна создаёт благоприятные условия для синтеза электронов (Рис. 3.3.17)

Pic.3.3.17.jpg

Это создаёт перепад мерности (электрическое поле), смещённый по фазе на π/2 у расположенных впереди по оптической оси атомов, перпендикулярно переменному магнитному полю, вследствие чего, у этих атомов происходит синтез дополнительных электронов (Рис. 3.3.18).

Pic.3.3.18.jpg

Дополнительно синтезированные электроны, в свою очередь, создают перпендикулярно электрическому полю смещённый по фазе на π/2 перепад мерности (магнитное поле). И, как следствие всего этого, по проводнику происходит распространение переменного электрического тока вдоль оптической оси (Рис. 3.3.19). По аналогичному принципу в пространстве распространяются электромагнитные волны.

Pic.3.3.19.jpg

Таким образом, переменное магнитное поле порождает в проводнике переменный электрический ток, который, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле в том же проводнике. При наличии вблизи одного проводника с переменным магнитным полем другого, в последнем возникает так называемый индуцированный электрический ток. И, как следствие, появилась возможность создать генератор электрического тока, в котором вращательное движение турбины преобразуется в переменный электрический ток. Наложение на конкретное микропространство, с конкретными свойствами и качествами внешнего воздействия, в виде перепада (градиента) мерности приводит к тому, что свойства и качества микропространства в зоне наложения изменяются. В силу того, что пространство, как на макроуровне, так и микроуровне — анизотропно, т.е., свойства и качества пространства не одинаковы в разных направлениях, дополнительные внешние перепады мерности, в зависимости от того, в каком из направлений пространства они проявляются, будут вызывать различные реакции физически плотного вещества, заполняющего это пространство. При одной и той же природе перепада мерности, именно анизотропность пространства приводит к тому, что реакция физически плотной материи зависит от того, в каком из пространственных направлений проявляется этот перепад. Именно поэтому природа магнитного и электрического полей — тождественна, как ни парадоксально это звучит. Различие их свойств и качеств определяется именно их пространственными характеристиками. Именно тождественность природы магнитного и электрического полей и создаёт возможность их взаимодействия и взаимоиндуцирования.

Об электрическом поле и неоднородности пространства

 

Физическая природа электрических и магнитных полей

Тема: «Гигиеническая оценка электромагнитных полей радиочастот. Лазерное излучение».

Цель занятия: ознакомить студентов с методами измерения и гигиенической оценки условий труда при действии ЭМП радиочастот, лазерного излучения. Лечебно-профилактическими мероприятиями. Коллективными и индивидуальными средства защиты.

Студент должен знать:

  1. Основные источники электромагнитных излучений. Импульсные и непрерывные ЭМП.

  2. Методы измерений и гигиенической оценки условий труда при ЭМП различной частоты. Единицы измерения.

  3. Биологическое действие ЭМП радиочастот. Особенности действия СВЧ излучений. Клинические проявления воздействия ЭМП на орган зрения.

  4. Лечебно-профилактические мероприятия. Коллективные и индивидуальные средства защиты.

  5. Принципы работы лазеров.

  6. Биологическое воздействие лазерного излучения.

  7. Особенности воздействия на кожу и глаза, как на критические органы.

  8. Санитарное законодательство при работе с лазерными установками.

Студент должен уметь:

  1. Измерять уровни ЭМП (правильно определить точки замеров).

  2. Проводить оценку эффективности ЭМП радиочастот.

  3. Измерять параметры лазерного излучения.

  4. Оформить протоколы замеров параметров ЭМП радиочастот и лазерного излучения. Давать гигиеническое заключение с использованием нормативных документов.

Содержание

  1. Электромагнитные поля радиочастот

    1. Физическая природа электрических и магнитных полей

    2. Международная классификация электромагнитных волн по частотам

    3. Зоны распространения электромагнитного поля вокруг источника

    4. Области использования электромагнитных полей радиочастот

    5. Биологическое действие ЭМП радиочастот

    6. Действие ЭМП радиочастот на ЦНС

    7. Действие ЭМП радиочастот на эндокринную систему

    8. Действие ЭМП радиочастот на систему крови и иммунологические реакции

    9. Действие ЭМП радиочастот на глаза

    10. Клинические проявления воздействия ЭМП радиочастот

    11. Гигиеническое нормирование

    12. Методы исследования ЭМП

    13. Общие требования к проведению контроля ЭМП в производственных условиях

    14. Методы измерения ЭМП

    15. Защитные мероприятия при работе с источниками ЭМП

  2. Лазерное излучение

  1. Действие лазера

  2. Применение лазерного излучения

  3. Биологическое действие лазерного излучения

  4. Нормирование лазерного излучения

  5. Методы защиты от действия лазерного излучения

  1. Тестовый контроль

  2. Эталон ответов

Литература

Контрольные вопросы

  1. 1.Использование электромагнитных полей (ЭМП) в народном хозяйстве.

  2. Основные источники излучений. Импульсные и непрерывные ЭМП.

  3. Классификация ЭМП.

  4. Методы измерений и гигиенической оценки условий труда при ЭМП различной частоты. Единицы измерения.

  5. Биологическое действие ЭМП радиочастот. Особенности действия СВЧ излучений. Клинические проявления воздействия ЭМП на орган зрения.

  6. Комбинированное действие ЭМП радиочастот и других физических факторов (рентгеновского, инфракрасного излучения, высокой температуры и т.д.)

  7. Лечебно-профилактические мероприятия. Коллективные и индивидуальные средства защиты.

  8. Применение лазерного излучения в народном хозяйстве.

  9. Принципы работы лазеров.

  10. Сопутствующие неблагоприятные факторы при работе лазеров.

  11. Биологическое воздействие лазерного излучения.

  12. Особенности воздействия на кожу и глаза, как на критические органы.

  13. Санитарное законодательство при работе с лазерными установками.

  14. Коллективные и индивидуальные средства защиты.

  1. Электромагнитные поля радиочастот

Наряду с широким применением в радиосвязи и радиовещании, радиолокации и радиоастрономии, телевидении и медицине ЭМП используются для различных технологических процессов: индукционного нагрева, термообработки металлов и древесины, сварки пластмасс, создания низкотемпературной плазмы и др.

Электромагнитные поля радиочастотной части спектра подразделяются по длине волны на ряд диапазонов.

Электрические и магнитные поля представляют собой особую форму существования материи.

Электрическое поле есть разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле. Основной характеристикой электрического поля является напряженность Е, единицей измерения которой является В/м (вольт на метр). Различают переменное и постоянное электрические поля. Постоянным электрическим полем (электростатическим полем) называется электрическое поле неподвижных электрических зарядов.

Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды (электрический ток), помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом. Классический опыт со вращением рамки с током, помещенной в магнитное поле, демонстрирует его наличие. Одной из характеристик магнитного поля является напряженность Н, равная отношению величины магнитной индукции к магнитной проницаемости среды: В/ц, где ц=4л-10″7 Гн (Генри). Единицей измерения напряженности магнитного поля является А/м. Понятие напряженности магнитного поля является вспомогательным, вытекает из основного понятия магнитной индукции и используется для того, чтобы получить величину, характеризующую магнитное поле независимо от магнитных свойств конкретной среды (каждая среда имеет свои магнитные свойства, характеризующиеся определенным значением магнитной проницаемости). Основным же понятием, характеризующим силовые свойства магнитного поля, является магнитная индукция В, единицей измерения которой является Тесла (Тл). Постоянное магнитное поле создается постоянным электрическим током или намагниченным телом, переменное магнитное поле создается переменным электрическим током.

Электростатическое и постоянное магнитное поля могут существовать отдельно. Переменные электрические и магнитные поля не существуют обособленно, независимо друг от друга. Изменение в пространстве электрического поля вызывает появление в нем магнитного поля (закон электромагнитной индукции) и наоборот.

Электромагнитными колебаниями называют периодические взаимосвязанные изменения зарядов, токов, напряженностей электрического и магнитного полей. Распространение электромагнитных колебаний в пространстве происходит в виде электромагнитных волн.

1.2 Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Наименование частотного диапазона

Границы диапазона

Наименование волнового диапазона

Границы диапазона

Крайние низкие, КНЧ

3 – 30 Гц

Декамегаметровые

100 – 10 Мм

Сверхнизкие, СНЧ

30 – 300 Гц

Мегаметровые

10 – 1 Мм

Инфранизкие, ИНЧ

0,3 – 3 кГц

Гектокилометровые

1000 – 100 км

Очень низкие, ОНЧ

3 – 30 кГц

Мириаметровые

100 – 10 км

Низкие частоты, НЧ

30 – 300 кГц

Километровые

10 – 1 км

Средние, СЧ

0,3 – 3 МГц

Гектометровые

1 – 0,1 км

Высокие частоты, ВЧ

3 – 30 МГц

Декаметровые

100 – 10 м

Очень высокие, ОВЧ

30 – 300 МГц

Метровые

10 – 1 м

Ультравысокие,УВЧ

0,3 – 3 ГГц

Дециметровые

1 – 0,1 м

Сверхвысокие, СВЧ

3 – 30 ГГц

Сантиметровые

10 – 1 см

Крайне высокие, КВЧ

30 – 300 ГГц

Миллиметровые

10 – 1 мм

Гипервысокие, ГВЧ

300 – 3000 ГГц

Децимиллиметровые

1 – 0,1 мм

Электромагнитное поле характеризуется совокупностью переменных электрического и магнитного составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого – по действию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант.

Природа вихревого электрического поля — FizikatTYT

Объектом изучения электростатики является поле, силовые линии которого начинаются и заканчиваются на неподвижных зарядах. Линии такого поля не могут представлять собой замкнутые кривые, не проходящие ни через один заряд данное поле создающий. В период, когда физика изучала в основном электростатические явления, представить себе поле с иной топологией силовых линий и эквипотенциальных поверхностей было невозможно.  Только с началом исследований в области электродинамики выяснилось, что в природе могут существовать и поля иного типа – так называемые вихревые. Вихревое электрическое поле – это такое поле, силовые линии которого являются замкнутыми кривыми.  Пример такого поля:

Как видим, проекции векторов напряженности на стороны обведенного квадратного контура все направлены по часовой стрелки, А это значит, что интеграл от поля по данному контуру не нулевой.  Не нужно думать, что с подобным явлением мы сталкиваемся лишь в физике электричества.  В гидродинамике и аэродинамике с этим явлением сталкиваются на каждом шагу. Поля направлений скорости текущей жидкости или воздушных потоков очень часто имеют завихрения.  Представьте себе поле скоростей воды вытекающей из ванной – оно имеет именно такой характер.  Вихревые электрические поля имеют следующие особенности:

  • Они не связаны с неким статически распределенным электрическим зарядом, а представляют собой совершенно самостоятельный физический объект. Осмысление этого факта явилось громадным шагом вперед в понимании природы электромагнитного поля.
  • Вихревое электрическое поле не существует отдельно от переменного магнитного поля. Оно индуцируется этим переменным магнитным полем и наоборот.
  • Криволинейный интеграл от вектора напряженности такого поля по замкнутому циклу в общем случае отличен от нуля. Это существенно отличает вихревое поле от электростатического (и вообще любого потенциального поля), криволинейный интеграл от которого по замкнутому циклу всегда равен нулю.
  • Вихревое электрическое поле есть везде, где существуют ускоренно движущиеся заряды. Именно таким движением оно и порождается.

На иллюстрации ниже показана картина электрических вихрей и взаимосвязь их с магнитными полями:

С целью более полного описания данных явлений, был разработан специальный математический аппарат – теория векторного поля.

Практические применения вихрей электричества

Их мы встречаем повсюду. Любое электромеханическое устройство построено на принципе генерации и эксплуатации вихревых токов. Вот простейший генератор тока, схема которого помещается буквально в каждом учебнике физики:

Если рамку начать вращать, то через нее потечет ток.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *