ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

А.П.Саврухин

E-mail: savrukhin@ya.ru. Сайт: http://savrukhin.narod.ru

                                                            Содержание

1. Предисловие.
2. Вакуум
3. Электрон
4. Фотоны
5. Атомы
6. Металлы
7. Свободные заряды
8. Ток
9. Проводник
10. Магнитное поле
11. Поляризация
12. Теплота
13. Вектор Пойнтинга
14. Электромагнитная индукция
15. Сверхпроводимость
16. Электростатика. Электрическая индукция
17. Заключение
18. Библиография
19. Предисловие

            Любой читатель, имеющий среднее образование, легко может проделать опыты по электростатике (а это историческая основа электричества) и убедиться в том, что исход опытов противоречит и теории, и тому, что излагают в учебниках. Поневоле возникает вопрос: а тому ли нас учат? Процесс обучения настолько формализован, что суть физических явлений так и остаётся загадкой. Конечно, система уравнений Максвелла работает, но это лишь благодаря тому, что основана на экспериментах Фарадея. Однако нужно помнить, что эти уважаемые учёные более находились в состоянии обсуждения проблем, нежели в утверждении истинности выводов. Не понимая сущности электрических явлений, создание современных электрофизических установок (автор принимал участие в их разработке) будет затруднительно. Здесь предлагаю читателям для обсуждения свои ответы на следующие ключевые вопросы: 1. Имеются ли свободные заряды в металлах?; 2. Существует ли в металлах ток, как направленное движение зарядов?; 3. Каким образом в многокилометровом проводе равномерно по длине поставляется энергия и как она достигает нагрузки?; 4. Откуда в проводнике с током появляется магнитное поле?

            Наука физика изучает фундаментальные природные явления, а её раздел, электричество, те из них, что определяются взаимодействием зарядов и полей. Поэтому здесь не рассматриваются процессы преобразования различных видов энергии в электрическую (источники) и наоборот (нагрузки). Исходные положения, подробно, с обзором научных направлений и литературой, освещённые в монографиях на сайте автора (http://savrukhin.narod.ru/links.html): по вакууму и зарядам [1, 2], по магнитному полю [3], по электростатике [4], по расчёту сложных цепей [5]. Итак, в данной статье исследуются процессы в металлических проводниках, помещённых в электрическое поле, а именно: выделение тепла, появление магнитного поля, перенос электрического потенциала и электромагнитная индукция. Для упрощения изложения выбраны однородные материалы (чистые элементы) цилиндрической формы и прямолинейные. Источники питания постоянного тока стабилизированы. Внешние влияющие факторы отсутствуют.

Обозначения

Примечания: обозначения применяются и к названию, и к величине параметра

2. Вакуум

            Современная квантовая механика допускает, что физический вакуум может приходить в возбужденное состояние, вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него – вещество. Так, рождение Вселенной из физического вакуума в результате случайной флуктуации может означать ее возникновение из возбужденного вакуума. Вакуум состоит из геометрических ячеек планковских размеров. Все свойства реального мира и сам реальный мир есть не что иное, как проявление геометрии пространства [6]. В системе Планка из фундаментальных физических постоянных − скорости света c, гравитационной постоянной G, постоянной Планка h и диэлектрической проницаемостью e₀ строятся фундаментальные физические масштабы массы M=(hc/2πG)^0.5, длины L=(hG/2πc³)^0.5, времени T=(hG/2πc⁵)^0.5 и заряда Q=(2e₀hc)^0,5 (http://physics.nist.gov/constants), принимаемые за параметры ячеек дискретного вакуума решеточной конструкции. Например, квантовое электромагнитное поле представляют в виде поля гармонических, связанных между собой осцилляторов. Заметим, что e²/Q²=α, поэтому Q принимается за сильный заряд, ответственный за сильное (ядерное) взаимодействие. Осцилляторы определяют сильное поле, а электромагнитное поле является его компонентой и проявляется лишь в частицах. Таковых две – электрон и протон, и возникают они спонтанно из вакуума в связанном виде, как атом водорода. Электрон и протон стабильны, поскольку это первичные узлы возбуждения; остальные элементарные частицы – их временные комбинации. Электрон, как домен, есть устойчивое объединение искажений решётки и, как таковой, обладает суммированными полями Е и Н. Частицы могут бесконтактно взаимодействовать между собой, а это значит, что есть посредник, на роль которого претендует вакуум. То, что называют полем, есть способность вакуума изменять своё состояние в присутствии частиц.

            В чистом вакууме сопротивление движению отсутствует, поскольку параметры узлов предельны и обмен энергией с ними невозможен. Поэтому любое возмущение с тактовой задержкой передаётся следующей ячейке с ограниченной скоростью с. Вакуум не знает инерции, инертность есть свойство частиц, обладающих массой.

            Тела не перемещают эфир и не раздвигают его, они в виде совокупности областей возбуждения «переливаются» по нему. Скорость передачи возмущений ограничена величиной c, так как передача возмущения от узла к узлу совпадает с актом внутренней генерации, определяясь дискретностью пространства – времени.

«…то, что мы называем в настоящее время мировым эфиром и что проникает собой все материальные тела, мы должны считать неподвижным даже внутри самой материи, находящейся в движении» (цит. по [7]). На самом деле, тело не внедрено в вакуум, но оно является областью вакуума, множество ячеек которого, в отличие от чистого вакуума, находятся в состоянии возбуждений. Движение тела или изменение поля есть перемещение возмущений, а не ячеек.

            Эту напряженность образно можно представить как распространение деформаций в упругом теле, а электрическую, магнитную и гравитационную постоянные как характеристики упругости вакуума.

            “Природа хранит во вселенной бесконечную энергию. Вечный приемник и передатчик этой бесконечной энергии — эфир. Признание существования эфира, а также функций, которые он выполняет — вот один из важнейших результатов современных научных исследований.” “В среде со свойствами эфира мы не можем вызвать напряжение или произвести какое-либо перемещение или движение без того, чтобы не вызвать в окружающей среде равнозначное и противоположное действие. Но, если есть такая сущность как электричество, то она может существовать только одна, и еще, возможно, ее избыток или недостаток; но более вероятно, что положительный и отрицательный признаки определяет ее состояние.” Н. Тесла (цит. по [8]).

            Если поместить источник ЭДС в пустоту, мы будем иметь только две точки с разными потенциалами. Иное дело, если это происходит в среде, называемой вакуумом. Эта среда поляризуется, создавая тем самым собственное поле так, что на клеммах источника образуются потенциалы, равные потенциалам источника. При этом все точки всей области приобретают соответствующие потенциалы, что и трактуется нами как электрическое поле.

3. Электрон

            Энергия Е_э электрического поля электрона определяется [1] как энергия сферы радиуса r_э, обладающая зарядом e: Е_э=e²/8pe₀r_э. Энергия Е₀=m_ec² равна энергии фотона с длиной волны l₀: Е₀=hc/l₀=2e₀hc2p/4pe₀l₀=Q²/4pe₀(l₀/2p). Но r_э=l₀/2p, поэтому Е_э/Е₀=0.5a: электрическая компонента энергии в 274 раза меньше полной энергии. Магнитная компонента Е_м энергии электрона также равна 0.5Е₀a, и, вместе с электрической, составят величину Е₀a=3.73 кэВ. Оставшаяся часть есть энергия сильного взаимодействия. Атом водорода будет устойчив, если сила притяжения по электрическому полю     e²/r_а²,   (r_а - радиус атома)   будет уравновешена отталкиванием по сильному полю Q²R/r_а³ (R - искомый параметр). Имеем в виду, что устойчивое состояние обеспечивается только в случае, если радиус атома входит в разных степенях: при сближении быстрее нарастает отталкивание, а при удалении - притяжение. По Ломоносову, главное - отталкивание. В противном случае, не существовали бы планетные системы; также молекулы и атомы, как системы.

           Из равенства e²/r_а²= Q²R/r_а³   найдём   R =a ^.r_а . Если примем в качестве параметра радиус     r_э (R= r_э=3.86×10^{-13 м),}   то     r_а = R/a=5.29×10^{-11 м} (размер атома около ангстрема).   Энергия   связи,   за вычетом магнитной,   равна U= e²/8pe₀r_a=ae²/8pe₀r_э=aЕ_э =0.5a²Е₀ =E_R,     т.е энергии   ионизации атома водорода. В свою очередь, энергия Ридберга E_R=Ua=0.5Е₀a², то есть в 137 раз меньше уже электрической компоненты полной энергии электрона. Электрические и магнитные заряды по отдельности, в изоляции друг от друга, в Природе не существуют [9]

            Все частицы способны при аннигиляции обратиться в фотоны. И ещё не известно, что первичнее, поскольку известны обратные реакции - фоторождение частиц. Явление аннигиляции заключается в образовании двух фотонов из частицы и античастицы; ему обратно явление фоторождения пары частиц из двух фотонов. Фотон не имеет массы покоя и перемещается со скоростью света с. Следовательно, фотоны и частицы имеют одну природу, полевую, но отличаются компоновкой. Масса частицы, в таком случае, это не мера количества вещества, а мера инертности, т.е. количества энергии, потребной на изменение скорости частицы. Аннигиляция электрона и позитрона возможна потому, что энергии ЭП и МП равны. Частица, которую здесь рассматриваем как сферу, несущую заряд, непременно взорвалась бы из-за взаимного отталкивания её частей.

            Нет никакой «вещественной, материальной, действительной» частицы, которая обладает зарядом. Заряд это условное обозначение места схождения силовых линий поля. Само же это поле есть не что иное, как неоднородности физического вакуума.

            Стабильных частиц всего две: электрон и протон. Их электрические заряды равны по величине, но отличаются знаками. Заряд электрона является квантом заряда e и потока электрической индукции Ф₀^e=e, а его магнитный поток - квантом потока магнитной индукции Ф₀^m   =h/2e. Поэтому электрон и протон являются единственно источниками электрического и магнитного полей. Вокруг электрона существуют электрический поток и магнитный поток. Подобно тому, как вводится электрическое поле через заряды, должно вводиться магнитное поле через ММ элементарных частиц.

            Квант это неделимая величина, являющаяся минимальной количественной характеристикой исследуемого явления. Существование кванта электрического потока и кванта магнитного потока вытекает из обобщения экспериментальных фактов: всегда наблюдаются только дискретные потоки. Согласно современным представлениям, все поля имеют квантовую природу.

            Слабое взаимодействие на 10 порядков меньшей интенсивности, гравитационное - на 20, поэтому здесь ими пренебрегаем. Размеры: атом 10^{-10 м, протон 10-15}м, электрон 10^-12м. Разница объёмов атома и электрона порядка 10⁶, таким образом, вакуум фактически заполняет пространство атома, хотя и в слегка возбуждённом состоянии.

            Химические элементы имеют предел сжимаемости, когда рост давления больше уже не сопровождается уменьшением объема тела. Противостоят давлению атомные силы (сильное взаимодействие). Атом можно "раздевать", удаляя электроны один за другим (энергия ионизации). Значит, электрическое взаимодействие притяжения е^- и р⁺ слабее атомного. Это и есть условие существования атома: силы расталкивания растут

сильнее при сжатии и падают сильнее при растяжении атома.

            Учтём, что ММ протонов на 3 порядка меньше ММ электронов, поэтому ими пренебрегают. Таким образом, общий ММ атома равен векторной сумме орбитальных и спиновых ММ входящих в атом электронов. Кроме того, пары взаимно противоположны по спинам, поэтому при четном числе будет нуль, иначе - близко к спину одного электрона.

4. Фотоны

            Фотон это элементарный электромагнитный поток, состоящий из кванта электрического потока и кванта магнитного потока, произведение которых представляет коэффициент пропорциональности, постоянная Планка: h = 2e Ф₀^m = 6.626·10^-34 Кл·Вб, где e - квант электрического потока (квант количества электричества) 1.602·10^-19 Кл, Ф₀^m =h/2e - квант магнитного потока 2.068·10^-15 Вб. Энергия кванта электромагнитного потока излучения (фотона): W = 2e Ф₀^m ν, где ν – частота. Фотоны, представляя электромагнитные волны, состоят из электрических и магнитных потоков. Поэтому квантами электромагнитного поля являются квант электрического потока и квант магнитного потока, а уже из них состоит квант электромагнитного потока излучения - фотон.             В жёстком кристалле электроны не толкаются, а проворачиваются под действием поля, а их пересечения с соседями «высекают» фотоны. Бесчисленное множество частот делает сомнительными электромагнитные волны, но не фотоны.

5. Атомы

            ММ протона меньше, чем ММ электрона в 658 раз, а ММ нейтрона – в 960 раз. ММ протонов и нейтронов значительно меньше ММ электронов, поэтому можно считать, что магнитные свойства атома определяются в основном магнитными свойствами его электронной оболочки. Так обстоит дело в случае изолированного атома. В случае же твердого тела, представляющего собой коллектив огромного количества атомов, ММ каждого из них определяется не только частицами, принадлежащими данному атому, но и их взаимодействием с частицами соседних атомов.

            Заряд изменяет свойства и параметры пространства, тем самым создаёт градиент. Электрон движется не к заряду, т.к. не "знает" его местоположения, а по градиенту. При этом он деформируется в таком пространстве, изменяется направление ММ (это поворот) и продвигается в сторону понижения "давления" среды.

6. Металлы

            Металлы в твёрдом состоянии имеют атомно-кристаллическую структуру; обладают высокой тепло- и электропроводностью. Большинство металлов имеют кубическую решётку, что соответствует наиболее плотной упаковке атомов. Температурная зависимость удельного сопротивления r=r₀₍1+аТ)_, где типичное значение а=4•10^-3К^-1, r₀ - предельное значение при низких температурах, а - температурный коэффициент сопротивления. Считается, что это результат тепловых колебаний решётки.

            Рис. 1. Проводимость металлов и отношение плотности к атомному весу.

Треугольники – проводимость металла   s, 10⁸ См^-1•м^-1 ; лесенка – положение элемента по периодам 2 – 6 периодической системы; кружки – отношение плотности к атомному весу g/М,10³ кг/м³•аем

            На рис.1 дана сравнительная характеристика 47 металлов. Наблюдается некоторая корреляция проводимости и плотности на единицу атомного веса. Выделяются элементы Cu, Ag, Au с высокой проводимостью s, и Y, Hg, Bi - с низкой.

            На рис.2 изображена зависимость удельного электрического сопротивления ρ от валентности. Среднее геометрическое для всех металлов 10.478, для одно-, двух- и более валентных   6.72, 13.075, 13.393 10^-8 Ом•м соответственно. В пределах 15 номеров различие одно- и двухвалентных металлов невелико.

            На графиках хорошо видно, что наилучшей проводимостью обладают одновалентные и двухвалентные металлы, что объясняется их более высокой реактивностью. Это значит, что s в большей степени определяется электронами диполей. Чем больше заполнены предыдущие оболочки, тем сильнее нейтрализована связь с ядром; чем больше заполнена внешняя оболочка, тем труднее образовать диполь.

            Энергия для этого поставляется источником, а при схлопывании, ликвидации диполя, энергия выделяется безвозвратно в виде излучения. Этими диполями и являются атомы.

Рис. 3. Расположение электронов (знак минус) и остовов атомов (знак плюс).

            (слева – в отсутствии ЭП, справа – в присутствии ЭП)

            Совсем не обязательно предполагать перемещение атомов, достаточно скольжения электронов, на что требуются минимальные затраты энергии, поэтому металлы поляризуются даже при ничтожных ЭП. Всякий такой разворот, особенно сопровождающийся столкновениями с соседними, сопровождается излучением.

            В проводнике сосуществуют два поля: заданное извне (вакуумное, непрерывное) и противоположное ему поляризационное, состоящее из полей диполей. В СП они скомпенсированы, и E=0. На них также накладываются поля, вызванные температурными флуктуациями. Если к источнику с разностью потенциалов U подсоединены последовательно включённые СП и обычный проводник, то всё напряжение U будет приложено к нему. Таким образом, СП просто переносит потенциал к проводнику.

В металлах отношение удельных сопротивлений при Т=273 К и при Т=4.2 К равны:

            Напряжение на проводнике отличается от нуля на величину потерь от деполяризации, вызванной температурными флуктуациями. При больших напряжениях тепловой поток из проводника превышает работу по деполяризации за счёт нагрева извне. В данном случае работает закон Рэлея-Джинса. Исходно, проводник находится в равновесном состоянии с окружающей средой из-за равенства температур. При включении первоначально происходит переориентация ММ и диполей, что учитывается как зарядка ёмкости до энергии 0.5CU² и энергии магнитного поля 0.5Li². Также резко падает Е, также и U, если бы источник не был стабилизированным. Смогут ли приверженцы гипотезы свободных электронов объяснить пару физических эффектов? 1. Магнитоупругий (Виллари) эффект: изменение намагниченности металла под действием механических деформаций. 2. Магниторезистивный эффект: изменение проводимости под действием внешнего магнитного поля [10]. В металлах ε есть величина неопределённая. К вопросу об уровне ε в металлах через 30 лет вернулся Павел Александрович Флоренский. Его исследование всесторонне аргументировано и приводит к выводу, что в металлах 1 <ε < ∞ [11]. Электрон и протон имеют МП, никто больше, поэтому и родиться МП неоткуда. Конкретно: кусок сверхпроводника обладает МП, не имея токов. В лучевой трубке электрический ток есть. Движение электронов во внешнем ЭП ориентирует ММ электронов (в массе они скомпенсированы), и мы фиксируем МП. у частиц.

7. Свободные заряды

            В меди, например, плотность энергии при нагреве от 0 К до 300 К составят около 6.14×10² Дж/см³. При энергии ионизации атома меди 7.72 эВ и плотности атомов 8.5×10²²1/см³, потребуется энергия с плотностью 1.05×10⁵ Дж/см³, т.е. в 170 раз большая (температура 5.1×10⁴ К). Сверхпроводимость это состояние, когда поступающие извне импульсы не превышают порога, кванта действия h. Феномен сверхпроводимости исключает возможность существования свободных электронов.

            С другой стороны, энергии ионизации 7.72 эВ соответствует температура 8.9×10⁴ К, характерная для плазмы. Если проводник охлаждают, то и количество свободных электронов должно падать. В действительности, наоборот, проводимость растёт. Гипотеза о свободных электронах не согласуется и с тем фактом, что длина волны электрона на два порядка меньше размеров атома.

            Делаем заключение: при нормальных условиях, тем более при температурах сверхпроводимости, свободных электронов нет, как нет и тока переноса зарядов, который не измерен, поскольку при помощи амперметра измеряют не ток, а магнитное поле. В самом деле, в литературе указывается, что скорость перемещения электронов при наличии тока составляет несколько мм/с, что объясняется столкновениями с атомами. Но, в таком случае, это движение хаотично, а это означает, что, при данном токе и разных температурах, магнитное поле будет различным, что противоречит практике.

            Опыты по электростатике также доказывают отсутствие переноса электрических зарядов, тем самым, исключая наличие "свободных зарядов". То же самое относится к опытам по высокотемпературной СП.          

            Однако существуют основания утверждать, что электрический ток проводимости не есть движение свободных электронов в некоторых твердых и жидких телах, а является процессом передачи электрической энергии посредством электромагнитных движений бесструктурной невещественной материи (по-старому, эфира) вдоль поляризованных атомных или молекулярных структур токопроводящего вещества и что сверхпроводимости электричества сверхтекучими спаренными электронами не существует [12].

...роковая ошибка физиков – модель свободных электронов. Именно эта модель лежит в основе множества теорий, и сегодня мы имеем физику неупорядоченного состояния [13].

            Опровержением теории Друде - Лоренца является реально наблюдаемая низкая температура металла = окружающей среде, например 27°С = 300°К и высокая, порядка 10000°К, расчетная температура "электронного газа" в том же куске металла. Однако любому думающему человеку понятно, что электронный газ отдал бы свою температуру мгновенно атомам металла. Да и вообще ее можно было бы измерить. Однако реальность показывает, что такие Друде-Лоренцевские расчеты не имеют никакого подтверждения на практике, а значит их теория ошибочна [14].

8. ТОК

1.Имеем линию передачи электрической энергии: длина линии 100 км, напряжение источника 1 МВ, энергия источника 100 МВт, потери в проводах 10 МВт, длина нагрузки 100 м. Таблица по результатам расчётов:

            Общая напряжённость ЭП 10 В/м. Как видно, в проводнике, как результат поляризации, напряжённость поля в 10 раз меньше общей, т.е. заданной в вакууме; а в нагрузке больше в 900 раз.

2. Влияние индуктивности L и `ёмкости C

L=m₀l{ln(2l/r) – 0.75}0.5p^-1, C=2pe₀l/ ln(2l/r) . Пусть длина проводника l=1 м, радиус r = 10^-3м,

напряжение U=100 В, ток I=1 А. Получим: C=7.3·10^-12Ф, L=13.7·10^-7Гн. Энергия ЭП 0,5CU²=3,65·10^-8Дж, и МП 0.5LI²= 6,85·10^-3 Дж. Мощность P=U·I=100 Дж/с. Потрачена эта энергия на начальную ориентацию атомов и организацию ММ электронов. Как видно, на постоянном токе во время переходного процесса установления рабочего режима (сотые доли секунды), единичные затраты энергии малы. На переменном токе влияние реактивных элементов цепи приводит лишь к сдвигу фазы тока относительно фазы напряжения.

3. Постоянство тока

            Пусть электрическая цепь содержит последовательно соединённые два резистора с сопротивлениями R1 и R2 , напряжение источника   U. Ток в R 1 будет I1, а в   R2 будет I2 при напряжениях U1 и U2. Из законов сохранения следует: P=I1^2·R1 + I2^2·R2; U=U1 + U2= I1·R1 + I2·R2. Решение: I1= I2= I=U/( R1 + R2). Вывод: в последовательной цепи, содержащей несколько элементов, существует одинаковый ток в любом сечении.

4. Основные формулы

Вектор Пойнтинга П=Е·Н·S ; S=2prl; H=I/2pr; R=rl/s; I=U/R; j=I/s=E/r; P=U· I=I²·R=U²/R; P_V=P/V=E²/r=j·E; I=U/R=E·s/r= Ф_E/r; Ф_E= E·s, индукция МП B=m₀mH, полный внутренний магнитный поток Ф_Н=m₀ mI/4p=0.5m₀ mH. Трактовка терминов: ток есть мощность, приходящаяся на единицу разности потенциалов I=P/U; ток есть поток вектора напряжённости ЭП с эмпирическим коэффициентом s: I= Ф_E s, или I= Ф_E/r,  что означает удельный поток во всей цепи. Оставим распространённый термин ТОК, но в данной трактовке.

5. Электрический ток в металлах.

            Поскольку в металлах нет свободных зарядов, определение тока в них, как направленное движение зарядов, неприемлемо. Ток может быть определён как I=U/R=E·s·s, поток напряжённости электрического поля E·s с коэффициентом s. С другой стороны, ток I=P/U, определяет мощность теплового потока, приходящаяся на единицу разности потенциалов. Таким образом, P=U·I=U·E·s/ρ, т.е. мощность пропорциональна напряжению и потоку напряжённости с коэффициентом ρ. Размерность тока А кулон в секунду означает не перенос заряда, а его эквивалент, поток напряжённости.

            Единственным, неизменным и безусловно всегда наблюдаемым признаком тока является его магнитный поток самоиндукции. Представить себе электрический ток, не связанный с магнитным потоком, мы абсолютно не в состоянии [15].

Несколько ссылок в дополнение.

            Если проводник подключить к источнику, со скоростью света в нём возникнет продольное электрическое поле напряжённостью Е. Не имеющее свободных зарядов вещество проводника поляризуется так, что ММ атомов образуют поперечное магнитное поле Н. В этом отличие от диэлектриков. Вектор Умова-Пойнтинга Р=Е•Н направится внутрь проводника, и это та энергия, что нагревает проводник по всей длине одновременно. Если сначала в разрыв вставить сверхпроводник и подключить к источнику, процесс повторится. Теперь понизим температуру ниже критической. В сверхпроводнике поле Н останется замороженным, а Е=0, поэтому в этом отрезке цепи нет теплового потока. В нашем случае речь идёт о токах проводимости, тех, что имеют место в металлах. А именно, энергия переносится электромагнитным полем по вакууму, а проводник есть направляющая. Тока нет, но МП возникает как эффект поляризации.

ТОК

1. В СП нет тока по определению, т.к. напряжение на нем равно нулю.
2. В цепи из проводника и СП также не должно быть тока. Это значит, что нет тока и в проводнике.
3. Ток не измеряется, так как амперметры измеряют МП, а не ток.
4. МП не указывает на существование тока, а есть следствие поляризации.
5. СП выполняет функцию постоянного магнита, а также соединителя.
6. Распространение звука есть последовательное возбуждение частиц среды, которые совершают колебательное движение, но не перемещаются, не меняют местоположение. Так же передается поле Е или Н по вакууму, как возмущение составляющих его элементов.
7. При малых внешних возмущениях (низкие температуры) поле атома компенсирует поле Е: электрон внешней оболочки смещается в направлении более высокого потенциала против поля Е, последствием чего является деформация атома, а также ориентация ММ электрона перпендикулярно полю Е, что, в свою очередь, создает МП. Собственное поле атома столь велико, что поле, задаваемое источником Т< Т_к полностью компенсируется реакцией атома, т.е. полем диполя. Сколько бы ни поднимали ЭДС, U_СП =0. Однако, при этом растет МП. Пределом будет критическая величина Н и разрушение СП.

Энергия

            На проводнике зададим от источника напряжение U. Если он однородный, то величина поля Е=U/l. Пусть окружающая температура равна Т. Эффекты: 1. Поляризация и разворот диполей создает поле Е1 обратного знака. 2. Нагрев создает колебательные, хаотические движения атомов (диполей) поле Е2. 3. Появляется магнитное поле Н. 4. Дополнительный нагрев проводника.

            Когда скачком повышается напряжение на отрезке проводника, поле Е распространяется со скоростью с по вакууму, но скорость роста Н ограничена индуктивностью проводника, а именно, временем накопления энергии, потребной на изменение состояния атомов проводника. Вот почему поле Н растет одновременно по всей длине проводника, т.е. энергия подается практически одновременно во все участки цепи, а не растекается по ней.

            В сложной электрической цепи в статике расход энергии на нагрев будет различным по участкам. Подобно этому, если в большом трубопроводе равное давление по всей длине обеспечивает насос, то расход воды будет определяться только диаметром отверстий в нем.

9. Проводник

            В проводнике сосуществуют два поля: заданное извне (вакуумное, непрерывное) и противоположное ему поляризационное, состоящее из полей диполей. На них также накладываются поля, вызванные температурными флуктуациями. Если к источнику с разностью потенциалов U подсоединены последовательно включённые СП и обычный проводник, то всё напряжение U будет приложено к нему. Таким образом, СП просто переносит потенциал к проводнику.

Распределение энергии по однородному проводнику

       Электрическое поле распределяется равномерно по вакууму независимо от материала проводника, Е=U/l=const, также равномерно распределяется вырабатываемое тепло. Насколько Е снижается реакцией материала, настолько компенсируется стабилизированным источником, поскольку обратная связь осуществляется со скоростью, близкой к с. Нет таких потоков, которые насыщали бы вакуум. Начальный переходный процесс занимает время, меньшее сотых долей секунды; он заключается в зарядке ёмкости С проводника (запасается энергия СU²/2) и накоплении энергии магнитного поля LI²/2. В стационарном состоянии расходы энергии в этом направлении не имеют места. В дальнейшем, мощность излучения (или иного вида теплопередачи) равна вырабатываемой в проводнике. Рассмотрим крайние случаи. 1. При полной теплоизоляции вырабатываемое тепло сохраняется, растут температура и сопротивление, а ток и мощность падают. Тогда: либо температура превысит температуру плавления, что приведёт к разрушению проводника (плавкая вставка); либо ток станет ничтожным в случае утечки тепла (термостат). 2. Идеальный теплоотвод, температура ниже критической, переход в состояние сверхпроводимости. Перенос энергии без тока.    

         Электрическое сопротивление проводника R=U²/P это параметр, определяющий величину квадрата разности потенциалов, потребную для образования единицы мощности теплового потока в нём. Для цилиндрического проводника R=ρl/s где    ρ - параметр металла, удельное сопротивление, зависящее от температуры ρ=f(T )практически линейно.

            Проводник это полепровод, а в вакууме поля рассеиваются, т.к. распределение снижает его плотность. Проводник не переносит энергию, но переносит потенциал к началу нагрузки. Имеем один проводник, U жёстко задано. Напряжённость по вакууму равна Е . Поляризационное поле Еп снижает напряжённость, растут ток и мощность, также и тепловой поток вовне. Растёт температура, а с ней и сопротивление проводника до тех пор, пока не наступит равновесие. Если проводник полностью теплоизолирован, то процесс быстро устанавливается, но только если напряжение не превышает температуры плавления проводника.

            Кристаллическая структура, свойственная металлам, это равновесное состояние системы атомов, соответствующая минимуму потенциальной энергии. При выведении этой системы из положения равновесия, в кристалле возникают сложные колебания. Атомы жёстко закреплены и не смещаются в пределах температуры до плавления. Если проводник изготовлен в виде тонкой фольги и активно охлаждается, то температура стабилизируется, а с ней и ток. Если проводник идеально теплоизолирован, то, вследствие повышения температуры, будет расти удельное сопротивление и падать ток. Достаточно мощный источник приведёт к расплавлению и испарению проводника, например, предохранителя.   1.Поля Е и Н распространяются в вакууме без потерь, но от клемм во все стороны рассеиваясь. Проводник же выполняет функцию коллектора, собирая силовые линии за счёт того, что процесс поляризации ослабляет поле, как бы снижая давление среды. Атомы образуют необходимую среду своей подвижностью, реактивностью.

            2.Благодаря взаимодействию поля Е и поля, образованного в атоме между электроном наружной оболочки и остальной частою (остовом), соскальзывание электрона создаёт подобие диполя. Основа сильно снижает связь электрона с ядром по ЭП, но слабо по сильному полю. Поэтому потенциал ионизации атома намного меньше, чем удаление каждого последующего электрона. Однако он достаточно велик, чтобы не ионизироваться под действием температуры ниже Т плавления. Столкновение таких электронов с электронами соседних атомов приводит к образованию фотонов, что и приводит к формированию теплового потока, излучения в окружающую среду, а также разогреву проводника. Восполнение уносимой энергии не наблюдается потому, что скорость восстановления значительно превышает скорость теплового потока, поэтому поток Ф_E стабилен.

3. Следовательно, атом может: а. уподобиться диполю, б. легко может, под действием даже слабых ЭП, сместить электрон по орбите.

            4.Проводник используется как преобразователь электрической энергии в тепло, исполнителями служат атомы металлов.

            5.Поскольку ток I общий в многозвенной цепи, распределение напряжений U=U1+U2+… по звеньям происходит автоматически I=U1/R1=U2/R2…

            6.Только в вакууме, не имеющим зарядов (divE=0 и divH=0), отсутствуют токи. Проводник есть вакуум с внедрёнными зарядами.

            7.Уместно ввести здесь такой параметр, как реактивность, быстрая ответная реакция, заключающаяся в полной компенсации задаваемого извне поля. По мере заполнения оболочки её реактивность снижается (следовательно, требуется увеличивать поле Е, чтобы поддерживать прежний уровень магнитного поля Н), а s падает благодаря взаимодействию электронов оболочки. Например, в группе Au-Pb параметры диамагнетиков с чётным числом электронов ниже, чем с нечётным. Это значит, что ММ пары электронов могут быть направлены противоположно.

Передача энергии

8. Представим себе наклонную плоскость, по которой с трением спускается тело. Трение образует тепловой поток, уносящий энергию, запасённую, в гравитационном поле. В действительности, когда тело поднимали, была произведена работа (увеличен гравитационный потенциал поля) над телом, что сказывается на его состоянии (например, меняется конфигурация и плотность тела). Нечто подобное имеет место при взаимодействии небесных тел, например, геоидная форма Земли и лунные приливы. Так образуются диполи из атомов: поле работает не само, а через тело. Точно также и атомы проводника погружены в электрическое поле.

            9.Энергия взаимодействия двух электронов по гравитационному полю 5.5•10^-52Дж, а по электрическому 2.3•10^-18Дж, вот насколько плотность энергии электрического поля превышает плотность энергии гравитационного поля. Не удивительно, что проводники передают столь большие мощности.

10. Магнитное поле

            В постоянном магните наблюдается замороженное состояние крупных групп атомов (доменов), в которых, как и в СП, ММ однонаправлены. Ряд металлов (ферромагнетики) усиливает внешнее МП согласной ориентацией с ним своих ММ, однако это не приводит к образованию согласно ориентированных диполей, ибо в атоме магнитные связи существенно слабее электрических, что обусловлено малым ММ протонов.

Поэтому в статике МП не генерирует ЭП в проводнике.

            Нарушить намагниченность можно ударом или нагревом до температуры выше точки Кюри. МП возникает также вокруг проводника с током. В нём имеет место поляризация, сопровождающаяся согласным расположением ММ атомов. Но этот процесс не статичен, поскольку на поддержание МП требуется постоянный расход энергии источника. В СП поле замораживается так же, как в постоянном магните, поэтому затрат энергии не требуется. Существующее же в подключённых к источникам ЭДС проводниках МП требует постоянных затрат энергии.

            Природными источниками МП являются только электроны и протоны. МП атома формируется из МП частиц, МП металла - из МП атомов. Движение заряженных частиц не порождает МП, а выявляет, выстраивает уже имеющиеся у них ММ. Поэтому сомнительны объяснения физических явлений, содержащих токи, не учитывающие поляризацию металлов. МП не формируется, а есть неотъемлемое свойство частиц. Это первозданное, исходное. Возьмите несколько магнитиков и смотрите, как они сцепляются. Так образуются домены, согласованные группы атомов, ибо атомы ферромагнетиков имеют магнитные моменты. Устоялось мнение, что МП не может быть получено отдельно и независимо от электрического тока. Это заблуждение. Электрон обладает МП, поэтому ведёт себя как постоянный магнит. Если его поместить в однородное МП, он развернётся по силовым линиям внешнего МП, но останется на месте. В неоднородном МП он движется в направлении нарастания напряжённости. Будучи, в этом смысле, осесимметричным, при наличии скорости электроны синхронно разворачиваются по направлению движения, и их совокупное МП и обнаруживает наблюдатель. ММ электронов и нуклонов сильно различаются, поэтому при вращении тела намагничиваются. Ферромагнетики "замораживают" МП, поэтому после остановки МП сохраняется. Так можно намагнитить простым ударом. На этом же основаны "парадоксы" многочисленных опытов с вращающимися дисками из разных материалов. Магнитное поле проходит через Cu, Al, дерево, пластмассу, стекло и т.д. без заметных изменений H. Снижает на 10 % сталь магнитная (пластина толщиной 2 мм). Любое поле по вакууму должно проходить через любой материал. Если не так, то это значит, что вещество активно реагирует и вносит изменения как активированный источник какого-либо поля. В стороне остается вопрос, как взаимодействие между магнитными полями передается собственно заряженной частице [16]. Эта идея принадлежит Максвеллу:

            «По нашей теории она (энергия ) находится в электромагнитном поле, в пространстве, окружающем наэлектризованные и намагниченные тела, а также и в этих самых телах и проявляется в двух различных формах, которые могут быть описаны без гипотез как магнитная поляризация и электрическая поляризация» [17].

            Циркуляция вектора магнитной индукции равна электрическому току, пресекающему контур, умноженному на магнитную постоянную, и линейно зависит от расстояния до оси. Значение индукции поля на поверхности цилиндра, где индукция поля максимальна:  

B=m₀ m/2pr, где r - радиус, а   H= I/2pr. Распределение магнитного поля вне цилиндра не зависит от распределения плотности тока внутри цилиндра при осевой симметрии; оно обратно пропорционально расстоянию от поверхности B=m₀.mI/2pr₁ [18] , где r₁ >r. Ток есть поток вектора напряжённости ЭП с эмпирическим коэффициентом s: I= Ф_E s, или I= Ф_E/r.                             

Полный внутренний магнитный поток Ф_Н=m₀ mI/4p=0.5m₀ mH. Поскольку I= Ф_НК ( К=4p/m₀ m - постоянная, т.к. лучшие проводники диамагнитны m »1) то ток также и поток вектора напряжённости МП. Отсюда E/H=2r/r, что означает жёсткую связь электрических и магнитных свойств электрона. Движение заряженных частиц не порождает МП, а выявляет уже имеющееся у них. Иначе: наличие магнитного поля не есть обязательный признак наличия тока.

11. Поляризация

Степень поляризации.

1.ЭП кажется непрерывным, т.к. его ячейки крайне малы. В металле оно задано источником. Реакция материала состоит в поляризации, образовании квазидиполей (не разделении, зарядов, а всего лишь смещения центров полей отрицательных и положительных зарядов) крупных объектов размером порядка атомных. Поля их направлены противоположно возбуждающим, но не гасящие, ибо реакция не способна уничтожать свою причину, уничтожив тем самым саму себя. Исключением является СП, в котором Е=0.

2. Сосуществуют два поля, а наблюдатель воспринимают их разницу.

3.Электрическое поле напряжённости Е определяется вакуумом и не зависит от того, имеется ли проводник.1. Е вакуума, 2. Еп поляризационное, 3. Ет тепловое. Е принудительное и однородное, реакция Еп дробное из диполей, не может перекрыть причину; но полностью компенсирует в СП, т.к. нет Ет. Главное: раз Е сохраняется, значит Еп=Ет.

4.Материальные среды по отношению к внешнему электрическому полю делятся на диэлектрики, слабо его ослабляющие, и проводники, сильно ослабляющие. Токопроводящие среды имеют свободные, не привязанные к атомам заряды: в электролитах — ионы, в плазме — и электроны, и ионы. Таковые здесь не рассматриваются. Диэлектрики и металлы не имеют разрушенных атомов, поэтому в них нет свободных перемещаться зарядов и, соответственно, токов. В диэлектриках относительная диэлектрическая проницаемость ε не превышает величину порядка нескольких тысяч, а в металлах она на много порядков выше ε→∞, что определяется высокой реактивностью материала.

5.Всякое действие вызывает противодействие. Любой материал пластинки состоит из элементарных частиц, в сумме представляющих собой настолько ничтожную по объёму часть тела, что электрическое поле, распространяющееся по вакууму, проходит через пластинку без изменений. Однако, как следствие поляризации материала, в нём образуется встречное поле, и наблюдатель фиксирует разность напряжённостей двух полей, что трактуется как ослабление внешнего поля. Для электростатических явлений поле внутри металла равно нулю.

6.Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов. Связанные заряды создают электрическое поле, которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика. В результате полное электрическое поле внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше внешнего поля Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

7.Электрон обладает магнитным моментом, поэтому он не симметричен. Внешнее ускоряющее поле разворачивает все электроны, и их МП суммируются. 6. Атом не однородный кисель, ядро и электроны не сливаются. Внешнее электрическое поле растягивает центры с положительным зарядом и отрицательным. Одновременно с этим происходит поворот атома.

8.Весь проводник поэтому есть область измененного вакуума с особыми свойствами (параметрами). Если между парами + и - вставить его, то поле Е сжимается, втягиваясь в эту область. Потому, что поляризация снижает Е▶0 относительно внешнего поля. В основном, поле будет сосредоточено в проводнике. Е =U/l, распространяясь со скоростью с при любых изменениях в среде. Его уравновешивают 2 поля: Е₁ как результат поляризации и Е₂ - омические потери. При заданной извне температуре колебания атомов и электронов в полях Е₁ и Н.

9.Е принудительно стабилизирует Е₁ +Е₂.

10.Поляризуемость металла определяется величиной его эффективной диэлектрической проницаемостью ε [10]. В сверхпроводниках она на верхнем пределе, поскольку разность потенциалов на их концах равна нулю. Соответственно, имеется аналогия между электрическим полем постоянного тока в проводнике и электростатическим полем в диэлектрике. Так, аналогом вектора плотности тока проводимости j является вектор электрического смещения D, аналогом удельной проводимости s - абсолютная диэлектрическая проницаемость, аналогом тока I - поток вектора электрического смещения; аналогом заряда в электростатическом поле являются стоки сторонних электрических токов [21]. Поэтому в линиях электропередачи стремятся повышать напряжение, а не ток; увеличивать поток за счёт напряжённости электрического, а не магнитного поля.

11.Исходное ЭП E = U/l рассчитано для вакуума в объёме проводника. Кроме этого, в результате поляризации появляется противоположно направленное поле -E_п , а также деполяризацирующее поле Е_Т , как следствие теплового воздействия на тело проводника.

12.Поле -E_п уменьшает падение напряжения, ток и мощность на данном участке цепи; но поле Е_Т снижает этот эффект, выводя диполи из согласного состояния. Однако, стабилизированный источник не допускает изменения напряжения, поэтому в проводнике должно установиться равновесие: Е_Т -E_п=0. Авторегулятором процесса служит зависимость сопротивления от температуры. Например, при перегреве, рост сопротивления ведёт к уменьшению тока и мощности. Иначе, достигается баланс мощностей источника и теплового потока наружу. Как причина, Е не может понизиться от действия E_п , (следствия).

13.Поляризуемость атомов есть способность деформироваться под действием различных внешних факторов таким образом, что образуется диполь, что есть следствие смещения друг относительно друга центров сумм полей положительных и отрицательных зарядов.  

14. Достигнутая современной техникой Е=8*10⁷ В/м намного ниже поля атома водорода , равного Е=5*10¹¹ В/м, вот почему эффективна поляризация.
15. Теплота

            Протекание электрического тока по электропроводящим средам сопровождается выделением тепла. Количество тепла Q=I²Rt (закон Джоуля — Ленца), где Q — количество тепла, Дж; I — сила тока, А; R — сопротивление тела или среды, Ом; t — время протекания тока.

            Теплопрово́дность  это процесс переноса энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым. В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры: q= - c grad(T ) где q — вектор плотности теплового потока (количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади), c — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T — абсолютная температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (закон теплопроводности Фурье).

            Связь коэффициента теплопроводности c с удельной электрической проводимостью s в металлах (закон Видемана — Франца):   cs^-1=(k/e)²Tp²/3, где k — постоянная Больцмана, e — заряд электрона. В другой формулировке этот закон, основанный на экспериментальных данных, устанавливает пропорциональность отношения K/s температуре: K/s=L•T, где K - коэффициент теплопроводности, и L»2.25•10^-8Вт•Ом•К^-2. Это означает, что фотонный поток тепла растёт одновременно с реактивностью металла s как общим признаком.

            Для того, чтобы возникал тепловой поток, совсем не обязательно вводить колебания атомов, достаточно учесть радиальные и орбитальные колебания электронов. Если предельная величина внешнего воздействия, не приводящая к ионизации порядка 7 эВ, то энергия фотона инфракрасного излучения лежит в пределах 0.1 эВ , а видимого спектра 1 эВ. Таким образом, тепловое излучение вполне обеспечивается флуктуациями связанных электронов.

            Теплота это поток импульсов электромагнитной энергии – фотонов Гипотеза деформирования проводов при обычном нагреве имела бы смысл при больших изменениях объёма, но коэффициент объёмного расширения dV/V=2.5•10^-3 на 50 градусов, в то время, как изменение удельного сопротивления 200•10^-3.

            Тепловой поток идёт наружу, а вся мощность уходит в тепло. Р=Е•Н•S, H- переменная от R, а оно от Т. Для лучших проводников r=2•10^-8Ом.м, dr/r*dT=4.25•10^-3K^-1

Раскачка диполей за счёт температуры в среднем уменьшает проекцию его вектора на ось,

как бы укорачивая его, что и снижает степень поляризации. Возврат вектора это работа общего поля, что и ведёт к выделению тепла. Статика начинается тогда, когда излучаемая вовне энергия сравняется с вырабатываемое в теле проводника.

            Почему ρ растет с ростом   Т? Растет возмущающая компонента, а Е= const: падает доля полезной компоненты (в переходе в СП: ток   I=0, т.к. Е полностью нейтрализовано).      Следовательно, напряжение U на участке цепи есть сумма реакций атомов, которые под давлением внешних сил ориентируют диполи вдоль задаваемого источником поля Е.

            Тепловое равновесие проводника с окружающей средой есть двухстороннее излучение и слабо фиксируемое напряжение вакуума как неограниченного ничем общее пространство взаимодействия. Поле Е образует пространство особенностей, выравнивание или компенсация которых это естественный процесс. Обратное тепловое излучение есть ответная реакция. Однородный проводник в однородной среде выделяет тепло равномерно по всей длине, значит, поступление энергии в него также равномерно. Дело в том, что энергия пространства не одинакова вдоль проводника, хотя выделение теплоты и равномерно. Генерация теплоты состоит в том, что направленный внутрь проводника вектор поставляет энергию полей Е и Н, это в его полях происходит разгон частиц и создание теплоты при столкновениях. Другой вектор направлен вне проводника, производя излучение наружу.                                                                              

           Пока атом пребывает в возбужденном состоянии, его электрон находится в движении, колебании. В это время его элементарное поле наводит ЭДС (электродвижущую силу) в локальной, элементарной зоне вещества. Иначе, электрон индуцирует. В результате такого взаимодействия появляется новый фотон. По существу, как таковая, теплота фотонами не переносится, она генерируется на местах, т.е. на каждой планете, астероиде, комете, частице. Так и наши атомы может возбудить кинетическая энергия фотона. Теплопроводность есть не что иное, как лучистый теплообмен.

            «Итак, очевидно, что отдельные атомы воздуха, в беспорядочном чередовании, сталкиваются с ближайшими через нечувствительные промежутки времени, и когда одни находятся в соприкосновении, иные друг от друга отскакивают и наталкиваются на ближайшие к ним, чтобы снова отскочить; таким образом, непрерывно отталкиваемые друг от друга частыми взаимными толчками, они стремятся рассеяться во все стороны»

[19]. Ломоносов в этом рассеянии во все стороны и видит упругость.

13. Вектор Пойнтинга

            Вектор Пойнтинга, имеет направление, совпадающее с направлением поступательного движения винта штопора, рукоятка которого вращается в плоскости, содержащей Е и H, в направлении от Е к Н. Движение энергии имеет место только в том случае, если Е и Н являются величинами взаимно связанными, т. е. являются характеристиками одного и того же процесса. Только в этом случае имеет смысл указанное геометрическое и численное соотношение между векто­рами Е, Н и П. Модуль вектора Пойнтинга П=E•H•S. •

            Здесь Н и S    имеют составляющую r – радиус цилиндрического проводника, определяя всю выработанную мощность, выделяющуюся в теле проводника, в обратном направлении –поток теплового излучения. В общем виде лучше   r заменить на   r(x) – расстояние от центра до точки измерения (x в пределах от 0 до r). Тогда П(x) определяет мощность в выделенных цилиндрах (см.рис.4).

Направление вектора Пойнтинга

            Если точка расположена на радиусе r проводника с круговым сечением, то в верхнем положении точки модуль ВП равен Е·Н·S, где S=2πrl , где l - длина проводника. Далее, по мере приближения точки к оси проводника ВП уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до оси, так как падает Н. В статике снаружи проводника имеются электрическое и магнитное поля, но в вакууме отсутствуют заряды, материальные частицы или тела, поэтому перенос энергии невозможен: divE=0, divH=0. В сильных электрических полях может возникнуть ток, но он образован частицами, вырванными из тел, разность потенциалов которых создаёт электрическое поле. Поэтому вектор Пойнтинга может рассматриваться только в пределах проводника, и выражает он выделение тепла внутри, но никак не поток из внешней среды.

Рис. 4. Расположение вектора Пойнтинга в проводнике

            Рассмотрим цепь, состоящую из источника электрической энергии с разностью потенциалов U, нагрузки с сопротивлением R и соединяющей их линии передачи. Кабель представляет собой два тонкостенных коаксиально расположенных цилиндра с радиусами r₁ и r₂, причём, с целью упрощения расчётов, примем r₂>r₁ и r₂-r₁<r₁. Также будем пренебрегать омическим сопротивлением линии. Мощность в нагрузке равна Pн=U•I=U²/R, а мощность, передаваемая линией Pл=E•H•S, где E= U/ln(r₂/r₁)r, H=I/2πr, r - расстояние от оси линии, S=π(r₂² - r₁²) - площадь кольца поперечного сечения линии, I= U/R - прямой ток внешнего и обратный ток внутреннего цилиндра. После преобразований приближённо получим средние Eс=2U•r₁/(r₂² - r₁²), H=U/πR(r₁+r₂). Тогда Pл= Pн2r₁/(r₁+r₂), что при принятых приближениях означает практическое равенство мощностей в линии и в нагрузке.

           Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из идеального источника постоянной ЭДС с разностью потенциалов Dj (в этом случае напряжение U=Dj) и однородного цилиндрического проводника длиной l, радиусом r, сопротивлением R, удельным сопротивлением ρ. Источник поставляет энергию, выдерживая величину Dj благодаря обратной связи по Е и Н, но не теплоту, которая есть результат преобразования энергии.

            Поскольку H=I/2pr, заменим ток I=2pr•H. Тогда P=I=E•l•I=Е·Н•2pr•l, активная мощность будет равна P=E•H•S, где E•H=P/S – модуль мощности на единицу площади. Тогда r=0.5rE/H, R=rl/p•r². Следовательно, несуществующие ток (амперметры измеряют не ток, а магнитное поле) и сопротивление можно заменить действительно физическими параметрами.

            Диполи устанавливаются под небольшим углом к оси проводника, и силовые линии магнитных полей электронов устанавливаются ортогонально оси. Формально, вектор направлен по радиусу к оси проводника, но это имело бы место в случае электромагнитного излучения на определённой частоте, а также, если магнитное поле задано внешним источником. Однако: 1. исследуется стационарное состояние, электричество и магнетизм – два независимых явления, взаимосвязь между которыми появляется только в динамике; 2. фактически существует только омический тепловой поток (действительная компонента вектора); 3. работа поляризации и намагничивания производится только на стадии переходного процесса. Поэтому E•H скорее есть модуль вектора Умова, связанного с конвективным переносом энергии в самом проводнике и направленного по радиусу вовне проводника. Вектор Пойнтинга Р=Е•Н направится внутрь проводника, и это та энергия, что нагревает проводник по всей длине одновременно.

14. Электромагнитная индукция

            В переменных токах величина и направление полей периодически изменяются, а фазы МП и ЭП не совпадают. Считая установленной жёсткую связь электрических и магнитных свойств электрона, например, в проводнике с постоянным током, зададимся вопросом: почему не наблюдаются проявление ЭП в области действия МП? Ответ может быть таким: нет сомнения в наличии такого явления, однако оно затушёвано тепловыми флуктуациями. Например, постоянное МП магнита отнюдь не создаётся ЭП, это «замороженное» состояние предварительно упорядоченных и собранных в домены диполей со своими магнитными моментами. Оно разрушается либо встряхиванием ударом, либо нагревом выше точки Кюри. Постоянное МП статично, а влияние тепла динамично, поэтому необходима динамическая подкачка энергии, как это имеет место в режиме переменного тока. Бесконтактная передача энергии или возбуждение ЭДС во внешнем проводнике изменяющимся МП называется электромагнитной индукцией. Например, в свёрнутом в незамкнутое кольцо проводнике возникает ЭДС, если в него вводить постоянный магнит.

            В электроне ЭП и МП жёстко связаны, ибо принадлежат одному объекту. Поэтому, когда под действием ЭП в проводнике образуются диполи, из согласованных по положению ММ электронов формируется МП; о преобразовании ЭП в МП не может идти речь. И, наоборот, если в закольцованном проводнике внешним МП согласовать ММ, то образуются диполи, ЭП которых оказываются согласованными.

            ЭДС=dФ/dt проявляется, например, в разомкнутом кольце из проводника, в который вдвигают постоянный магнит, что создаёт изменяющийся магнитный поток. Когда в проводнике задавалось ЭП, то образовывались диполи за счёт деформации атомов, затем они согласно ориентировались, а их ММ образовывали МП. В данном случае процесс видоизменён: внешнее МП также деформирует атомы, образуя соориентированные квазидиполи, образующие суммированное ЭП. Если движение прекратить, тепловые флуктуации разрушат согласное расположение. Как вариант, рядом с кольцом можно расположить кольцо, в котором создано источником переменное МП.

            Пусть имеются два равных кольцеобразных проводника А и Б, близко расположенных одно под другим. Зададим синусоидальный ток в кольце А. Тогда возникшее МП захватывает кольцо Б, организуя в нём ММ электронов так, что в нём будут согласованно ориентированы диполи. В результате сумма электрических моментов диполей и образует ЭП, и, следовательно, возникает ЭДС индукции.

            Согласно эмпирическому закону электромагнитной индукции, ЭДС=-dФ/dt, т.е. ЭДС равна скорости  изменения магнитного потока Ф. Этот поток будет общим для колец: если

Ф=L•I, где индуктивность L=m₀R{ln(8R/r) – 7/4} [20], R – радиус кольца,   r – радиус проводника,  I=I_msin(vt). Получим    ЭДС= - L•I_mcos(vt)•v.

15. Сверхпроводимость

            Если в проводнике джоулево тепло не выделяется, то нет никаких оснований говорить об особом движении электронов и ионов при прохождении тока. Следовательно, надо полагать, что в случае электрического тока в сверхпроводящей цепи, когда джоулево тепло, не выделяется, отсутствует и соответствующее движение электронов вдоль цепи. В таком случае становится понятным, почему электронная теория оказалась совершенно несостоятельной при объяснении явле­ний в СП.

            Многие знают, что магнитное поле сверхпроводящего кольца сохраняется годами неизменным. Но мало кто знает, что ничего не меняется, если кольцо разрезать. Ясно, что это магнитное поле создаётся не токами, а поляризацией, что имеет место и в постоянных магнитах.

            Амперовская идея о наличии круговых токов в постоянных магнитах не проходит. По этому поводу в 19 веке шла жёсткая дискуссия, идея круговых токов прижилась в силу её, как кажется, простоты.

            Сверхпроводимость это состояние, при котором напряжённость электрического поля Е вдоль образца неуловимо мала, но есть поперечное МП напряжённостью Н. Наши опыты по программе ВТСП это подтвердили. Понятно отсутствие тока в сверхпроводнике, тем более керамическом, но остались вопросы: откуда берётся поле Н, есть ли ток в токоподводах, как вводится энергия и т.д.

1. Материалы со свойствами СП и ВТСП полностью компенсируют внешнее поле Еист. Реакция - это Н. Энергия затрачивается только во время переходного процесса.
2. Разрушает поляризационное состояние внешнее воздействие, например, тепловой поток. Именно он выделяет часть E= U/l из поля Еист., что фиксируется приборами как падение напряжения.
3. Эта затравка провоцирует саморазогрев проводника.
4. Обобщённым критическим параметром сверхпроводника является напряжённость электрического поля Е в проводнике, при котором ещё не происходит ионизация.
5. Сверхпроводящие состояние достигается путём поляризации атомов проводника в отсутствие ионизации при соответствующих условиях, когда любые виды возмущений не превышают значения кванта действия h .

            В СП Е_т=0, Е=Е_п=0: поляризация полностью подавляет внешнее поле, U=0. Всё напряжение источника приложено к его внутреннему сопротивлению; СП переносит потенциал с начала к своему концу. МП в нём существует, как накопленное предварительно при Т>T_кр и «замороженное». Внешним полем можно упорядочить все атомы так, что поток Ф_E обнуляется; так происходит в СП, когда внешнее вмешательство практически исключено. Но, при температуре выше критической, фотоны снижают поляризационную составляющую, чем стимулируют саморазогрев. Отметим также, что магнетизм способствует или даже отвечает за сверхпроводимость в сверхпроводниках на основе железа [http://innovanews.ru/info/news/hightech/9206/]. У ВТСП кристаллов Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ (это исходно диэлектрик) магнитные характеристики сохраняются и после перехода в сверхпроводящее состояние.

16. Электростатика. Электрическая индукция

Поляризация. Явления в электростатике основаны на поляризации металлов и диэлектриков. Поляризуемость атомов есть способность деформироваться под действием различных внешних факторов таким образом, что образуется диполь (или квазидиполь), что есть следствие смещения друг относительно друга центров сумм полей положительных и отрицательных зарядов. Поляризация есть достижение согласного расположения атомов, как результат электризации. Тела, состоящие из атомов и молекул, обладают микрополями. Например, если при трении двух тел атомы одного из них имеют слабо связанные электроны, а другого - недостроенную наружную оболочку, то они могут электризоваться, создавая в своей окрестности поля, которые зачастую могут долго сохраняться. Появление электрического поля свидетельствует о поляризации, т.е. образовании диполей. Итак, поляризация есть перестройка, упорядочивание направлений диполей вопреки тепловым флуктуациям.

Электризация. Электризация есть любое действие, приводящее тело к способности взаимодействовать с зарядами. Известно, что, если потереть янтарь о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Этим свойством обладают многие вещества (стекло, эбонит и др.). Любое действие с таким эффектом называется электризацией; тела же, способные притягивать к себе после натирания другие предметы, называют наэлектризованными.  Для электризации бывает достаточно контакта между двумя материалами. Состояние электризации можно передать от одного тела к другому. При электризации трением электризуются оба тела, одно — поло­жительно, а другое — отрицательно, причём в абсолютных величинах одинаково.

Поле электрическое. Носители электрических зарядов это электрон и протон. Они обладают свойством создавать в вакууме возмущение особого вида, именуемое электрическим полем. Поле есть свойство носителя – вакуума. Таков смысл термина «Поле»: среда, в которой осуществляется взаимодействие зарядов между собой. Электрическое поле распространяется в любой среде. Всякие изменения не есть изменение заданного поля, а есть сумма добавок, вложенной телом (можно сказать это то, что вносит тело, погружённое в поле).

Трибоэлектричество. Это явление генерации статического электричества трением (трибоэлектризация). Трение является просто типом взаимодействия с увеличенной площадью контакта, которое генерирует тепло. Трение это общий термин для обозначения движения двух тел, находящихся в контакте, трибоэлектричество - результат. Трибоэлектризация - одна из видов электризации. 

Электростатика. Проделана серия опытов по общепринятым правилам [4], а затем со следующим изменением: между приводящимися в соприкосновение наэлектризованными телами вставлялась изолирующая вставка, исключающая обмен зарядами. Результаты опытов по этим схемам совпали по существу, отличаясь лишь количественно.

Пример 1. Переполюсовка. Два цилиндра (пластиковая бутылка обёрнутая фольгой, длина140 мм, диаметр 65мм, ёмкость С=2.62 пФ; либо Al банка) установлены на изолирующих подставках и соединены торцами (рис. 5а). 1. а) К правому цилиндру поднесена наэлектризованная эбонитовая палка Эп, б) цилиндры разведены (рис. 5б),   в) Эп отведена (рис. 5в). 2. То же, но между цилиндрами размещена изолирующая терефталатовая плёнка. Показания электрометров ЭМ даны в больших делениях шкалы (1 кВ/деление) и приведены в таблице 4.  

                                                                                   Таблица 4

            По пунктам: а) показания приборов одного знака, поскольку цилиндры эквипотенциальны, обмен зарядами не наблюдается; б) то же; в) знак ЭМ2 изменился, показание почти удвоилось. Имеем: а) энергия поля Эп затрачена на зарядку двух конденсаторов; б) левый цилиндр, вынесенный из внешнего поля, остался наэлектризованным, в) правый цилиндр также вынесен из внешнего поля, но работа теперь совершается только над одним цилиндром, поэтому он не только обнуляется, но и меняет направление поля. Работу по электризации выполняет оператор, перемещающий Эп.

Пример 2. Электрическая индукция.

Рис. 6. Электризация шара электрической индукцией: а) с заземлением; b) заземление снято; c) наэлектризованная эбонитовая палка (Эп) отведена.

Линейный режим. Поднесём Эп к шару (рис. 6b); показания электрометра будут порядка 5 делений, а после удаления Эп стрелка ЭМ вернётся к нулю. В данном случае поляризация была отрицательной, но не сохранилась. Тот же результат имеет место при наличии изолирующей прокладки между шаром и Эп. Пояснение. Рассматривается конденсатор, нижняя обкладка которого есть заземлённый корпус ЭМ, а верхняя - шар и стержень ЭМ. Металлическая часть, поляризуясь, компенсирует внешнее поле, а диэлектрический промежуток между обкладками (воздух) ослабляет поле незначительно. Если учесть, что потенциал Эп около 5 кВ, то делаем вывод, что практически всё падение напряжения приходится на указанный промежуток, а шар приобретает потенциал Эп по величине и знаку. Поскольку потери невелики, при удалении Эп показания обнуляются.

Нелинейный режим. А. 1. заземляем шар касанием слева; 2. справа касаемся предварительно наэлектризованной Эп: 0 (рис. 6a); 3. Убираем заземление шара: 0 (рис. 6b); 4. отводим Эп (рис. 6c) и убеждаемся, что шар заряжен положительно: +6 , для этого достаточно слегка приблизить Эп к шару и обнаружить уменьшение показаний ЭМ; 5. ещё раз электризуем Эп, справа касаемся шара и наблюдаем спад стрелки до нуля: 0. 2 (Курсив - показания ЭМ, кВ).

Пояснения к А. 1. задаётся нулевой потенциал, 2. создаваемое Эп электрическое поле концентрируется в направлении легко поляризуемого тела, а металлическая часть, поляризуясь, компенсирует внешнее поле, 3. поляризация законсервирована, 4. убираем внешнее поле, проявляется поляризационное поле, противоположное внешнему, 5. полная нейтрализация. Б. Теперь видоизменим опыт А, предварительно обернув шар изолирующей (терефталатовой, полиэтиленовой или фторопластовой) плёнкой, чтобы исключить версию утечки зарядов с шара. Получаем сходные данные. Это значит, что шар не заряжался, т.е. не приобрел заряда, а именно поляризовался. Пояснения к Б. Результаты, по существу, те же, незначительно отличаясь численно.

Заметки: 1. Если Эп электризуется бумагой, то силовые линии создаваемого Эп электрического поля будут направлены извне к ней, что эквивалентно полю отрицательных зарядов. 2. В варианте Б учесть влияние плёнки и то, что суммарная ёмкость проводов и ЭМ больше ёмкости цилиндров.

            Приведенные опыты свидетельствуют о том, что в электростатике отсутствует передача зарядов, а рабочие тела в целом электронейтральны.

            Электрическая индукция это бесконтактная электризация тела внешним электрическим полем, в результате чего достигается устойчивая его поляризация. Длительность сохранения этого состояния определяется такими внешними факторами, как влажность воздуха, излучения, меняющиеся поля и т.п.

            Электрон обладает неразделяемыми полями: магнитным и электрическим. Постоянный магнит имеет наблюдаемое МП как сумму МП атомов, а его ЭП не наблюдаемо.

Можно представить модель магнита в виде суммы замкнутых в кольцо цепочек диполей.

Наэлектризованный металл имеет наблюдаемое ЭП как сумму ЭП атомов, а его МП не наблюдаемо. Весьма вероятно, что и здесь имеется подобная модель.

17. Заключение
18. При нормальных условиях в металлах нет свободных электронов, поэтому не может существовать ток проводимости как направленное движение электрических зарядов.
19. Электрон обладает неразделяемыми полями: магнитным и электрическим, также и протон. Других источников этих полей нет.
20. Металлы представляют собой легко поляризуемую среду, преобразующую энергию электрического поля в энергию магнитного поля и теплоту.
21. Постоянство отношений величины теплопроводности к величине электропроводности для всех металлов означает единство свойств атомов в этих функциях. Важнейшее из таких свойств это реактивность, способность отрабатывать равным образом внешнее тепловое и электрополевое воздействие. Однонаправленное электрическое поле создаёт согласную поляризацию атомов, результатом чего является появление магнитного поля. Тепловое же воздействие по своему свойству создаёт хаотичное разнонаправленное возбуждение атомов, не образующее магнитное поле.
22. Магнитное поле образуется из суммы магнитных моментов электронов, согласно ориентированных в результате поляризации атомов под воздействием внешнего электрического поля.
23. Сверхпроводящее, как особое фазовое состояние, принципиально исключает существование тока проводимости. Добиться состояния намагниченности можно только в нормальном состоянии, а после этого снизить температуру ниже Т_кр. Тогда атомы теряют активность, а полученное намагничивание сохраняется так же, как и в случае с ферромагнетиками.
24. Электромагнитная индукция есть образование электрического поля в проводнике, помещённом во внешнее изменяющееся магнитное поле. Сущность процесса состоит во взаимодействии магнитных моментов атомов с внешним магнитным полем, в результате чего возникают и согласно располагаются диполи проводника, образуя электрическое поле.
25. Библиография
26. Саврухин А.П. Природа элементарных частиц и золотое сечение. Монография. М. МГУЛ. 2004, 204 с.
27. Саврухин А.П. Природа света и электричества. Электростатика. Сверхпроводимость. Излучение. М.: Изд-во "Спутник +" 2014 г. C. 78
28. Саврухин А.П. Природа магнитного поля. Природа магнитного поля. (ч2) .Научные труды МГУЛ. Выпуск 10. 01/2012 - 12/2012 (http://savrukhin.narod.ru/magnetnature.doc)

4.. Саврухин А.П. Электростатика без «свободных зарядов». Научные труды МГУЛ. Выпуск 10. 04/2015 - 12/2015. http://www.msfu.ru/journal/index.php?lang=en&stat=104

5. Саврухин А.П. Компьютерное моделирование и расчет линейных электрических цепей. Учебное пособие. М. МГУЛ, 2002, 104 с.(испр. и дополн.)

6.. Уилер Дж. А. Предвидение Эйнштейна. —М.: Мир. —1970. — С. 110

7. Петров В.М. А существует ли магнитное поле? (статья из журнала "Электро" №1, 2004 г.) Электронный ресурс. http://ritz-btr.narod.ru/petrov.html
8. Степаненко Р. Н. Новое устройство преобразования электрической энергии. Электронный ресурс: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9639.html
9. Сидоренков В.В. Электронный ресурс: http://scipeople.com/users/8652252/
10. Заев Н.Е. и др. Измерение тока проводимости, возбуждаемого поляризационным током // ЖРФМ.: —1991. — № 2. —С. 68-81.
11. Голицын Б.Б. Исследования по математической физике (фрагмент о диэлектрической поляризации металлов. 1893 г).// ЖРФМ. — 1991. — № 2. —С. 66-67.
12. Федюкин В. К. Теория сверхдианамагничиваемости взамен ошибочной теории сверхэлектропроводимости тел. Монография. В. К. Федюкин. - СПб.: СПбГИЭУ, 2013. - 38с.

Электронный ресурс: http://lit.lib.ru/f/fedjukin_weniamin_konstantinowich/

13. Денисова Н.А., 2000. В чём заблуждаются физики?– Бишкек: Илим, 2000, 112 с. (выдержки)
14. Хайдаров К.А. Эфирная теория проводимости. Электронный ресурс: http://bourabai.kz/conductivity.htm - Karim A. Khaidarov, March 25, 2004. 15. Академик В. Ф. Миткевич. Избранные труды. М. – Л.: Изд. АН СССР, 1956 г.
15. Канн К.Б. Электродинамика (взгляд физика). Электронный ресурс: http://electrodynamics.narod.ru/; kkann@yandex.ru; Канн К.Б. Парадоксы» электромагнитной индукции Адрес для связи со мной: kkann@yandex.ru Электронный ресурс: http://electrodynamics.narod.ru/paradoxes-of-ei.html
16. Максвелл Дж. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.: Гостехтеориздат, 1954. С. 301.
17. Говорков Электрические и магнитные поля. М.: Энергия. 1968.С. 488.
18. Ломоносов М.В. Размышления о причине теплоты и холода. Полное собрание сочинений. Т.2. Труды по физике и химии. 1747-1752 гг. М.-Л. 1951
19. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчёт индуктивностей. Л.:Энергоатомиздат. 1986.
20. Шмелев В.Е., Сбитнев С.А. Теоретические основы электротехники. Теория электромагнитного поля: Учеб. пособие. Владим. гос. ун-т. —Владимир: — 2003, —145 с.