Mi az áram?

A modern elektromágneses elmélet vitathatatlan sikerei ellenére, az olyan területeken alapuló létrehozása, mint az elektrotechnika, a rádiótechnika, az elektronika, nem indokolja ezt az elméletet teljesnek tekinteni.

Az elektromágnesesség jelenlegi elméletének fő hátránya a modellkoncepciók hiánya, az elektromos folyamatok lényegének megértésének hiánya; ennélfogva az elmélet továbbfejlesztésének és továbbfejlesztésének gyakorlati lehetetlensége. Az elmélet korlátozottságaiból számos alkalmazott nehézség is következik.

Nincs ok azt hinni, hogy az elektromágnesesség elmélete a tökéletesség legmagasabb pontja. Valójában az elmélet számos mulasztást és közvetlen paradoxont ​​halmozott fel, amelyekre nagyon kielégítő magyarázatokat találtak, vagy ilyen magyarázatok egyáltalán nem léteznek.

Például, hogyan lehet megmagyarázni, hogy két egymástól mozdulatlanul azonos töltést, amelyeket a Coulomb törvény szerint egymástól el kell távolítani, valójában vonzzák, ha egy viszonylag régóta elhagyott forráshoz költöznek? De vonzzák őket, mert most áramok és azonos áramok vonzódnak, és ezt kísérletileg bebizonyították.

Miért hajlamos az elektromágneses mező energiája a vezeték hosszánként, és az ezt a mágneses teret előállító áram végtelenségre hajlik, ha a visszatérő vezetőt elmozdítják? Nem a teljes vezető energiája, hanem pontosan egységnyi hosszon, mondjuk egy méter?

Hogyan lehet megoldani a félvezető közegbe helyezett Hertz-dipól (azaz egy összecsukott paraméterekkel bíró dipól) által kibocsátott elektromágneses hullámok terjedésének problémáját? A nyilatkozat triviális természete ellenére a Hertz-dipól félvezető közegben történő sugárzásának problémáját senki sem oldotta meg, és annak megoldására tett kísérletek mindig meghiúsultak. A tankönyvekben és a referenciakönyvekben írt megoldások kétféle megoldásból állnak össze a „józan ész” alapján, ám egyáltalán nem szigorú megoldásként szerepelnek. De ha megoldottuk ezt a problémát, számos különös eredményt kaphatunk: egy dipólus sugárzása ideális közegben aktív vezetőképesség hiányában, egy sík hullám csökkentése egy félvezetőben a dipóltól végtelen távolságra és még sok más (külön-külön, ezeknek a problémáknak néhánya külön megoldható) ).

A pulzáló elektromos mezőben a mágneses mező megjelenésének és az egyetlen vezetőn lévő pulzáló mágneses mezőben indukált elektromos potenciál korlátozási problémáit és még sok más problémát sem sikerült megoldani. Az elektrodinamika módszertana nem mindig különbözik egymástól. Például Maxwell statikus posztulátuma (Gauss-tétel), amelyet a statika szakaszban az elektrodinamika elméleti alapjainak tankönyveibe helyeztek el, miután differenciált formában mutatták be, már a dinamika szakaszba kerül, bár az ábrázolás utóbbi formája fizikailag nem különbözik az előzőtől. Ennek eredményeként a D elektromos potenciál értékének késleltetését figyelmen kívül hagyják, amikor a q töltések az S felület által lefedett térben mozognak.

És mi a "vektorpotenciál"? Nem skaláris potenciál - ez egy egységtöltés mozgatása a végtelenről a tér egy adott pontjára, nevezetesen egy vektorra? Milyen fizikai jelentése van azon túl, hogy meg kell felelnie bizonyos matematikai feltételeknek? Ki oszthatja meg ezt a titkot?

A fenti pontok, valamint néhány egyéb megfontolás nem engedi számunkra, hogy az elektromágnesesség elméletének - akárcsak bármely tudománynak - kifejlesztését teljesen befejezettnek tekintsük. Ennek további fejlődése azonban csak az elektromágneses jelenségekben bekövetkező folyamatok részletes kvalitatív vizsgálata alapján lehetséges.Hasznos emlékeztetni arra, hogy ma és évek óta azt az elméletet használjuk, amelyet John C. Maxwell az 1873-ban közzétett híres elektromos és mágneses értekezésében mutatott be.

Kevesen tudják, hogy ebben a munkában Maxwell összefoglalta korábbi, 1855-1862-es munkáit. Maxwell munkájában M. Faraday kísérleti munkájára támaszkodik, amelyet az 1821 és 1856 közötti időszakban publikáltak. (Faraday 1859-ben teljesen közzétette az „Elektromosság és mágnesesség kísérleti tanulmányait”). V. Thomson 1848–1851 közötti munkájához, H. Helmholtz 1847-es „Az erő megőrzéséről” című munkájához, W. Rankin munkájához. Az 1850-es „alkalmazott mechanika” és még sokan mások ugyanabból az időszakból. Maxwell soha nem posztulált semmit, mivel egyes teoretikusok most fantasztikusan szeretnének fantáziálni, minden következtetése tisztán mechanikus elképzeléseken alapult, amelyek az éterről, mint egy ideális láthatatlan és összenyomhatatlan folyadékról szólnak, amelyet Maxwell többször írt írásaiban. Az olvasó megismerheti Maxwell műveinek egy részét, amelyet oroszul állítottak össze Z. A. Zeitlin fordítása (J. C. Maxwell. Megválasztott művek az elektromágneses mező elméletéről. M., GITTL, 1952, 687 pp.).

Boltzmann L. megjegyzéseiben Maxwell "A Faraday elektromos vezetékeken" (1898) című munkájához fűzött megjegyzésében megjegyzik:

"Azt mondhatnám, hogy Maxwell követői ezekben az egyenletekben valószínűleg csak a betűket változtatta meg, de ez túl sok lenne. Természetesen nem meglepő, hogy ezekhez az egyenletekhez valamit hozzá lehet adni, de még sok más milyen keveset adtak nekik. "

Ezt 1898-ban mondták. És ez teljesen igaz most, csaknem száz évvel később.

Valójában az elektromágnesesség elmélete fejlődésében megállt Maxwell szintjén, aki a 19. század első felének mechanikus ábrázolásait alkalmazta. Számos, a huszadik században megjelenő villamosmérnöki, elektrodinamikai és rádiómérnöki tankönyv javítja (vagy rontja?) Az előadást, de lényegében nem változtat meg. Mi hiányzik manapság az elektromágnesesség elméletéből? Mindenekelőtt hiányzik annak megértése, hogy bármely modell, beleértve a Maxwell által kifejlesztett elektromágneses modellt is, korlátozott természetű, ezért javítható és javítható. Hiányzik az elektromágnesesség modellezéséhez és pontosan a mechanikus modellezéshez való visszatérés szükségességének ismerete. Maxwell az éter mint ideális fogalmak szerint működött, azaz inviscid és nem összenyomható folyadékként. Az éter gáznak bizonyult, ráadásul viszkózus és összenyomható gáz is. Ez azt jelenti, hogy például G. Helmholtz Maxwell által alkalmazott gondolatai, amelyek szerint az örvények nem alakulnak ki és nem tűnnek el, hanem csak mozognak és deformálódnak, és hogy az örvény keresztmetszetének mentén a cirkuláció szorzata teljes hosszában állandó marad, messze van mindig igaz. Valódi gázban az örvények kialakulnak és eltűnnek, és ezt Maxwell nem veszi figyelembe. A Maxwell-egyenletek nem tükrözik a folyamatot térfogatban, mivel mind az első, mind a második Maxwell-egyenlet figyelembe veszi a síkban zajló folyamatot. Igaz, hogy ez a sík a koordinátatengelyekben forog, ami háromdimenziós hatást eredményez, de valójában a lényeg nem változik meg ettől, a sík sík marad. Ha a folyamatot térfogatban vesszük figyelembe, akkor figyelembe kell venni az örvény intenzitásának a tengelye mentén bekövetkező változását, akkor az örvényképződés és az örvények lebomlási folyamatai bizonyos mértékben lefedésre kerülnek. De pontosan ez hiányzik Maxwell egyenleteiben. Ezért azokat a problémákat, amelyekben ezek a kérdések felmerülnek, például a Hertz-dipól problémáját egy félvezető közegben, alapvetően nem lehet megoldani a Maxwell-egyenletek segítségével.

Maxwell nem veszi figyelembe a vezető közvetlen mágneses mezővel való kölcsönhatásának tényét abban a pillanatban, amikor a vezető keresztezi ezt a mezőt.A Faraday-törvény, amely az első Maxwell-egyenlet közvetlen következménye, ebben az értelemben leíró, fenomenológiai törvény, nagy hatótávolságú törvény, mivel benne a mező egy helyen, az áramkör belsejében változik, és ennek a változásnak az eredménye az áramkör kerületén levő EMF. És ma már ismertek a Faraday törvényének megfelelően elvégzett számítások és a közvetlen mérések eredményei közötti jelentős különbségek. Bizonyos esetekben a különbség nem egy vagy két százalék, hanem többször is!

Ezt a listát szükség esetén folytathatjuk.

Mindezek közül a legkevesebb maga J. J. Maxwellnek tulajdonítható. Maxwell elektromágnesesség-elmélete olyan jónak bizonyult, hogy annak alapján a modern tudomány számos legfontosabb területét létrehozta, hatalmas számú alkalmazott problémát oldott meg, és kutatók generációit hozta fel. De ezek a kifogások igazak azoknak a tudósoknak a következő generációiban, akik elképzelik, hogy Maxwell mindent megtett, és nem fejlesztette tovább Maxwell tanításait.

A részletek nélkül anélkül megjegyzendő, hogy az éter fogalmának viszkózus összenyomható közegként történő használata lehetővé tette az elektromágnesesség elméletének néhány reprezentációjának tisztázását, különös tekintettel a fent felsorolt ​​paradoxonok feloldására. Például a mozgó töltések, bár egymáshoz képest helyben maradnak, az éterhez viszonyítva mozognak, és ezért merül fel egy mágneses mező, amely összehozza őket.

Kiderült, hogy egy hosszanti elektromos mező keletkezik az emitterek közeli zónájában, amelyben még mindig éter örvényeket képeznek. Egy ilyen mezőben az elektromos feszültség vektora nem az energia mozgásának irányán, hanem annak mentén helyezkedik el. És csak bizonyos távolságra az emitterektől az ilyen mezők vektoros hozzáadása eredményeként olyan hullám képződik, amelyben az elektromos feszültség vektora már merőleges az energiaterjedés irányára.

Kiderült, hogy az éter összenyomhatósága miatt a mágneses mező összenyomható is, és ez a tömörítés még az amper tizedrészében az áramok által létrehozott mezők esetében is észrevehető. A teljes jelenlegi törvény kísérleti hitelesítése, amelyet - amint kiderült - senki sem látványossága miatt még soha nem igazolta, és amely közvetlenül következik a második Maxwell-egyenletből, megmutatta, hogy ezt a törvényt pontosan csak az eltűnő alacsony mágneses mezőintenzitásoknál tartják be. Még rendes esetekben a valós térerősség és az e törvény szerint kiszámított erősségek közötti különbségek is nagyon nagyok lehetnek, ami messze meghaladja a lehetséges mérési hibák korlátait, vagy elhanyagolja az élhatásokat.

Kiderült, hogy kiszámítható az impulzusmágneses mezőben elhelyezett vezetőn fellépő EMF, és a kísérletek megerősítették ezeknek a számításoknak a helyességét.

Kiderült, hogy létre lehet hozni a "vezetők kölcsönös indukciója" fogalmát, bár az elektrodinamikában csak az "áramkörök kölcsönös indukciója" fogalma van. Ez lehetővé tette egy módszertan kidolgozását referencia-interferencia létrehozására a repülőgép avionikai berendezéseinek kommunikációs vonalain, beillesztése a vonatkozó GOST-ba, és sikeresen felhasználható a levegőben közlekedő elektromos kommunikációs vonalak zajbiztosságának biztosítása során. És mielőtt ez nem sikerült ...

És ez csak a kezdet. Az elektromágnesesség elmélete vár Faraday-ra és a modern Maxwell-re. Nem szabad végtelenül kihasználni a nagyszerű, de régóta eltűnt tudósok tekintélyét. Mi magunknak kell dolgoznunk.