Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) icon

Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость)



НазваниеДвижение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость)
Дата конвертации27.09.2012
Размер156.54 Kb.
ТипДокументы

Движение электрических зарядов

Глава 3. Движение электрических зарядов


3.1. Конденсатор (электроемкость)


Создание в проводнике электрического поля заставляет всю массу электронов, находящихся в проводнике, смещаться в одну сторону, накапливаясь на одном конце и покидая другой конец. Если на обоих концах расположены металлические пластины, т.е. создан конденсатор, то при одном и том же электрическом напряжении в цепи количество электрических зарядов, наколенных на одной из пластин, будет тем больше, чем больше ее площадь и тем меньше, чем больше расстояние между пластинами.

Рассмотрим заряженный конденсатор, на одной из пластин которого помещен заряд q, а на другой –q. Наличие равных и противоположных по знаку зарядов означает, что на внутренней поверхности одной из пластин сосредоточено элементарных зарядов


n = q/e, (3.1)


создавших поле из n вихревых трубок, концы которых все входят во вторую пластину, т.е. число вышедших из одной пластины трубок равно числу вошедших во вторую пластину этих же трубок. На второй пластине имеется недостаток зарядов в том же количестве. Если бы заряды не были равны или имели один и тот же знак, такого равенства не было бы.

Площадь поперечного сечения одной трубки составит (в среднем)


Sо = Sк/n, (3.2)


где Sк – площадь пластины конденсатора, а скорость кольцевого движения по периферии трубки равна


vo = Г/2πro, (3.3)


где Г – интенсивность циркуляции эфира в трубке.

При изменении площади трубки за счет увеличения числа этих трубок – увеличения заряда на пластинах – плотность эфира в трубках ρ будет изменяться по сравнению с плотностью эфира в свободной среде ρэ:


ρ/ρэ = Sо/S = ro2/r2. (3.4)


Как показано в [42–44], уравнение Бернулли применимо к винтовому потоку в целом. Разность давлений в элементарной струйке на периферии вихря и в свободном эфире составляет


ΔP = ρэv 2/2, (3.5)


а для вихревой трубки кругового сечения в среднем падение давления вдоль трубки составляет [16, с. 115]


ΔP = ρэv 2/4, (3.6)


для трубок некругового сечения

эГ 2

ΔP = эv 2 = ———. (3.7)

2r2


Здесь k – коэффициент пропорциональности, учитывающий форму сечения трубки.


Поскольку расход газа в каждой трубке


voρo = = const, (3.8)


получаем

vo2ρo2 Г 2ρo2

ΔP = kρv 2= k ——— = k ———, (3.9)

ρ 2 r4ε


где ε – относительная плотность эфира в вихревой трубке в диэлектрике.

Общая сила, действующая на пластину конденсатора, равна


Г 2ρo2S Г 2ρo2S Г 2ρon2 q2

F = ΔPS = k ——— = k’ ——— = k ——— = ———. (3.10)

r2 ε4 4S ε2 4εS 2εoεS


Таким образом, физический смысл относительной диэлектрической проницаемости ε – отношение плотности эфира в вихревых трубках в диэлектрике к плотности эфира в вихревой трубке в вакууме, т. е. в свободном от вещества эфире.

Следует отметить следующее существенное обстоятельство для прохождения вихревых трубок электрического поля сквозь диэлектрик. Потоки эфира в этих вихревых трубках представляют собой стационарное движение эфира, которое может привести лишь к постоянному смещению эфирных вихрей, из которых состоит само вещество диэлектрика, на некоторую величину, при этом на переходный процесс, т.е. на упругое смещение молекул, будет затрачена некоторая энергия. В остальном же наличие стационарного вихревого потока эфира в диэлектрике ни к каким колебаниям частиц вещества привести не может. Это означает, что энергия вихря не расходуется и имеет реактивный характер (энергия не переходит в тепло – энергию колебаний атомов).


^ 3.2. Свободный электрон в электрическом поле


Рассмотрим движение электрона – винтового вихревого кольца уплотненного эфира в винтовом поле эфира – электрическом поле. Попав в вихревое поле, электрон вынужден развернуться так, чтобы плоскость его кольцевого движения совпала с плоскостью кольцевого движения эфира в трубках. Поскольку в вакууме никакого соударения с молекулами вещества нет, то ориентация развернувшегося по полю электрона будет сохраняться неопределенно долго. После этого под действием разности давлений, действующих на электрон, последний должен начать свое движение вдоль оси вихревой трубки.

При совпадении направлений кольцевого движения вихревого поля vп и электрона vк на той стороне частицы, которая обращена к полеобразующим вихрям, градиент скорости кольцевого движения будет меньше, чем с противоположной стороны, и поэтому давление эфира на стороне, обращенной к источнику поля, будет больше, чем с противоположной (рис. 3.1).





Рис. 3.1. Электрон в трубке электрического поля.


В соответствии с уравнением Бернулли эти давления определятся выражениями:

в области а:


Pa = Po – ρэ(vevп) 2/2; (3.1)

в области b:

Pb = Po – ρэ (ve + vп) 2/2; (3.12)


в области с:

Pc = Po – ρэ[ve – (vп bдvп/дr )] 2/2; (3.13)


в области d:


Pd = Po – ρэ[ve + (vп bдvп/дr )] 2/2. (3.14)

Здесь b – толщина тела электрона; ve скорость кольцевого движения тела электрона; vп - скорость кольцевого движения электрического поля; дvп/дr – градиент кольцевой скорости поля.

Произведя соответствующие вычисления и пренебрегая малыми членами, получим значения разности давлений,создающих поворотный момент электрону, причем всегда в сторону совмещения оси проводника и вектора тороидального движения электрона:


ΔP = veρэb дvп/дr = veρэЕ. (3.15)


где Е = b дvп/дr

Сила, действующая на элемент площади электрона, составит

dF = Δsinα = ρэvevп sinαdSт, (3.16)


где Sт – площадь кольцевого сечения электрона, α – угол между главной осью электрона и осью трубки электрического поля; Е – электрическая напряженность.

На всей площади электрона постоянная составляющая кольцевой скорости поля не создает никакой силы, поскольку увеличение давления на тех участках, где направления потоков кольцевых скоростей электрона и поля совпадают, уравновешиваются уменьшением давления на тех участках, где они имеют противоположное направление. Поэтому дополнительное давление на электрон создается не собственно скоростью потока эфира vп, а циркуляцией скорости вокруг контура и, следовательно, сила, воздействующая на электрон со стороны электрического поля, определится как


F = ρэve ∫∫(дvп/дr) sinαdrdSе = qEsinα, (3.17)


где


b

Е = (дvп/дr)dr. (3.18)

0


Таким образом, напряженность электрического поля, т.е. сила, воздействующая со стороны электрического поля на единичный заряд


Е = F/q, (3.19)


имеет своим происхождением градиент кольцевой скорости эфира, умноженный на размер электрона. Отсюда может быть определен и физический смысл электрической индукции D как количество кольцевого движения эфира в единице объема:


b

D = εоЕ = ρэ(дvп/дr)dr. (3.20)

0

Для электрона, движущегося в свободном пространстве в направлении силы Е, sinα = 1 (главная ось электрона совпадает по направлению с направлением оси трубки электрического поля). Поскольку давление есть потенциальная энергия, пропорциональная квадрату скорости молекул, то и сила, действующая на элемент электрона, будет уменьшаться на величину, пропорциональную квадрату относительной скорости движения электрона vq к скорости распространения кольцевого движения в свободной среде – скорости света с, т.е. на величину (vq/с) 2, следовательно,

Е = Ео [1 – (vq/c) 2 ] (3.21)


и при скорости движения частицы, равной скорости света, т.е. при vq = с, Е = 0, как бы ни менялась величина Ео.

Последнее означает, что с приближением скорости частицы к скорости света сила, действующая на частицу, уменьшается. аналогично тому, как при уменьшении скольжения вращающегося магнитного поля относительно ротора в асинхронной машине уменьшается момент, развиваемый ротором. Этим асинхронным эффектом принципиально может быть объяснен факт невозможности разгона заряженной частицы электрическим полем любой, самой большой напряженности до скорости света, а вовсе не тем, что скорость света принципиально не преодолима.

Таким образом, получено выражение для напряженности электрического поля как силы, воздействующей на единичный заряд. Полагая, что скорость вращения вихревых тороидальных колец – электронов – постоянна, получаем, что напряженность электрического поля пропорциональна напряженности вихревого поля, которая пропорциональна числу трубок вихревого поля, приходящихся на единицу площади поля.

Если в свободном пространстве электрон предоставлен сам себе, то электрон, как и всякий газовый тороидальный вихрь, начнет разгоняться в направлении потока, исходящего из его центрального отверстия. Однако в отличие от обычных газовых вихрей в силу особой разреженности эфира и малого коэффициента его вязкости, а также в силу того, что в теле электрона плотность эфира на десятки порядков превышает плотность эфира в свободном пространстве, постоянная времени разгона электрона оказывается весьма большой и составляет десятки и сотни лет. Это объясняет природу космических лучей, но в условиях обычного эксперимента электрон практически остается неподвижным, так как площадь поверхности его мала, также мала и вязкость эфира, поэтому и сила отталкивания электрона от окружающей его среды мала, и время разгона соответственно велико.


^ 3.3. Свободный электрон в магнитном поле


Рассмотрим поведение электрона в магнитном поле. Магнитное поле само по себе никак не может повлиять на ориентацию электрона вследствие взаимного уравновешивания всех сил, воздействующих на электрон со стороны поля, причем независимо от структуры самого магнитного поля и преобладания в нем кольцевой или поступательной составляющей движения эфира.

В самом деле (рис. 3.2), в области 1 имеет место притяжение вихрей за счет потоков эфира в плоскости рисунка, но отталкивания за счет вращения газа, так как направление сопрягаемых потоков газа одинаково – в строну, перпендикулярную плоскости рисунка. В области 2 – все наоборот – отталкивание вихрей происходит за счет вращения потоков эфира в плоскости рисунка, а притяжение – за счет противоположного направления движений газа в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка. При этом составляющие сил, вызванных поступательным движением эфира, уравновешены между собой, так же как и составляющие сил, вызванные вращательным движением эфира также уравновешены между собой.





Рис. 3.2. Уравновешивание давлений, действующих на электрон в магнитном поле


Положение существенно меняется, если внешней силой, например, электрическим полем, электрону придано поступательное движение со скоростью v. В этом случае к скорости потока эфира в электрическом поле vп по поверхности кольца добавляется скорость поступательного движения электрона. Разность скоростей, лежащих в плоскости чертежа в области 1 составит


Δv1 = vе + vп + v, (3.22)


а в области 2 соответственно


Δv2 = vе vп + v. (3.23)


Квадраты их соответственно равны


v1) 2 = vе2 + vп2 + v2 + 2vеv + 2vпv; (3.24)


v2) 2 = vе2 + vп2 - 2vеvп + v2 + 2vеv - 2vпv. (3.25)


Разность квадратов скоростей в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка, соответственно равна:


Δv’1 = vе vп; Δv’2 = vе + vп. (3.26)

Здесь квадраты разностей скоростей составят


v’1) 2 = vе2– 2vеvп + vп2; (3.27)


v’2) 2 = vе2 + 2vеvп + vп2; (3.28)


Сумма квадратов скоростей в каждой области будет равна


v1) 2 + (Δv’1) 2 = 2vе2 + 2vп2 + v2 + 2vеv + 2vпv; (3.29)


v2) 2 + (Δv’2) 2 = 2vе2 + 2vп2 + v2 + 2vеv - 2vп (3.30)


а их разность составит


[(Δv1) 2 + (Δv’1) 2] – [(Δv2) 2 + (Δv’2) 2] = 4 vпv. (3.31)


В соответствии с уравнением Бернулли имеем


P = ρэСρэv 2/2 (3.32)


и, следовательно,


ΔP = 2ρэvпv. (3.33)


Сила, действующая на эквивалентную поверхность электрона Sэкв, определится как


F = ΔPSэкв = 2ρ Sэкв vпv = [Bv], (3.34)


что и соответствует закону Лоренца для движущегося в магнитном поле электрона. При этом, как видно из рис. 3.3, направление силы перпендикулярно направлению движения электрона.





Рис. 3.3. Появление отклоняющей силы при движении электрона в магнитном поле


^ 3.4. Индуктивность. Механизм явления самоиндукции


Присоединенные эфирные потоки уподобляются сжатой пружине, запасшей потенциальную энергию и стремящейся отодвинуть электроны друг от друга. При этом приращение давления будет пропорционально величине тока, проходящего по проводнику.

Для соленоида такое давление будет пропорциональным числу ампервитков iw, приходящихся на единицу его длины l:


iw

p = —— . (3.35)

. l

В системе МКС единица тока [i] кг·с‾2, длины [l] м и, следовательно, единица измерения давления присоединенных струй составит кг·м ‾1·с‾2 или Н (Ньютон), т. е. ту же, что и для обычного давления.

Работа, совершаемая при сжатии присоединенных потоков эфира, определяется так же, как и работа, совершаемая при сжатии обычной пружины. Если для обычной пружины сила сжатия пропорциональна деформации, т. е.


F = kx, (3.36) (7.59)


где k – коэффициент упругости, а совершенная работа определится выражением


xо kxо2 Fо2

W = ∫Fdx = —— = ——, (3.37)

о 2 2k

где Fо - сила сжатия пружины, то для сжатых эфирных потоков будем иметь на единицу длины соленоида


p2 k' (iw) 2

w = — = —· — (3.38)

2k 2 l 2

Сопоставляя полученное выражение с известным выражением для энергии соленоида


μ (iw) 2

w = ——— , (3.39)

2 l 2


обнаруживаем, что физический смысл магнитной проницаемости вакуума соответствует коэффициенту упругости эфира.

При наличии железа в сердечнике дросселя магнитное поле, создаваемое обмотками соленоида, упорядоченные потоки эфира тратит свою энергию на разворот доменов – конгломератов молекул железа. Такие конгломераты находятся в сердечнике в не упорядоченном положении, ориентированы в пространстве во всех возможных направлениях относительно равномерно. Но под воздействием магнитного поля – упорядоченных кольцевых потоков эфира, являющихся результатом упорядоченной ориентации электронов в токонесущем проводе, – домены также разворачиваются и образуют магнитное поле сердечника. Здесь уже магнитное поле представляет собой набор винтовых вихревых трубок, и его структура, таким образом, отличается от магнитного поля, создаваемого током.

Таким образом, имеет место последовательная цепь событий: электрическое поле в проводнике обмотки соленоида заставляет электроны проводника разворачиваться главными осями в направлении оси проводника, этим самым создаются потоки кольцевого движения эфира вокруг проводника. Потоки эфира проникают в железный сердечник и вынуждают домены развернуться соответственно в общем направлении так, что оси винтовых трубок магнитного поля, создаваемые доменами, ориентируются частично в общем направлении, перпендикулярно направлению воздействующего на них внешнего потока.

Поскольку каждая такая винтовая трубка связана с соответствующим доменом, находящимся в связи с остальным материалом сердечника, то эти связи напрягаются подобно пружине, и если внешний поток исчезнет, то они вернут домен в исходное положение. Магнитное поле, созданное сердечником, исчезнет. Так обстоит дело с магнитомягким материалом.

Для магнитотвердого материала дело обстоит иначе. Если сопротивление связей доменов в материале удается преодолеть внешним потоком, то они могут и не возвратить домен в исходное состояние. Тогда магнитное поле сохранится и после отключения тока из обмотки соленоида.

Но наиболее простым способом ослабления связей доменов с материалом является, как известно, нагрев магнитотвердого материала вплоть до его расплавления. Тогда внешнее магнитное поле легко ориентирует домены в нужном направлении, а затем, после остывания материала, межмолекулярные связи закрепляют домен в этом положении. Материал становится постоянным магнитом.

При наличии железа в дросселе общая запасенная энергия магнитного поля будет пропорциональна объему железа:


μ μо (iw) 2

W = ———— Vж. (3.40)

2 lж2


Поскольку объем железа дросселя составляет Vж = Sжlж , где Sж – сечение сердечника, а lж – длина магнитной силовой линии в сердечнике, то получим


μ μо (iw) 2

W = ———— Sжlж, (3.41)

2 lж 2


где μ – относительная магнитная проницаемость железа. После сокращений будем иметь:


μ μо (iw) 2 Sw2 i2 i2

W = — S ——— = μ μо ——— = L —— , (3.42)

2 lж 2 2

где

Sw2 w2 lж

L = μ μо ——— = ——— ; Rм = ———. (3.43)

lж Rм μ μо Sж

Здесь Rм - магнитное сопротивление сердечника.

Таким образом, получена обычная формула для индуктивности катушки с железным сердечником.

Из изложенного видно, что роль железного сердечника в индуктивности сводится к тому, что в нем запасается реактивная энергия магнитного поля. Но для того чтобы эту энергию в нем создать, необходимо совершить работу, т. е. произвести поворот доменов железного сердечника и для этого преодолеть упругое сопротивление их связей. Эта работа производится путем повышения давления в пространстве между проводником и железом. Само это давление создается электрическим током, текущим по проводнику. Поэтому общая запасенная энергия пропорциональна квадрату величины тока.

Энергия поступательной скорости эфира в вихревых трубках вокруг проводника, не имеющего железного сердечника, и есть энергия магнитного поля. Если есть железный сердечник, то сюда добавляется потенциальная энергия упругого поворота доменов сердечника. Вся эта система напряжена и удерживается в напряженном состоянии повернутыми в общем направлении – вдоль оси проводника – электронами. Сами же электроны удерживаются в этом состоянии напряженностью электрического поля.

Если электродвижущая сила в проводнике исчезает, то исчезает и причина, удерживающая электроны в общем ориентированном направлении, исчезает и давление, удерживающее потоки в напряженном состоянии. Равновесие нарушено, и весь процесс оборачивается в обратном направлении. Теперь внешние потоки эфира давят на внутренние, и линии кругового тока эфира, сокращаясь, входят в проводник. Их энергия тратится на увеличение тепловой скорости электронов проводника. В этом и заключается механизм самоиндукции.

Обратный ход процесса приводит к тому, что ЭДС на проводнике, создаваемая перемещающимися внутрь проводника потоками эфира, приобретает противоположный знак, эта ЭДС будет пропорциональная запасенной энергии индуктивностью, т.е. величине индуктивности, если же ток обрывается не сразу, то электроны еще сохраняющегося тока продолжает удерживать часть давления. Таким образом, на качественном уровне может быть обоснована известная формула ЭДС самоиндукции:


е = – L di/dt. (3.44)

Выводы


1. Сущность электрического заряда конденсатора заключается в накоплении электронов на одной из его пластин при оттоке такого же количества зарядов с другой пластины. Накопление зарядов создает между пластинами электрическое поле, противодействующее полю, заставившего электроны войти в пластины, и приток электронов прекращается.

2. Относительная диэлектрическая проницаемость вещества есть отношение плотности свободного эфира в диэлектрике к плотности эфира в вакууме. В результате напряженность электрического поля уменьшается и равновесие устанавливается притоком дополнительных электронов.

3. Потоки эфира в винтовых трубках электрического поля носят стационарный характер и в диэлектриках приводят только к смещению – линейному или угловому молекул вещества, при этом энергия поля затрачивается только на переходный процесс, который сам по себе носит реактивный характер.

4. Сила, действующая со стороны электрического поля на свободный электрон, уменьшается по мере его разгона, и при достижении электроном скорости, равной скорости света становится равной нулю. Именно этим объясняется тот факт, что электрически заряженные частицы электрическим полем не могут быть разогнаны до сверхсветовых скоростей.

5. Давление эфира на свободный и неподвижный в пространстве электрон уравновешено, но если электрон перемещается относительно магнитного поля, то равновесие давлений на разных участках электрона нарушается, и электрон начинает смещаться в сторону от прямолинейного направления.

6. Физический смысл магнитной проницаемости вакуума соответствует коэффициенту упругости эфира.

Эфиродинамическое давление со стороны вихревых трубок магнитного поля на электроны, создавшие это магнитное поле, имеет ту же размерность, что и у обычного газового давления, это и есть потенциальная энергия магнитного поля, которая создает э.д.с. самоиндукции при исчезновении э.д.с. источника тока.




Похожие:

Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconПринцип суперпозиции полей Урок одной задачи
Сила взаимодействия неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconСоотношение неопределённости Гейзенберга – фундаментальное свойство поля
На основании гипотезы о полевом строении элементарных частиц показано, что соотношение неопределенности Гейзенберга отражает общее...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconВ случае электростатики выражение для вектора
Уравнению (31). При наличии распределенных зарядов функция  удовлетворяет и уравнению Пуассона (68). Используя принцип суперпозиции...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconВзаимодействие вращающихся масс в вакууме и их воздействие на твердые тела
Установлено, что эффекты проявляются только в вакууме, не зависят от электрических характеристик материалов обоих дисков и не сопряжены...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconКнопка пультовая кпи-2ф
Кпи-2ф предназначена для коммутации и индикации состояния электрических цепей. Конструкция кнопки предусматривает её установку на...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconСписок использованных сокращений
Бру-к быстродействующая редукционная установка с выхлопом в конденсатор турбины
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconСписок использованных сокращений
Бру-к быстродействующая редукционная установка с выхлопом в конденсатор турбины
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) icon4. Не предъявляйте другим чрезмерных требований: каждому своё
Ежедневно 2 – 2,5 часа напрягайте силы физически. Движение – спасение. Движение – лекарство. Упражнение, тренировка, самовоспитание...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconКонтрольная работа по теме «Электромагнитные колебания»
...
Движение электрических зарядов Конденсатор (электроемкость) iconКонтрольная работа №1 по теме: «Равнопеременное движение и равномерное движение по окружности»
Лыжник спускается с горы с начальной скоростью 6 м/с и ускорением 0,5 м/ Какова длина горы, если спуск с нее продолжался 12 с?
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов