О скалярном потенциале магнитного поля icon

О скалярном потенциале магнитного поля



НазваниеО скалярном потенциале магнитного поля
Дата конвертации27.09.2012
Размер117.48 Kb.
ТипЗакон

О скалярном потенциале магнитного поля

и индуктивно–статическом способе генерации

электроэнергии


Влияние геометрической формы на материальные взаимодействия общеизвестно и не вызывает сомнений. В этой статье мы рассмотрим некоторые конкретные параметры такого влияния и постараемся показать, что их последовательный учёт в рамках твёрдо установленных закономерностей может привести к неожиданным и весьма полезным с практической точки зрения следствиям.

Закон Био-Савара устанавливает зависимость индукции магнитного поля от расстояния до точки наблюдения. В дифференциальной форме:

dB =   ,

в интегральной форме:

B =   .


Отметим, что закон обратных квадратов характерен для гравитационного и электростатического взаимодействия, то есть для полей, имеющих скалярный потенциал и дивергенция которых отлична от нуля. Соленоидальное магнитное поле этим требованиям, согласно принятым представлениям, не удовлетворяет, однако теорема Умова-Пойтинга допускает существование произвольного векторного поля А, циркуляция которого обращается в нуль по любому замкнутому контуру. Согласно этой теореме, поток электромагнитной энергии S существует в любой точке пространства, где векторы Е и H неколлинеарны.

 + div S = 0 , S =   . [1]


Замкнутость силовых линий магнитного поля традиционно трактуется как факт отсутствия магнитных зарядов. Такой вывод является следствием отождествления дивергенции с плотностью заряда, при этом сам заряд в электродинамике заменён током, что создаёт затруднения при определении магнитного действия контуров различных форм.

Интегрирование по замкнутому контуру даёт разность потенциалов, равную нулю, поэтому сравнить магнитную энергию контуров тока (витков) с одинаковым значением токов, но различной длины и формы мы можем путём определения и соотнесения значений магнитных потоков через поверхности, натянутые на контуры с током. Выражение для магнитной энергии тока

Wm = gif" name="graphics8" align=bottom width=27 height=43 border=0>

включает индуктивность L, которая целиком определяется геометрическими соотношениями.

В качестве примера рассмотрим поверхность в форме кольца и поверхность в форме круга, при условии, что их площади равны, а контуры с равными значениями токов расположены на одинаковом единичном расстоянии r от поверхностей.

Для нахождения значения индукции магнитного потока В через указанную поверхность S (круг или кольцо), интегрируем по R в необходимых пределах:

  ,


L – длина контура с током, �� – угол между нормалью к направлению тока и радиус-вектором.













Как видно из рисунка, и это подтверждается расчётами, магнитный поток для кольца будет в несколько раз больше, чем для круга. Такой результат является следствием относительно меньшего расстояния каждого элемента кольца от источника магнитного поля – от тока, и значительно большей длиной контура с током для кольца.




Ф















При переходе от отдельных витков к обмотке и замене поверхностей с площадью S ферромагнитным сердечником результат не меняется, но добавляется зависимость тока от индуктивного сопротивления: если при постоянном токе для кольца будет больший поток при равных токах, то при переменном токе потоки будут равны (одинаковое внешнее приложенное напряжение), а ток для кольца будет в




раз меньше, чем ток круга.

Другими словами, при данном сочетании различных форм в одном магнитопроводе, мы получаем энергетический выигрыш, равный квадратному корню из отношения индуктивностей первичной и вторичной обмоток.

Поскольку полная работа должна быть равна нулю, нам необходимо определить, какой элемент системы совершает дополнительную работу. Полученный «технический» результат показывает, что этим элементом должна быть индуктивность обмотки, а это возможно только в том случае, если div B ≠ 0. Чтобы удовлетворить столь радикальному требованию, надо проанализировать традиционные взгляды на «обычное» магнитное поле.

Изменив форму магнитного потока, мы оставили прежними количество витков, площадь потока и ток в контуре. Существенно изменилась длина контура с током, а значит, и количество элементов dI, возбуждающих магнитное поле. В современной электротехнике известен только один способ учёта количества элементов dI – изменение числа витков. Однако, при этом вступают в силу совершенно другие закономерности – правила Кирхгофа, – в соответствии с которыми эдс всех последовательно соединённых витков складываются. Это значит, что тот выигрыш, который возможен при увеличении количества элементов dI, полностью перечёркивается изменением наводимой эдс индукции. Подчеркнём, что это техническое обстоятельство не имеет никакого отношения к законам сохранения энергии.

При увеличении количества элементов dI (длины контура с током), суммарный электрический заряд электронов проводимости обмотки, участвующих в возбуждении магнитного потока, также увеличится. Из этого очевидного факта прямо следует возможность уменьшения работы внешнего источника по возбуждению, или поддержанию неизменным, заданного магнитного потока. Но всё дело в том, что в основных уравнениях электродинамики (уравнениях Максвелла) фигурирует не количество электричества (кулоны), а сила тока (амперы, Кл/с) и плотность тока (А/см2), поэтому энергия магнитного поля может быть определена только с точностью до произвольной аддитивной постоянной – другими словами, она может быть любой. В то же время, движущийся заряд явным образом обладает свойством, хорошо известным в математике – векторным потенциалом, частью которого является всем известное «обычное» магнитное поле. Величину, имеющую размерность [кулон/метр], можно назвать напряжённостью векторного поля движущихся зарядов.

Существование продольного магнитного взаимодействия согласуется с предположением о наличии векторного поля А, известной частью которого является «обычное» магнитное поле.

Векторный потенциал А движущегося заряда е (v  c) однозначно определятся выражением

А =  , (1)

из чего следует существование в пространстве вокруг него «обычного» магнитного поля

H = rot A ,

и «продольного» магнитного поля

H = - div A . [2]

Необходимость векторного поля А прямо следует из факта реальности токов смещения, хотя, добавим, такой статус за ними закреплён только математически.

Продольное магнитное поле, являясь скалярной частью векторного поля А, обращается в нуль в любом замкнутом контуре в направлениях, перпендикулярных движению зарядов.

Применение электростатической теоремы Остроградского-Гаусса для магнитных полей традиционно (и исторически бездоказательно) игнорирует наличие у векторного поля не только векторного, но и скалярного потенциала. Это связано, в первую очередь, с большими трудностями по обнаружению среды, в которой распространяются поля. Тем не менее, такая среда всё же вводится неявно, так как в противном случае токи смещения были бы принципиально невозможны, а принцип близкодействия не получил бы конкретной реализации.

Нам представляется логичным и обоснованным, что электродинамические закономерности могут быть установлены и объяснены на основе только двух фундаментальных величин: электрического заряда е и электродинамической постоянной с. Причём, фундаментальность величины с, имеющей размерность скорости (м/с), обусловлена таким сочетанием свойств среды, при которых возможно стабильное существование заряда е. (Мера стабильности, поскольку такой параметр имеет место быть, должна обеспечивать возможность взаимодействия с зарядами и полями и иметь размерность, кратную единице времени. Лучший «кандидат» на эту роль – постоянная Планка h. Квантовый принцип, понимаемый в настоящее время более как дискретность, может быть интерпретирован более приемлемо с физической точки зрения – как коэффициент соответствия континууму.)

Реальность и физический смысл векторного поля А в настоящее время не имеют общепризнанной трактовки. Интересующие нас ключевые параметры среды (вакуума) – диэлектрическая и магнитная проницаемости и поляризуемость. Исходя из известного соотношения

ε0µ0 =  , (2)

запишем (1) в виде

А =  .

Учитывая, что вектор поляризации

Р = D – ε0Е ,

сделаем обоснованный вывод (в качестве предположения), что векторное поле А – это следствие реакции среды на вносимые в неё изменения. При не нулевом значении произведения () изменяются диэлектрическая и магнитная проницаемости в точке r, в результате чего полное векторное поле А становится физически реальным. При скорости изменения () более некоторого порогового значения, сохранение фундаментального равенства (2) потребует скачкообразного увеличения вектора электрического смещения D, что эквивалентно продольной волне вакуумного возмущения. При взаимодействии с веществом такая волна сообщит ему электрический заряд, пропорциональный своей длительности. Скорость её распространения должна зависеть только от плотности среды, т.е. вакуума.

Полная энергия стационарного векторного поля А уменьшает работу по поляризации вакуума.

Физическая интерпретация скалярного магнитного поля состоит в следующем:

при движении электрического заряда кулоновское поле Е стремится уменьшиться. Физический вакуум, посредством токов смещения, постоянно восстанавливает электрический заряд и поле Е до некоторой фундаментальной постоянной, вследствие чего у движущегося заряда появляется векторный потенциал А, который может быть зарегистрирован как «обычное» магнитное поле В = rot A и как скалярное магнитное поле B = - div A. Скалярное поле потенциально, поэтому его достоверная регистрация более всего возможна в несимметричных системах, то есть в таких системах, где возбуждение полного магнитного поля (а значит, и скалярного потенциала) происходит при различных условиях. Эти условия, с учётом общих характеристик потенциальных полей, должны быть геометрическими.

Такая интерпретация полностью соответствует современным представлениям, согласно которым поток электромагнитной энергии «втекает» в проводник из окружающего пространства. Так как в стационарных процессах (при vc)  = 0 и div S = 0, то поток энергии подобен течению несжимаемой жидкости, и обнаружить его в физических процессах в симметричных системах невозможно (при равных скалярных потенциалах их разность равна нулю).

Уменьшение электрического поля движущегося заряда обнаруживается при формальном выражении его энергии

WД =  dV =   dV =   dV

[2]

где НП - полное магнитное поле («обычное» соленоидальное и «продольное» скалярное).


Так как покоящиеся электрические заряды являются математической фикцией и в природе не встречаются (хотя бы потому, что любой из них обладает спином), то циклический процесс «уменьшения-восстановления» электрического заряда и его кулоновского поля Е должен происходить постоянно. В настоящее время нам неизвестны все подробности этого процесса, так как свойства физического вакуума изучены недостаточно. Однако, исходя из классических представлений о потенциальных полях, мы можем сконструировать систему, в которой в одной из частей скалярный магнитный потенциал будет большим, чем в связанной с ней другой. В этом случае работа физического вакуума по восстановлению электрических зарядов и полей добавится (или вычтется) к работе внешнего источника.

В рассматриваемом устройстве трансформаторного типа именно этот процесс и происходит.

При замыкании вторичной цепи на нагрузку вторичная обмотка создаёт собственный скалярный магнитный потенциал. В обычных трансформаторах он равен потенциалу первичной обмотки, поэтому никакого дополнительного взаимодействия не происходит. В нашем случае продольное магнитное поле первичной обмотки значительно превосходит поле вторичной обмотки, поэтому в устройстве может быть совершена работа против разности скалярных магнитных потенциалов.

Общий вид устройства (без обмоток) приведён на рисунке.



При равенстве числа витков первичной и вторичной обмоток эдс будут равны, а токи – отличаться пропорционально отношению индуктивностей, что позволяет во вторичной цепи получить мощность, превышающую мощность, потребляемую от внешнего источника.




Принцип работы устройства имеет некоторую аналогию с рычагом: проигрываем в размерах первичной обмотки, но выигрываем в величине первичного компенсирующего тока (он уменьшается) и вторичной мощности (она превышает мощность внешнего источника). Увеличение вторичной мощности эквивалентно генерации электроэнергии, и необходимо добавить, что такой новый – индуктивно- статический – способ генерации электроэнергии является предельным по отношению к зарядам и полям, тепловой и механический этапы из процесса генерации исключены.

Представляет интерес сопоставление скалярного магнитного поля с «радиантным электричеством» Николы Теслы. Тесла применял «ударные волны», которые можно назвать импульсной деформацией электростатических полей, и получал «особый вид электричества», не связанный с традиционными носителями заряда – электронами. Считается, что достигнутые им результаты в рамках классической электродинамики описать и объяснить невозможно. Однако, применив формализм векторного поля, при условии мгновенной остановки электронов (как и было у Теслы), мы получим эффект «убегания» волны поляризации вакуума в направлении импульса. Такой результат непротиворечиво интерпретируется как продольная волна вакуумного возмущения, но с существенным физическим дополнением – время её распространения стремится к нулю (!). Очевидно, что среда, в которой распространяется такая волна, должна иметь чудовищно большую плотность энергии.

Теперь мы можем сказать, что применение хорошо известного, но по историческим причинам не получившего распространения, формализма векторного поля А, даёт возможность увидеть и обосновать два принципиальных способа технологического доступа к поистине безграничной энергии физического вакуума. Первый из них связан с именем Николы Теслы и заключается в однонаправленной импульсной деформации электростатического поля электронов проводимости проводника. Второй обосновывается впервые и его суть заключена в создании геометрическим способом разности скалярных магнитных потенциалов.


В заключение, сделаем вывод, что сторонние силы, применяемые в современной энергетике, не «создают» и не «передают» энергию, а являются частью условий, при которых уже существующая в каждой точке пространства энергия проявляется в том или ином виде материального взаимодействия.


Павел Самарин

Сергей Марков

Апрель, 2010


Литература:

  1. Д. В. Сивухин, «Общий курс физики», т. 3, М, 2002;

  2. Г. В. Николаев, «Современная электродинамика и причины её парадоксальности», Томск, 2003;

  3. N. Tesla, «ON THE DISSIPATION OF THE ELECTRICAL ENERGY OF THE HERTZ RESONATOR», The Electrical Engineer — December 21, 1892.




Похожие:

О скалярном потенциале магнитного поля iconФизика шаровой молнии
В зависимости от числа слившихся бессиловых ячеек энергия и размеры шаровой молнии могут изменяться в широких пределах. Во внешней...
О скалярном потенциале магнитного поля iconФизика шаровой молнии
В зависимости от числа слившихся бессиловых ячеек энергия и размеры шаровой молнии могут изменяться в широких пределах. Во внешней...
О скалярном потенциале магнитного поля iconФизика шаровой молнии
В зависимости от числа слившихся бессиловых ячеек энергия и размеры шаровой молнии могут изменяться в широких пределах. Во внешней...
О скалярном потенциале магнитного поля iconСамостоятельная работа «Сила Ампера. Магнитный поток»
Определите индукцию однородного магнитного поля, если на проводник длиной 20 см действует сила 50 мН. Проводник перпендикулярен силовым...
О скалярном потенциале магнитного поля iconIii электрическое смещение. § 45. Общая характеристика электромагнитных процессов
В предыдущих главах мы коснулись одной стороны электромаг­нитных явлений, а именно, рассмотрели некоторые общие свойства магнитного...
О скалярном потенциале магнитного поля iconВидимый свет Работа выполнена: Емельяновой Марией Новичёнок Яной Лобынцевым Юрием Обуховской Анной
Свет – это электромагнитное излучение с векторами напряженности электрического поля и напряженности магнитного поля, перпендикулярными...
О скалярном потенциале магнитного поля icon§14. Анализ случая больших скоростей*
Мы изучили отклонение этих лучей под влиянием поля электростатического и поля магнитного, созданного электромагнитами, то есть нейтральными...
О скалярном потенциале магнитного поля iconОпыт ученика Николаева Олега Средне Кушкетская средняя школала Действие магнитного поля на проводник с током
Приборы и материалы: источник питания, ключ, соединительные провода, алюминиевая фольга, дугообразный магнит
О скалярном потенциале магнитного поля iconI. Магнитный поток. § Общая характеристика магнитного поля
Фарадей, один из творцов современного учения об электри­ческих и магнитных явлениях, своими открытиями и опытными исследованиями,...
О скалярном потенциале магнитного поля iconДолгопериодные вариаций межпланетного магнитного поля
Из них 6 линиям с периодами близкими к 27 суткам соответствует 18,4% энергии вариаций. Приводится интерференционная картина вариаций...
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