Was ist Strom?

Trotz der unbestreitbaren Erfolge der modernen Theorie des Elektromagnetismus, der Schaffung auf der Grundlage von Richtungen wie Elektrotechnik, Funktechnik, Elektronik, gibt es keinen Grund, diese Theorie als vollständig zu betrachten.

Der Hauptnachteil der bestehenden Theorie des Elektromagnetismus ist das Fehlen von Modellkonzepten, ein Mangel an Verständnis für das Wesen elektrischer Prozesse; daher die praktische Unmöglichkeit der Weiterentwicklung und Verbesserung der Theorie. Und aus den Grenzen der Theorie ergeben sich auch viele angewandte Schwierigkeiten.

Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass die Theorie des Elektromagnetismus die Höhe der Perfektion ist. Tatsächlich hat die Theorie eine Reihe von Auslassungen und direkten Paradoxien angehäuft, für die sehr unbefriedigende Erklärungen erfunden wurden, oder es gibt überhaupt keine solchen Erklärungen.

Wie kann man zum Beispiel erklären, dass zwei sich gegenseitig bewegungslose identische Ladungen, die nach dem Coulomb-Gesetz voneinander abgestoßen werden sollen, tatsächlich angezogen werden, wenn sie sich zusammen zu einer relativ lange verlassenen Quelle bewegen? Aber sie werden angezogen, weil sie jetzt Ströme sind und identische Ströme angezogen werden, und dies wurde experimentell bewiesen.

Warum neigt die Energie des elektromagnetischen Feldes pro Längeneinheit eines Leiters mit dem Strom, der dieses Magnetfeld erzeugt, gegen unendlich, wenn der Rückleiter wegbewegt wird? Nicht die Energie des gesamten Leiters, sondern genau pro Längeneinheit, sagen wir einen Meter?

Wie kann das Problem der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gelöst werden, die von einem Hertz-Dipol (dh einem Dipol mit konzentrierten Parametern) in einem halbleitenden Medium emittiert werden? Trotz der Trivialität der Aussage wurde das Problem der Strahlung des Hertz-Dipols in einem halbleitenden Medium von niemandem gelöst, und Versuche, es zu lösen, scheiterten ausnahmslos. Die in Lehrbüchern und Nachschlagewerken geschriebenen Lösungen werden aus zwei Lösungen auf der Grundlage des "gesunden Menschenverstandes" zusammengestellt, aber überhaupt nicht als strenge Lösung erhalten. Wenn man dieses Problem gelöst hat, könnte man viele besondere Ergebnisse erzielen: die Strahlung eines Dipols in einem idealen Medium ohne aktive Leitfähigkeit, die Dämpfung einer ebenen Welle in einem Halbleiter in unendlichen Abständen vom Dipol und eine Reihe anderer (einige dieser Probleme werden separat getrennt gelöst) )

Die begrenzenden Probleme des Auftretens eines Magnetfelds in einem pulsierenden elektrischen Feld und des elektrischen Potentials, das in einem pulsierenden Magnetfeld auf einem einzelnen Leiter und vielen anderen induziert wird, wurden nicht gelöst. Die Methodik der Elektrodynamik ist nicht immer unterschiedlich. Zum Beispiel ist Maxwells statisches Postulat (Gauß-Theorem), das in den Lehrbüchern der theoretischen Grundlagen der Elektrodynamik im Abschnitt Statik enthalten ist, nachdem es in einer Differentialform dargestellt wurde, bereits im Abschnitt Dynamik enthalten, obwohl sich die letztere Form der Darstellung in ihrem physikalischen Wesen nicht von der vorherigen unterscheidet. Infolgedessen wird die Verzögerung des Wertes des elektrischen Potentials D ignoriert, wenn sich die Ladungen q innerhalb des von der Oberfläche S bedeckten Raums bewegen.

Und was ist das "Vektorpotential"? Kein skalares Potential - ist es die Arbeit, eine Einheitsladung von unendlich zu einem bestimmten Punkt im Raum zu bewegen, nämlich einem Vektorpunkt? Welche physikalische Bedeutung hat er außer der Tatsache, dass er bestimmte mathematische Bedingungen erfüllen muss? Wer kann dieses Geheimnis teilen?

Die obigen Punkte sowie einige andere Überlegungen erlauben es uns nicht, die Entwicklung der Theorie des Elektromagnetismus wie jede Wissenschaft als vollständig abgeschlossen zu betrachten. Ihre weitere Entwicklung ist jedoch nur auf der Grundlage einer detaillierten qualitativen Untersuchung der in elektromagnetischen Phänomenen auftretenden Prozesse möglich.Es ist nützlich daran zu erinnern, dass wir heute und seit vielen Jahren die Theorie verwenden, die John C. Maxwell in seiner berühmten Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus, die 1873 veröffentlicht wurde, aufgestellt hat.

Nur wenige Menschen wissen, dass Maxwell in dieser Arbeit seine früheren Arbeiten von 1855-1862 zusammengefasst hat. Maxwell greift in seiner Arbeit auf die experimentelle Arbeit von M. Faraday zurück, die in der Zeit von 1821 bis 1856 veröffentlicht wurde. (Faraday veröffentlichte seine "Experimentellen Studien über Elektrizität und Magnetismus" 1859 vollständig.), Zur Arbeit von V. Thomson aus der Zeit von 1848 bis 1851, zur Arbeit von H. Helmholtz "Über die Erhaltung der Macht" von 1847, zur Arbeit von W. Rankin "Angewandte Mechanik" von 1850 und viele andere aus der gleichen Zeit. Maxwell postulierte nie etwas, wie einige Theoretiker jetzt gerne phantasieren. Alle seine Schlussfolgerungen basierten auf rein mechanischen Vorstellungen über den Äther als ideale nichtviskose und inkompressible Flüssigkeit, die Maxwell wiederholt in seinen Schriften schreibt. Der Leser kann sich mit einem Teil von Maxwells Werken vertraut machen, die von Z. A. Zeitlins Übersetzung in russischer Sprache dargelegt wurden (J. C. Maxwell. Gewählte Werke zur Theorie des elektromagnetischen Feldes. M., GITTL, 1952, 687 S.).

In den Notizen von L. Boltzmann zu Maxwells Werk "Auf den Faradayschen Kraftlinien" (1898) heißt es:

"Ich könnte sagen, dass Maxwells Anhänger in diesen Gleichungen wahrscheinlich nichts anderes als Buchstaben geändert haben. Es wäre jedoch zu viel. Natürlich sollte es nicht überraschen, dass diesen Gleichungen etwas hinzugefügt werden könnte, aber viel mehr wie wenig wurde ihnen hinzugefügt. "

Dies wurde 1898 gesagt. Und das ist jetzt, fast hundert Jahre später, völlig richtig.

Tatsächlich hörte die Theorie des Elektromagnetismus in ihrer Entwicklung auf der Ebene von Maxwell auf, der mechanische Darstellungen der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts verwendete. Zahlreiche Lehrbücher über Elektrotechnik, Elektrodynamik und Funktechnik, die im 20. Jahrhundert erschienen sind, verbessern (oder verschlechtern?) Die Präsentation, ändern aber nichts im Wesentlichen. Was fehlt heute in der Theorie des Elektromagnetismus? Erstens besteht ein Mangel an Verständnis dafür, dass jedes Modell, einschließlich des von Maxwell entwickelten Elektromagnetismusmodells, von Natur aus begrenzt ist und daher verbessert werden kann und sollte. Es besteht ein Mangel an Verständnis für die Notwendigkeit, zur Modellierung und genau zur mechanischen Modellierung des Elektromagnetismus zurückzukehren. Maxwell arbeitete nach den Konzepten des Äthers als ideal, d. H. Nichtviskose und inkompressible Flüssigkeit. Und der Äther erwies sich außerdem als Gas, sowohl als viskoses als auch als komprimierbares Gas. Dies bedeutet, dass die von Maxwell verwendeten Vorstellungen von G. Helmholtz, dass sich Wirbel nicht bilden und nicht verschwinden, sondern sich nur bewegen und verformen, dass das Zirkulationsprodukt entlang der Querschnittsfläche des Wirbels über seine gesamte Länge konstant bleibt, weit davon entfernt sind immer wahr. In einem echten Gas bilden und verschwinden Wirbel, und dies wird von Maxwell nicht berücksichtigt. Die Maxwell-Gleichungen spiegeln den Volumenprozess nicht wider, da sowohl die erste als auch die zweite Maxwell-Gleichung den Prozess in der Ebene berücksichtigen. Diese Ebene dreht sich zwar in den Koordinatenachsen, was einen dreidimensionalen Effekt erzeugt, aber tatsächlich ändert sich das Wesentliche nicht davon, die Ebene bleibt eine Ebene. Wenn der Prozess im Volumen betrachtet würde, wäre es notwendig, die Änderung der Intensität des Wirbels entlang seiner Achse zu berücksichtigen, dann würden die Prozesse der Wirbelbildung und des Zerfalls der Wirbel bis zu einem gewissen Grad abgedeckt. Aber genau das fehlt in Maxwells Gleichungen. Daher können die Probleme, bei denen diese Fragen auftreten, beispielsweise das Problem des Hertz-Dipols in einem halbleitenden Medium, mit den Maxwell-Gleichungen nicht grundlegend gelöst werden.

Von Maxwell nicht berücksichtigt wird die Tatsache der direkten Wechselwirkung eines Leiters mit einem Magnetfeld in dem Moment, in dem der Leiter dieses Feld schneidet.Das Faradaysche Gesetz, das eine direkte Folge der ersten Maxwell-Gleichung ist, ist in diesem Sinne ein beschreibendes, phänomenologisches Gesetz, ein Ferngesetz, da sich darin das Feld an einer Stelle innerhalb der Schaltung ändert und das Ergebnis dieser Änderung die EMF an der Peripherie der Schaltung ist. Und bereits heute sind signifikante Unterschiede zwischen den nach dem Faradayschen Gesetz durchgeführten Berechnungen und den Ergebnissen direkter Messungen bekannt. Der Unterschied beträgt in einigen Fällen nicht ein oder zwei Prozent, sondern mehrere Male!

Diese Liste kann bei Bedarf fortgesetzt werden.

Am wenigsten von diesen Vorwürfen kann J. K. Maxwell selbst zugeschrieben werden. Maxwells Theorie des Elektromagnetismus erwies sich als so gut, dass auf ihrer Grundlage eine Reihe der wichtigsten Bereiche der modernen Wissenschaft geschaffen, eine Vielzahl angewandter Probleme gelöst und Generationen von Forschern aufgezogen wurden. Diese Vorwürfe gelten jedoch für nachfolgende Generationen von Wissenschaftlern, die sich vorstellten, dass alles von Maxwell getan wurde und Maxwells Lehren nicht weiterentwickelten.

Ohne auf Details einzugehen, kann angemerkt werden, dass die Verwendung von Begriffen von Äther als viskoses komprimierbares Medium es ermöglichte, einige Darstellungen der Theorie des Elektromagnetismus zu klären, insbesondere einige der oben aufgeführten Paradoxe aufzulösen. Zum Beispiel bewegen sich Ladungen, obwohl sie relativ zueinander stationär bleiben, relativ zum Äther, und deshalb entsteht ein Magnetfeld, das sie zusammenzubringen beginnt.

Es stellte sich heraus, dass in der nahen Zone der Emitter ein elektrisches Längsfeld entsteht, in dem sich noch Ätherwirbel bilden. In einem solchen Feld befindet sich der Vektor der elektrischen Spannung nicht quer zur Richtung der Energiebewegung, sondern entlang dieser. Und nur in einem bestimmten Abstand von den Emittern entsteht durch die Vektoraddition solcher Felder eine Welle, in der der Vektor der elektrischen Spannung bereits senkrecht zur Richtung der Energieausbreitung steht.

Es stellte sich heraus, dass aufgrund der Kompressibilität des Äthers auch das Magnetfeld komprimiert werden kann, und diese Komprimierung ist selbst für Felder, die durch Ströme in Zehntelampere erzeugt werden, ziemlich bemerkbar. Eine experimentelle Überprüfung des Gesamtstromgesetzes, die, wie sich herausstellte, aufgrund ihrer Offensichtlichkeit von niemandem verifiziert wurde und direkt aus der zweiten Maxwell-Gleichung folgt, hat gezeigt, dass dieses Gesetz nur bei verschwindend niedrigen Magnetfeldintensitäten genau eingehalten wird. Selbst in gewöhnlichen Fällen können die Unterschiede zwischen den realen Feldstärken und den nach diesem Gesetz berechneten sehr groß sein, was die Grenzen möglicher Messfehler oder der Vernachlässigung von Kanteneffekten bei weitem überschreitet.

Es stellte sich heraus, dass es möglich war, die EMF zu berechnen, die an einem Leiter in einem pulsierenden Magnetfeld auftritt, und Experimente bestätigten die Richtigkeit dieser Berechnungen.

Es stellte sich heraus, dass es möglich war, das Konzept der "gegenseitigen Induktion von Leitern" zu entwickeln, obwohl es in der Elektrodynamik nur das Konzept der "gegenseitigen Induktion von Schaltkreisen" gibt. Dies ermöglichte es, eine Methodik zur Erzeugung von Referenzstörungen in Kommunikationsleitungen von Flugzeug-Avionikgeräten zu entwickeln, diese in das relevante GOST einzuführen und erfolgreich in der Praxis der Gewährleistung der Störfestigkeit von elektrischen Kommunikationsleitungen in der Luft einzusetzen. Und vorher hat das nicht geklappt ...

Und das ist erst der Anfang. Die Theorie des Elektromagnetismus wartet auf ihren Faraday und die modernen Maxwells. Sie können die Autorität der großen, aber längst vergangenen Wissenschaftler nicht endlos ausnutzen. Wir müssen selbst arbeiten.