Τι είναι η ηλεκτρική ενέργεια;

Παρά τις αδιαμφισβήτητες επιτυχίες της σύγχρονης θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού, τη δημιουργία με βάση τις κατευθύνσεις της, όπως η ηλεκτρολογία, η ραδιοτεχνία, η ηλεκτρονική, δεν υπάρχει κανένας λόγος να θεωρηθεί αυτή η θεωρία ολοκληρωμένη.

Το κύριο μειονέκτημα της υπάρχουσας θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού είναι η έλλειψη μοντέλων, η έλλειψη κατανόησης της ουσίας των ηλεκτρικών διεργασιών, άρα η πρακτική αδυναμία περαιτέρω ανάπτυξης και βελτίωσης της θεωρίας. Και από τους περιορισμούς της θεωρίας, ακολουθούν και πολλές εφαρμοσμένες δυσκολίες.

Δεν υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι η θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού είναι το ύψος της τελειότητας. Στην πραγματικότητα, η θεωρία έχει συσσωρεύσει αρκετές παραλείψεις και άμεσες παραδοξίες για τις οποίες έχουν επινοηθεί πολύ ανεπαρκείς εξηγήσεις ή δεν υπάρχουν καθόλου εξηγήσεις.

Για παράδειγμα, πώς να εξηγήσουμε ότι δύο αμοιβαία ακίνητα πανομοιότυπα φορτία, τα οποία υποτίθεται ότι απορρίπτονται το ένα από το άλλο σύμφωνα με τον νόμο Coulomb, έλκονται στην πραγματικότητα αν κινούνται μαζί μια σχετικά μακρά εγκαταλελειμμένη πηγή; Αλλά έλκονται, επειδή τώρα είναι ρεύματα και τα ίδια ρεύματα προσελκύονται και αυτό έχει πειραματικά αποδειχθεί.

Γιατί η ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου ανά μονάδα μήκους ενός αγωγού με το ρεύμα που παράγει αυτό το μαγνητικό πεδίο τείνει στο άπειρο αν ο αγωγός επιστροφής απομακρυνθεί; Όχι η ενέργεια ολόκληρου του αγωγού, αλλά ακριβώς ανά μονάδα μήκους, ας πούμε, ένα μέτρο;

Πώς να λύσουμε το πρόβλημα της διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται από ένα δίπολο Hertz (δηλαδή, ένα δίπολο με παραμέτρους συγκέντρωσης) τοποθετημένα σε ένα ημιαγωγό μέσο; Παρά την τετριμμένη φύση της δήλωσης, το πρόβλημα της ακτινοβολίας του διπόλου Hertz σε ένα ημιαγωγικό μέσο δεν λύθηκε ποτέ από κανέναν και οι προσπάθειες επίλυσης του συνεχώς αποτυγχάνουν. Οι λύσεις που συντάσσονται σε εγχειρίδια και βιβλία αναφοράς συγκεντρώνονται από δύο λύσεις με βάση την «κοινή λογική», αλλά δεν λαμβάνονται καθόλου ως αυστηρή λύση. Αλλά έχοντας λύσει αυτό το πρόβλημα, θα μπορούσαμε να πάρουμε πολλά ειδικά αποτελέσματα: την ακτινοβολία ενός διπόλου σε ένα ιδανικό μέσο απουσία ενεργού αγωγιμότητας, την εξασθένηση ενός επίπεδου κύματος σε ημιαγωγό σε άπειρες αποστάσεις από το δίπολο και μια σειρά άλλων (χωριστά, ορισμένα από αυτά τα προβλήματα λύνονται ξεχωριστά )

Τα περιοριστικά προβλήματα της εμφάνισης ενός μαγνητικού πεδίου σε ένα παλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο και του ηλεκτρικού δυναμικού που προκαλείται σε ένα παλλόμενο μαγνητικό πεδίο σε έναν απλό αγωγό και σε πολλά άλλα δεν έχουν λυθεί. Η μεθοδολογία της ηλεκτροδυναμικής δεν είναι πάντα διαφορετική ακολουθία. Για παράδειγμα, το στατικό postulate του Maxwell (θεώρημα Gauss) που τοποθετείται στα εγχειρίδια των θεωρητικών θεμελίων της ηλεκτροδυναμικής στο στατικό τμήμα, αφού το παρουσιάζει σε διαφορική μορφή, τοποθετείται ήδη στο τμήμα δυναμικής, αν και η τελευταία μορφή απεικόνισης δεν διαφέρει φυσικά από την προηγούμενη. Ως αποτέλεσμα, η καθυστέρηση στην τιμή του ηλεκτρικού δυναμικού D αγνοείται όταν τα φορτία q μετακινούνται εντός του χώρου που καλύπτεται από την επιφάνεια S.

Και ποιο είναι το "δυναμικό φορέα"; Δεν υπάρχει δυνητικό κανάλι - είναι το έργο της μετακίνησης μιας μονάδας φόρτισης από το άπειρο σε ένα δεδομένο σημείο στο διάστημα, δηλαδή ένα διανυσματικό; Τι φυσικό νόημα έχει, εκτός από το γεγονός ότι πρέπει να ικανοποιεί ορισμένες μαθηματικές συνθήκες; Ποιος μπορεί να μοιραστεί αυτό το μυστικό;

Τα παραπάνω σημεία, καθώς και κάποιες άλλες σκέψεις, δεν μας επιτρέπουν να εξετάσουμε την ανάπτυξη της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού, όπως κάθε επιστημονική, ολοκληρωτικά ολοκληρωμένη. Ωστόσο, η περαιτέρω εξέλιξή της είναι δυνατή μόνο με βάση μια λεπτομερή ποιοτική εξέταση των διεργασιών που συμβαίνουν σε ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα.Είναι χρήσιμο να υπενθυμίσουμε ότι σήμερα και για πολλά χρόνια χρησιμοποιούμε τη θεωρία που παρουσίασε ο John C. Maxwell στη διάσημη του έκθεση για την ηλεκτρική ενέργεια και τον μαγνητισμό, που δημοσιεύθηκε το 1873.

Λίγοι γνωρίζουν ότι σε αυτό το έργο ο Maxwell συνοψίζει τα προηγούμενα έργα του 1855-1862. Στο έργο του, ο Maxwell βασίζεται στο πειραματικό έργο του Μ. Faraday, το οποίο δημοσιεύθηκε την περίοδο 1821-1856. (Ο Faraday δημοσίευσε εντελώς τις «Πειραματικές Μελέτες Ηλεκτρισμού και Μαγνητισμού» το 1859), στο έργο του Β. Thomson της περιόδου 1848-1851, στο έργο του H. Helmholtz «για τη διατήρηση της εξουσίας» του 1847, στο έργο του W. Rankin "Εφαρμοσμένη Μηχανική" του 1850 και πολλά άλλα της ίδιας χρονικής περιόδου. Ο Maxwell δεν θέλησε ποτέ τίποτα, όπως κάποιοι θεωρητικοί επιθυμούν να φαντασιώσουν τώρα, όλα τα συμπεράσματά του βασίστηκαν σε καθαρά μηχανικές ιδέες για τον αιθέρα ως ένα ιδεώδες και ασυμπίεστο υγρό, το οποίο ο Maxwell γράφει επανειλημμένα στα γραπτά του. Ο αναγνώστης μπορεί να εξοικειωθεί με ένα μέρος των έργων του Μαξγουέλ που εκτίθενται στη ρωσική από την μετάφραση του Ζ. Α. Zeitlin (J.C. Maxwell, Elected work on theory of electromagnetic field, M.GITTL, 1952, 687 pp.).

Στις σημειώσεις του L. Boltzmann προς το έργο του Maxwell «Στις σειρές δυνάμεων Faraday» (1898) σημειώνεται:

"Θα μπορούσα να πω ότι οι οπαδοί του Maxwell σε αυτές τις εξισώσεις μάλλον δεν άλλαξαν τίποτα παρά γράμματα, αλλά θα ήταν πάρα πολύ. Φυσικά, δεν πρέπει να εκπλήσσει κανείς ότι κάτι τέτοιο θα μπορούσε να προστεθεί σε αυτές τις εξισώσεις αλλά πολύ περισσότερο πόσο λίγο έχει προστεθεί σε αυτά. "

Αυτό ειπώθηκε το 1898. Και αυτό είναι εντελώς αλήθεια τώρα, σχεδόν εκατό χρόνια αργότερα.

Στην πραγματικότητα, η θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού σταμάτησε στην ανάπτυξή της στο επίπεδο του Maxwell, ο οποίος χρησιμοποίησε μηχανικές απεικονίσεις του πρώτου μισού του 19ου αιώνα. Πολλά εγχειρίδια για την ηλεκτρολογία, την ηλεκτροδυναμική και τη ραδιοτεχνία, που εμφανίστηκαν στον εικοστό αιώνα, βελτιώνουν (ή επιδεινώνουν;) την έκθεση, αλλά δεν αλλάζουν τίποτα στην ουσία. Τι λείπει σήμερα η θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού; Καταρχάς, δεν υπάρχει κατανόηση ότι οποιοδήποτε μοντέλο, συμπεριλαμβανομένου του μοντέλου ηλεκτρομαγνητισμού που αναπτύχθηκε από τον Maxwell, είναι περιορισμένης φύσης και επομένως μπορεί και πρέπει να βελτιωθεί. Υπάρχει μια έλλειψη κατανόησης της ανάγκης να επιστρέψουμε στο μοντελοποίηση και ακριβώς στη μηχανική μοντελοποίηση του ηλεκτρομαγνητισμού. Ο Maxwell λειτούργησε στις ιδέες του αιθέρα ως ιδανικό, δηλ., Το ομόλογο και το ασυμπίεστο υγρό. Και ο αιθέρας αποδείχθηκε ότι είναι αέριο και αέριο, τόσο παχύρρευστο και συμπιεστό. Αυτό σημαίνει ότι οι ιδέες του Γ. Helmholtz που χρησιμοποιούνται από τον Maxwell, για παράδειγμα, ότι οι δίνες δεν σχηματίζονται και δεν εξαφανίζονται, αλλά μετακινούνται και παραμορφώνονται μόνο, ότι το προϊόν της κυκλοφορίας κατά μήκος της διατομής του στροβίλου παραμένει σταθερό σε όλο το μήκος του, πάντα αλήθεια. Σε ένα πραγματικό αέριο, οι δίνες σχηματίζουν και εξαφανίζονται και αυτό δεν λαμβάνεται υπόψη από τον Maxwell. Οι εξισώσεις Maxwell δεν αντικατοπτρίζουν τη διαδικασία στον όγκο, αφού τόσο η πρώτη όσο και η δεύτερη εξίσωση Maxwell θεωρούν τη διαδικασία στο επίπεδο. Είναι αλήθεια ότι αυτό το επίπεδο περιστρέφεται στους άξονες των συντεταγμένων, πράγμα που δημιουργεί ένα τρισδιάστατο αποτέλεσμα, αλλά στην πραγματικότητα η ουσία δεν αλλάζει από αυτό, το αεροπλάνο παραμένει ένα αεροπλάνο. Εάν η διαδικασία θεωρήθηκε σε όγκο, τότε θα ήταν απαραίτητο να εξεταστεί η μεταβολή της έντασης του στροβίλου κατά μήκος του άξονά του, τότε οι διεργασίες σχηματισμού στροβίλων και αποσύνθεσης των στροβίλων θα καλύπτονταν σε κάποιο βαθμό. Αλλά αυτό ακριβώς λείπει από τις εξισώσεις του Maxwell. Επομένως, τα προβλήματα στα οποία προκύπτουν αυτά τα ζητήματα, για παράδειγμα, το πρόβλημα του διπόλου Hertz σε ένα ημιαγωγό μέσο, ​​δεν μπορούν να λυθούν βασικά χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις Maxwell.

Δεν λαμβάνεται υπόψη από τον Maxwell είναι το γεγονός της άμεσης αλληλεπίδρασης ενός αγωγού με ένα μαγνητικό πεδίο τη στιγμή που ο αγωγός τέμνει αυτό το πεδίο.Ο νόμος Faraday, που αποτελεί άμεση συνέπεια της πρώτης εξίσωσης του Maxwell, είναι ένας περιγραφικός, φαινομενολογικός νόμος, ένας νόμος μεγάλης εμβέλειας, δεδομένου ότι σε αυτό το πεδίο αλλάζει σε ένα σημείο μέσα στο κύκλωμα και το αποτέλεσμα αυτής της αλλαγής είναι το EMF στην περιφέρεια του κυκλώματος. Και σήμερα, είναι ήδη γνωστές σημαντικές διαφορές μεταξύ των υπολογισμών που πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τον νόμο Faraday και των αποτελεσμάτων των άμεσων μετρήσεων. Η διαφορά σε ορισμένες περιπτώσεις δεν είναι ένα ή δύο τοις εκατό, αλλά αρκετές φορές!

Ο κατάλογος αυτός μπορεί να συνεχιστεί εάν είναι απαραίτητο.

Λίγο από όλες αυτές τις επιλήψεις μπορεί να αποδοθεί στον Ι.Κ. Maxwell ο ίδιος. Η θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού του Maxwell αποδείχτηκε τόσο καλή ώστε στη βάση του δημιουργήθηκαν αρκετοί από τους σημαντικότερους τομείς της σύγχρονης επιστήμης, επιλύθηκαν τεράστιοι αριθμοί εφαρμοσμένων προβλημάτων και δημιουργήθηκαν γενιές ερευνητών. Αλλά αυτές οι κατηγορίες είναι αληθείς σε σχέση με τις επόμενες γενιές επιστημόνων που φαντάστηκαν ότι όλα έγιναν από τον Maxwell και δεν ανέπτυξαν περαιτέρω τις διδασκαλίες του Maxwell.

Χωρίς να βρεθεί σε λεπτομέρειες, μπορεί να σημειωθεί ότι η χρήση των εννοιών του αιθέρα ως ιξώδους συμπιέσιμου μέσου επέτρεψε να διευκρινιστούν κάποιες αναπαραστάσεις της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού, ειδικότερα, να επιλυθούν μερικά από τα παραδοξάματα που αναφέρονται παραπάνω. Οι κινούμενες χρεώσεις, για παράδειγμα, αν και παραμένουν στάσιμες σε σχέση με το άλλο, κινούνται σε σχέση με τον αιθέρα και γι 'αυτό δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο αρχίζει να τις συγκεντρώνει.

Αποδείχθηκε ότι στην κοντινή ζώνη των εκπομπών, δημιουργείται ένα διαμήκες ηλεκτρικό πεδίο στο οποίο εξακολουθούν να σχηματίζονται αιωρήματα αιθέρα. Σε ένα τέτοιο πεδίο, ο φορέας της ηλεκτρικής τάσης βρίσκεται όχι σε όλη την κατεύθυνση της κίνησης της ενέργειας, αλλά κατά μήκος της. Και μόνο σε κάποια απόσταση από τους εκπομπούς ως αποτέλεσμα της προσθήκης διανυσμάτων τέτοιων πεδίων, σχηματίζεται ένα κύμα στο οποίο ο φορέας ηλεκτρικής τάσης είναι ήδη κάθετος προς την κατεύθυνση της διάδοσης της ενέργειας.

Αποδείχθηκε ότι λόγω της συμπιεστότητας του αιθέρα, το μαγνητικό πεδίο μπορεί επίσης να συμπιεστεί και αυτή η συμπίεση είναι αρκετά αισθητή ακόμα και για πεδία που δημιουργούνται από ρεύματα στα δέκατα του αμπέρ. Μια πειραματική επαλήθευση του συνολικού ισχύοντος νόμου, ο οποίος, όπως αποδείχθηκε, ουδέποτε επαληθεύθηκε από κανέναν εξαιτίας της προφανής του και η οποία προκύπτει άμεσα από τη δεύτερη εξίσωση Maxwell, έδειξε ότι αυτός ο νόμος παρατηρείται επακριβώς μόνο με εντυπωσιακά χαμηλές εντάσεις μαγνητικού πεδίου. Ακόμη και σε συνηθισμένες περιπτώσεις, οι διαφορές μεταξύ των πραγματικών ισχυρών πεδίων και εκείνων που υπολογίζονται σύμφωνα με αυτόν τον νόμο μπορεί να είναι πολύ μεγάλες, οι οποίες υπερβαίνουν κατά πολύ τα όρια των πιθανών σφαλμάτων μέτρησης ή των παραμελημένων αποτελεσμάτων.

Αποδείχθηκε ότι είναι δυνατόν να υπολογιστεί το EMF που προκύπτει σε έναν αγωγό τοποθετημένο σε ένα παλλόμενο μαγνητικό πεδίο και τα πειράματα επιβεβαίωσαν την ορθότητα αυτών των υπολογισμών.

Αποδείχθηκε ότι είναι δυνατόν να δημιουργηθεί η έννοια της "αμοιβαίας επαγωγής αγωγών", αν και στην ηλεκτροδυναμική υπάρχει μόνο η έννοια της "αμοιβαίας επαγωγής κυκλωμάτων". Αυτό επέτρεψε να αναπτυχθεί μια μεθοδολογία για τη δημιουργία παρεμβολών αναφοράς στις γραμμές επικοινωνίας του αεροηλεκτρονικού εξοπλισμού του αεροσκάφους, να εισαχθεί στο σχετικό GOST και να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην πρακτική της εξασφάλισης ασυμβατότητα με θόρυβο των εναέριων γραμμών ηλεκτρικής επικοινωνίας. Και πριν από αυτό δεν λειτούργησε ...

Και αυτό είναι μόνο η αρχή. Η θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού περιμένει τον Faraday και τους σύγχρονους Maxwells. Δεν μπορείτε να εκμεταλλευτείτε ατέλειωτα την εξουσία των σπουδαίων αλλά μακρόχρονων επιστημόνων. Πρέπει να δουλέψουμε.