Kas ir elektrība?

Neskatoties uz neapstrīdamajiem mūsdienu elektromagnētisma teorijas panākumiem, tādu virzienu kā elektrotehnika, radiotehnika un elektronika radīšana, pamatojoties uz to, nav pamata uzskatīt šo teoriju par pilnīgu.

Galvenais esošās elektromagnētisma teorijas trūkums ir modeļa koncepciju trūkums, izpratnes trūkums par elektrisko procesu būtību; līdz ar to teorijas turpmākās attīstības un pilnveidošanas praktiskā neiespējamība. No teorijas ierobežojumiem izriet arī daudzas lietišķās grūtības.

Nav pamata uzskatīt, ka elektromagnētisma teorija ir pilnības virsotne. Faktiski teorijā ir uzkrāta virkne izlaidumu un tiešu paradoksu, kuriem ir izgudroti ļoti neapmierinoši skaidrojumi, vai tādu vispār nav.

Piemēram, kā izskaidrot, ka faktiski tiek piesaistīti divi savstarpēji nekustīgi identiski lādiņi, kurus saskaņā ar Kulona likumu paredzēts atgrūzt viens no otra, ja tie pārvietojas kopā ar salīdzinoši sen pamestu avotu? Bet tos piesaista, jo tagad tie ir straumes, un tiek piesaistītas identiskas straumes, un tas ir eksperimentāli pierādīts.

Kāpēc elektromagnētiskā lauka enerģijai uz diriģenta garuma vienību ar strāvu, kas rada šo magnētisko lauku, ir tendence uz bezgalību, ja atgriezes diriģents tiek attālināts? Ne visa vadītāja enerģija, bet precīzi viena garuma vienība, teiksim, viens metrs?

Kā atrisināt elektromagnētisko viļņu izplatīšanās problēmu, ko rada pusvadošā vidē ievietots herca dipols (tas ir, dipols ar saliktiem parametriem)? Neskatoties uz apgalvojuma triviālo raksturu, Herca dipola starojuma problēmu pusvadošā vidē nekad neviens neatrisināja, un mēģinājumi to vienmēr atrisināt neizdevās. Mācību grāmatās un uzziņu grāmatās rakstītie risinājumi ir apkopoti no diviem risinājumiem, balstoties uz “veselo saprātu”, bet vispār netiek iegūti kā stingrs risinājums. Bet, atrisinot šo problēmu, var iegūt daudzus īpašus rezultātus: dipola starojums ideālā vidē, ja nav aktīvas vadītspējas, pusvadītāja plaknes viļņa vājināšanās bezgalīgos attālumos no dipola un virkne citu (atsevišķi dažas no šīm problēmām tiek risinātas atsevišķi )

Ierobežojošās problēmas, kas saistītas ar magnētiskā lauka parādīšanos pulsējošā elektriskā laukā, un elektriskā potenciāla, ko izraisa pulsējošs magnētiskais lauks uz viena vadītāja, un daudziem citiem, nav atrisinātas. Elektrodinamikas metodika ne vienmēr ir atšķirīga secība. Piemēram, Maksvela statiskais postulāts (Gausa teorēma), kas ievietots statiku sadaļā elektrodinamikas teorētisko pamatu mācību grāmatās, pēc iepazīstināšanas ar to diferenciālā formā, jau ir ievietots dinamikas sadaļā, lai gan pēdējais attēlojuma veids fiziskajā būtībā neatšķiras no iepriekšējā. Tā rezultātā elektriskā potenciāla D aizkavēšanos neņem vērā, kad lādiņi q pārvietojas telpā, kuru sedz virsma S.

Un kāds ir "vektora potenciāls"? Nav skalārā potenciāla - vai tas ir vienības lādiņa pārvietošana no bezgalības uz noteiktu punktu telpā, proti, uz vektoru? Kāda fiziska nozīme viņam ir papildus tam, ka viņam ir jāizpilda noteikti matemātiskie nosacījumi? Kas var dalīties ar šo noslēpumu?

Iepriekš minētie punkti, kā arī daži citi apsvērumi neļauj mums uzskatīt par pilnībā pabeigtu elektromagnētisma teorijas attīstību, tāpat kā jebkuru citu zinātni. Tomēr tā tālāka attīstība ir iespējama tikai, pamatojoties uz detalizētu kvalitatīvu procesu pārbaudi, kas notiek elektromagnētiskās parādībās.Ir lietderīgi atcerēties, ka šodien un daudzus gadus mēs izmantojam teoriju, kuru Džons C. Maksvels izvirzīja savā slavenajā traktātā par elektrību un magnētismu, kas publicēts 1873. gadā.

Tikai daži cilvēki zina, ka šajā darbā Maksvels apkopoja savus iepriekšējos darbus no 1855. līdz 1882. Savā darbā Maksvels izmanto M. Faradija eksperimentālo darbu, kas publicēts laika posmā no 1821. līdz 1856. (Faraday pilnībā publicēja savu "Eksperimentālos pētījumus par elektrību un magnētismu" 1859. gadā.), Par V. Thomsona darbu no 1848. līdz 1811. gadam, par H. Helmholtz darbu "Par enerģijas saglabāšanu" 1847. gadā līdz W. Rankin darbam. 1850. gada "lietišķā mehānika" un daudzi citi tajā pašā laika posmā. Maksvels nekad neko postulēja, jo dažiem teorētiķiem tagad patīk fantazēt, visi viņa secinājumi bija balstīti uz tīri mehāniskām idejām par ēteri kā ideālu neredzamu un nesaspiežamu šķidrumu, par kuru Maksvels atkārtoti rakstījis savos rakstos. Lasītājs var iepazīties ar daļu no Maksvela darbiem, kas krievu valodā izklāstīti Z. A. Zeitlin tulkojumā (J. C. Maxwell. Izvēlētie darbi par elektromagnētiskā lauka teoriju. M., GITTL, 1952, 687 lpp.).

L. Boltzmanna piezīmēs par Maksvela darbu "Uz Faradejas spēka līnijām" (1898) ir norādīts:

"Es varētu teikt, ka Maksvela sekotāji šajos vienādojumos, iespējams, neko nemainīja, bet tikai burtus. Tomēr tas būtu par daudz. Protams, nav jābrīnās, ka šiem vienādojumiem var pievienot kaut ko, bet vēl daudz vairāk cik maz viņiem ir pievienots. "

Tas tika teikts 1898. gadā. Un tas ir pilnīgi taisnība tagad, gandrīz simts gadus vēlāk.

Faktiski elektromagnētisma teorija apstājās savā attīstībā Maksvela līmenī, kurš izmantoja 19. gadsimta pirmās puses mehāniskos attēlojumus. Neskaitāmās elektrotehnikas, elektrodinamikas un radiotehnikas mācību grāmatas, kas parādījās divdesmitajā gadsimtā, uzlabo (vai pasliktina?) Prezentāciju, bet neko nemaina pēc būtības. Kas šodien trūkst elektromagnētisma teorijā? Pirmkārt, trūkst izpratnes par to, ka jebkuram modelim, ieskaitot Maksvela izstrādāto elektromagnētisma modeli, ir ierobežots raksturs, tāpēc to var un vajadzētu uzlabot. Trūkst izpratnes par nepieciešamību atgriezties pie modelēšanas un precīzi pie elektromagnētisma mehāniskās modelēšanas. Maksvels darbojās ar ētera jēdzieniem kā ideālu, t.i., neredzamu un nesaspiežamu šķidrumu. Un ēteris izrādījās gāze, turklāt gāze gan viskoza, gan saspiežama. Tas nozīmē, ka, piemēram, Maksvela izmantotās G. Helmholtz idejas, ka virpuļi neveidojas un nepazūd, bet tikai pārvietojas un deformējas, ka cirkulācijas produkts visā virpuļa šķērsgriezuma laukumā paliek nemainīgs visā garumā, ir tālu no vienmēr taisnība. Īstā gāzē virpuļi gan veidojas, gan pazūd, un Maksvels to neņem vērā. Maksvela vienādojumi neatspoguļo procesu apjomā, jo gan pirmais, gan otrais Maksvela vienādojums aplūko procesu plaknē. Tiesa, tad šī plakne griežas koordinātu asīs, kas rada trīsdimensiju efektu, bet patiesībā būtība no tā nemainās, plakne paliek plakne. Ja process tika ņemts vērā apjomā, tad būtu jāapsver virpuļplūsmas intensitātes izmaiņas gar savu asi, tad virpuļa veidošanās un virpuļu sabrukšanas procesi zināmā mērā tiktu aptverti. Bet tas ir tieši tas, kas trūkst no Maksvela vienādojumiem. Un tāpēc tās problēmas, kurās rodas šie jautājumi, piemēram, Herca dipola problēmu pusvadošā vidē, nevar principiāli atrisināt, izmantojot Maksvela vienādojumus.

Maksvels nav ņēmis vērā faktu, ka diriģents tieši mijiedarbojas ar magnētisko lauku brīdī, kad diriģents šķērso šo lauku.Faradejas likums, kas ir tiešas pirmā Maksvela vienādojuma sekas, šajā nozīmē ir aprakstošs, fenomenoloģisks likums, tāla darbības likums, jo tajā lauks mainās vienā vietā, ķēdes iekšpusē, un šo izmaiņu rezultāts ir EML ķēdes perifērijā. Un šodien jau ir zināmas būtiskas atšķirības starp aprēķiniem, kas veikti saskaņā ar Faraday likumu, un tiešo mērījumu rezultātiem. Dažos gadījumos atšķirība nav viena vai divu procentu, bet vairākas reizes!

Šo sarakstu var turpināt, ja nepieciešams.

Vismazākos šos pārmetumus var attiecināt uz pašu J. K. Maksvelu. Maksvela elektromagnētisma teorija izrādījās tik laba, ka uz tās pamata tika izveidotas vairākas svarīgākās mūsdienu zinātnes jomas, tika atrisināts milzīgs skaits lietišķo problēmu un tika audzinātas pētnieku paaudzes. Bet šie pārmetumi ir patiesi attiecībā uz nākamajām zinātnieku paaudzēm, kuri iedomājās, ka visu ir izdarījis Maksvels, un tālāk neizstrādāja Maksvela mācības.

Neiedziļinoties detaļās, var atzīmēt, ka ētera jēdzienu kā viskozas saspiežamas vides izmantošana ļāva izskaidrot dažus elektromagnētisma teorijas attēlojumus, jo īpaši, lai atrisinātu dažus no iepriekš uzskaitītajiem paradoksiem. Piemēram, kustīgās lādiņas, kaut arī tās paliek nekustīgas viena pret otru, pārvietojas attiecībā pret ēteri, un tāpēc rodas magnētiskais lauks, kas sāk tās apvienot.

Izrādījās, ka emitētāju tuvākajā zonā rodas gareniskais elektriskais lauks, kurā joprojām veidojas ētera virpuļi. Šādā laukā elektriskās spriedzes vektors atrodas nevis enerģijas kustības virzienā, bet gan gar to. Un tikai noteiktā attālumā no emitētājiem šādu lauku vektora pievienošanas rezultātā veidojas vilnis, kurā elektriskās spriedzes vektors jau ir perpendikulārs enerģijas izplatīšanās virzienam.

Izrādījās, ka ētera saspiežamības dēļ var tikt saspiests arī magnētiskais lauks, un šī saspiešana ir diezgan pamanāma pat laukiem, kurus straumes rada ampēru desmitajās daļās. Kopējā pašreizējā likuma eksperimentālā pārbaude, kuru, kā izrādījās, nekad nav pārbaudījusi tās acīmredzamības dēļ un kas tieši izriet no otrā Maksvela vienādojuma, ir parādīts, ka šis likums tiek precīzi ievērots tikai ar pazuduši zemu magnētiskā lauka intensitāti. Pat parastos gadījumos atšķirības starp reālajām lauka intensitātēm un tām, kas aprēķinātas saskaņā ar šo likumu, var būt ļoti lielas, kas ievērojami pārsniedz iespējamo mērījumu kļūdu robežas vai novārtā atstāto malu efektus.

Izrādījās, ka ir iespējams aprēķināt EML, kas rodas uz diriģenta, kurš ievietots pulsējošā magnētiskajā laukā, un eksperimenti apstiprināja šo aprēķinu pareizību.

Izrādījās, ka ir iespējams izveidot "vadītāju savstarpējas indukcijas" jēdzienu, kaut arī elektrodinamikā pastāv tikai jēdziens "ķēžu savstarpēja indukcija". Tas ļāva izstrādāt metodiku atsauces traucējumu radīšanai gaisa kuģu avionikas aprīkojuma sakaru līnijās, ieviest to attiecīgajā GOST un veiksmīgi izmantot to praksē, nodrošinot gaisā esošu elektrisko sakaru līniju izturību pret troksni. Un pirms tam tas neizdevās ...

Un tas ir tikai sākums. Elektromagnētisma teorija gaida savu Faraday un mūsdienu Maxwells. Jūs nevarat bezgalīgi izmantot lielo, bet sen aizgājušo zinātnieku autoritāti. Mums pašiem jāstrādā.