УДК 872 Основы безвихревой электродинамики. Кузнецов Ю.Н. Часть1. Потенциальное магнитное поле. На примере механического воздействия на тело даётся представление о симметрийно-физических переходах в природных явлениях. Распространение идеи переходов на магнитостатику предсказывает существо-вание потенциального магнитного поля. Излагаются логические доказательства истинности предсказания. Даётся описание подтверждающих экспериментов.Симметрийно-физический переход в механическом явлении.
Геометрии природных явлений и участвующих в них объектов обладают той, или иной степенью симметрии. В настоящей статье затрагиваются предельные цилиндрооб-разный и шарообразный варианты, характеризуемые преобразованием явления (объекта) самого в себя при непрерывном повороте вокруг одной, или двух имеющихся осей сим-метрии.Согласно фактам предельная симметрия больше, чем разновидность геометриче-ской формы. Она реально проявляет себя как действенная сторона явления, нахо-дящаяся в неразрывной связи с физическими свойствами участников и причинно-следственными отношениями между ними. Зависимость физики явления от степени его предельной геометрической симметрии зримо проявляется в процессе практического осуществления симметрийного перехода, который происходит всегда ступенчато.
В качестве примера приведём симметрийно-физический переход в области механи-ческих явлений. В таблице 1 иллюстрируется факт физического перехода в явлении си-лового воздействия на тело при повороте одной из двух однонаправленных сил ( ) на 180°. Таблица 1 При изменении симметрии действующих сил ускорение тела сменяется его деформа-цией, а вместо инерционного проявляется другое своё же свойство тела - его упругость.
Ньютоновская причинно-следственная связь переходит в гуковскую. Симметрийно-физический переход в магнитостатике. Симметрийный аспект.По аналогии с механическим примером возможен переход физических свойств магнитного поля (таблица 2) при повороте одного из двух однона-правленных токов (i2) на 180°. Известные электромагнитные поля, с точки зрения их геометрической структуры, обладают либо замкнутыми, либо разомкнутыми силовыми линиями.
Других вариантов в электромагнетизме нет. . Поэтому безальтернативно выдвигается предположение о замене в центрально-симметричной магнитостатике исходного циркуляционного свойства магнитного поля с цилиндрообразной симметрией на потенциальное, обладающее шарообразной симметри- Таблица 2. ей, подобной симметрии поля электрического заряда.
Новое отношение между централь-но-симметричным токовым источником и его более симметричным потенциальным маг-нитным полем предполагается аналогичным гауссовой причинно-следственной связи для электростатики. В природном явлении предельные симметрии причины и следствия не могут быть разными.Исскуственный перевод причины (токового источника) к более симметричному виду предположительно сопровождается аналогичным переходом в следствии (в магнитном поле). Идея о потенциальном магнитном поле с шарообразной симметрией присутствует в гипотезе Дирака о магнитном микромонополе.
Физический аспект. Известные знания о протяжённых структурах полей получены из эмпирических фактов о результатах их локальных воздействий на электрические заряды.Следовательно, предполагаемый переход к другой структуре магнитного поля может быть подтверждён только доказательством перехода к другой направленности локальных магнитных сил в рамках их релятивистской природы.
Для ясного понимания причины и непосредственного видения механизма такого пе-рехода в последующем изложении приводятся в сопоставлении два одинаковых по своей сути примера, сочетающих логику и очевидность.Первый наглядно-логический пример предложен лауреатом нобелевской премии профессором Э. Парселлом [1]. В нем положительный пробный заряд Q ортогонально сближается с двумя однонаправленными токами зарядов i1, i2 (Рис.1). Чёрные кружки обозначают положительные токовые заряды, движущиеся вдоль указанного стрелками направления тока. А светлые – отрицательные, движущиеся в противоположном направ-лении. Рассмотрение идёт в системе покоя пробного заряда.
В таком случае наклонённые векторы суммарных скоростей ∑V характеризуют как движение зарядов в проводнике, так и их сближение с покоящимся пробным зарядом. Наклонёнными оказываются и ре-лятивистски «сплющенные» диаграммы силовых линий полей токовых зарядов.Суть парселловской идеи в том, что в областях сгущений силовых линий воздействие каждого токового заряда на пробный усиливается, а в областях разряжения - уменьшает-ся. Общая релятивистская составляющая силового воздействия при однонаправленных токах наглядно представляется ориентированной поперечно к скорости движения проб-ного заряда и подчиняющейся правилу левой руки. Автором был предложен [2] аналогичный пример, основывающийся на той же парселловской идее. В нём, как и в таблице 2, всего лишь изменяется на 180° на-правление тока i2, сопровождаемое соответствующим поворотом диаграмм релятивист-ских «сплющиваний». В результате общая релятивистская составляющая силового воз-действия становится ориентированной вдоль скорости движения пробного заряда (Рис.2). Форма и количество релятивистского эффекта в поле каждого движущегося заряда, как в однонаправленных, так и в центрально-симметричных токах, соответствуют специальной теории относительности.
Разнятся лишь симметрии их наложения в области пробного заряда, что и является истинной причиной существования поперечного и продольного направлений магнитной силы. Рис.2 Изменению магнитообрузующего свойства токового источника (более симметрич-ному сочетанию диаграмм релятивистских эффектов) соответствует изменение взаимо-действующего свойства общего поля движущихся зарядов (более симметричная направ-ленность магнитной силы). Примером монопольного источника потенциального магнитного поля является рав-номерное в обе стороны растяжение упругой электрически заряженной нити, приводя- щее к образованию центрально-симметричных (противонаправленных) токов переноса зарядов.
Материальный аспект.
Приведенное обоснование подтвердим другим подходом, опирающимся на фундаментальные природные принципы.
В удалённых от центрально-симметричного токового источника локальных областях пространства геометрическое суммирование равных и противоположно направленных векторов магнитной напряжённости Н и магнитного потенциала А везде даёт в итоге нуль-векторы.Математически корректные нуль-векторы с физической точки зрения ир-рациональны, поскольку не отвечают принципу наблюдаемости (измеряемости) природ-ного объекта.
Вместе с тем, после осуществления симметрийного перехода магнитная энергия во всём пространстве остаётся неизменной, поскольку составляющие однонаправленных и центрально-симметричных токов i1, i2, расположены на одной прямой линии (Рис.1,2). В обоих случаях нет причин для превращения даже части магнитной энергии в другие формы при условном сближении вдоль общей прямой линии левой и правой токовых со-ставляющих из бесконечности, так как на всей её протяжённости магнитное поле равно нулю. Поэтому однонаправленные и противонаправленные токовые составляющие оди-наково не взаимодействуют между собой ни силовым, ни индукционным способами.
При использовании известных знаний для описания магнитного поля противотоков выявляется истинное противоречие между результатами применения принципов супер-позиции и сохранения энергии – физически иррациональное нуль-векторное поле обла-дает реальной магнитной энергией.
Его разрешение начнём с первого естественного утверждения о необходимости соз-дания другого теоретического описания, адекватного центрально-симметричной магни-тостатике.Вторым пунктом теоретически обоснованно утверждается, что, вследствие сохране-ния магнитной энергии (следовательно – и взаимодействующих свойств поля), в новом теоретическом описании для характеристик локальных плотностей энергий сохраняются модули, векторы которых утратили свойство направленности.
Эти модули образуют не-однородное скалярное поле. Третий пункт является центральным в разрешении противоречия.Полагается, что градиент радиально ориентированной неоднородности скалярного поля модулей взаимно скомпенсировавшихся векторов магнитного потенциала (оно линейно зависит от рас-стояния до токового источника) описывает новые радиально ориентированные векторы магнитной напряжённости . (1) Последним пунктом итогово констатируется следующее понимание противоречия и его разрешения.
В условиях запрета принципом суперпозиции на образование центрально-симметричными противотоками циркуляционного свойства общего магнитного поля взамен, в меру сохраняющейся магнитной энергии, неизбежно образуется дру-гое известное полевое свойство – потенциальное.Нуль-векторная полевая ситуация свидетельствует не о взаимной компенсации на-кладывающихся магнитных полей токовых зарядов, что нарушало бы принцип сохране-ния энергии, а лишь исходных циркуляционных свойств.
Опытная регистрация эффекта стационарного потенциального магнитного поля. Стационарное потенциальное магнитное поле не взаимодействует силовым образом с замкнутыми токами, с постоянными магнитами. Для его обнаружения использовался магнито-термический эффект, аналогичный из-вестному охлаждению электропроводника циркуляционным магнитным полем.Уменьшение температуры электропроводника объясняется уменьшением энтропии системы заряженных частиц в нём в связи с некоторым упорядочением их движения магнитным полем.
Потенциальное магнитное поле, в отличие от циркуляционного, спо собно изменять не только траекторную, но и скоростную картину движения заряженных частиц. В качестве охлаждаемого тела в опытах использовался полупроводниковый. кри-сталл стабилитрона.Наличие у него сильной температурно-омической связи (200 кОм/град. в обратном направлении в интервале 0,8 1,9 мОм) позволяло фиксировать магнито-термический эффект (МТЭ) по регистрируемому цифровым омметром увеличе-нию омического сопротивления стабилитрона.
В качестве дипольного источника потенциального магнитного поля применялись противонаправленные токи в паре рядом расположенных в одной плоскости прямоуголь-ных многовитковых ( n = 300) рамок с стационарным током (i = 0,55 А в каждой). На рисунках 3,4 показаны схемы опытов. Рис.3 Рис.4 Стабилитрон размещался в латунной экранирующей втулке.С целью разделения во времени магнитного охлаждения кристалла стабилитрона и его нагрева джоулевым теп-лом (НДТ) термозащитный кожух выполнен из алебастра и имеет массу, равную 0,5 кг. Свободно пропуская магнитное поле, он в значительной мере аккумулирует в себе первоначальный слабый поток джоулева тепла, задерживая на некоторое время его влия-ние на стабилитрон.
В начале каждого опыта, в отсутствии исследуемого поля, оценивалась теплообмен-ная ситуация между стабилитроном и окружающим пространством (зона I графиков). Горизонтальная ломанная линия на первом участке графика указывает на неизмен-ность во времени температуры стабилитрона.
В зоне II подъём ломанной линии графика над горизонтальной средней указывает на увеличение омического сопротивления стабилитрона под воздействием магнитного ох-лаждения и этот факт является опытным доказательством образования центрально- симметричными токами потенциального магнитного поля. Иного объяснения наблюдае-мому факту автор не находит. В ряде опытов экранирующая втулка с стабилитроном размещалась внутри толсто-стенной стальной втулки (d = 1, 4 см, D = 3, 2 см ℓ = 6,5 см.). Однако проявление магни-то-термического эффекта по-прежнему имело место, что подтверждает естественное предположение об отсутствии взаимодействия потенциального магнитного поля с спино-выми магнитными моментами ферромагнитного материала.
Второй опытный факт явля-ется весомым дополнением к искомому доказательству. В зоне III проявлялось преимущественное влияние джоулева тепла, образуемого то-ками в рамках.
Ломанная линия графика уходит вниз вследствие нагревания экранирую-щей втулки и стабилитрона тепловым потоком, преодолевшим тепловую защиту. В экспериментах с однонаправленными стационарными токами в паре рамок (Рис.4) магнитное охлаждение заметным образом не проявлялось.Опытная регистрация эффекта переменного потенциального магнитного поля. Из математической модели безвихревой электродинамики [ 2 ] имеем следующую формулу для вычисления ЭДС, образуемой в проводнике посредством бесциркуляцион-ного магнитного поля е , (2) которая упрощается в приближении однородности поля е = d/dt ℓІ (3) По сравнению с вихревой электродинамикой в (3) вместо площади поверхности ото-бражается квадрат протяжённости проводника.
Мощность потерь электромагнитной энергии поперечной ЭМВ в проводнике пропор-циональна площади его поверхности, ортогональной вектору потока плотности электро-магнитной энергии N1 = 0,5 ZВ ∫ НІdf, (4) где ZВ описывает волновое сопротивление проводника.
Для случая безвихревого электромагнитного поля площадь поверхности заменяется квадратом длины проводника, ориентированного вдоль вектора потока плотности элек-тромагнитной энергии (вдоль возвратно-поступательных индукционных токов) N2 = 0,5 ZВ ℓ ∫ НІdℓ. (5) В приближении однородности поля по длине проводника имеем N2 = 0,5 ZВ (Н ℓ )І (6) В качестве источника переменного магнитного поля применялась та же пара рамок с переменными токами в них (по 0,55 А в каждой, f = 50 гц.). Стабилитрон использовался другой.
Коэффициент термоомической связи был вдвое меньше (100 кОм/град.). Если в первой серии опытов охлаждался непосредственно кристалл стабилитрона=а, то во второй нагреваемым элементом была алюминиевая экранирующая втулка ( D = 1см, d = 0,8см, ℓ = 3 см, m = 2,4 г). Методика экспериментов заключалась в регистрации отрезка времени между момен-тами включения переменного тока и первым уменьшением показания цифрового оммет-ра на одну цифру, что указывало на нагрев стабилитрона (и алюминиевой втулки) на 0,01є. Такому изменению температуры алюминиевой втулки эквивалентно увеличение энергии её теплосодержания на W = 4,187 с m Д t (7) W = 2, 1 10 ˉ І ДЖ. (8) Малая начальная мощность нагрева втулки на 0,01є позволяет использовать линей-ное приближение для определения времени достижения этой температуры N = W/Дt (9) В опытах с стационарными противонаправленными токами в паре рамок, когда имел место только нагрев джоулевым теплом, были получены отрезки времени в следующем интервале их разброса Д = (10,4…12,2) мин. (10) Подставляя в (9) опытные результаты (10) получаем мощность нагрева втулки джо улевым теплом N1 = (2,56…3,39) 10ˉ5 ВТ. (11) В опытах с переменными противонаправленными токами к установленной величине мощности нагрева втулки джоулевым теплом ожидалось добавление мощности нагрева возвратно-поступательными индукционными токами.
Полученное существенное уменьшение регистрируемых отрезков времени Д = (3,66…4,58) мин. (12) подтвердило ожидание, что и явилось по мнению автора, опытным доказательством су-ществования безвихревого вида электромагнитной индукции.
Подставляя в (9) результаты из (12) получаем суммарную мощность теплового нагре-ва втулки N2 = (7,84…9,54) 10ˉ5 Вт. (13) Для выявления составляющей мощности индукционного нагрева втулки использова-лась формула N3 = N2 - N1 (14) N3 = ( 4,77…6,09) 10 ˉ5 ВТ. (15) Теоретическое вычисление мощности индукционного нагрева с использованием (6) даёт результат N3 = 6,5 10ˉ Вт. Его удовлетворительное совпадение с (15) придаёт дополнительную уверенность автору в истинности сформулированных им логических выводов об образовании цен-трально-симметричными токами потенциального магнитного поля, в существовании без-вихревых электродинамических явлений.
В опытах с однонаправленными переменными токами эффект дополнительного на-грева втулки заметным образом не проявлялся.
Во второй части статьи будет дана информация о сути продольных ЭМВ. Об опыт-ном подтверждении автором их существования.
Об устройствах для излучения. О трак-товке светового диапозона продольных ЭМВ. Об идеях получения и регистрации про-дольных фотонов. В третьей части будет изложена 4-мерная математическая модель безвихревой элек-тродинамики и некоторые дополнительные суждения. . Литература. 1.Парселл Э. Электричество и магнетизм.М Высшая школа 980г стр. 191,192. 2. Кузнецов Ю. Н. Научный журнал русского физического общества, 1-6, 1995 г Сведения об авторе.
Кузнецов Юрий Николаевич контактный телефон 677-26-65.