О термодинамике излучения и взаимосвязи полей Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 536.5

О ТЕРМОДИНАМИКЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ВЗАИМОСВЯЗИ ПОЛЕЙ

Агеев Ю.М. - д.т.н., профессор Кубанский государственный аграрный университет

В статье установлены новые эквиваленты взаимосвязей различных по природе физических явлений. Получен закон Ома для стационарных электрического и магнитного полей в дифференциальной форме, включающий волновое сопротивление вакуума. На основе непланковского подхода (без представлений о квантовости) выведен закон спектрального излучения черного тела. Впервые приведены уравнение и график диаграммы состояния поля излучения. Полученные результаты углубляют известные данные об аналогии как стационарных, так и динамических электрических, магнитных, гравитационных и механических явлений. Выявлена общность квадратичной зависимости от скорости движения в рассмотренных явлениях.

I. Большой интерес представляет разработка основных положений теории равновесного поля излучения. Полученные автором результаты впервые дали возможность получить уравнение адиабаты поля излучения в форме, содержащей температуру как параметр, и вывести закон Стефана -Больцмана нетрадиционным путем.

1. В. Вин при адиабатическом изменении объема поля излучения на базе первого закона термодинамики

<14= -азл

(1.1)

(1.2)

р<у= -азл

обнаружил, что вследствие изотропности поля излучения при термодинамическом равновесии давление лучей равно трети объемной плотности энергии излучения

Р = ил/3 = (1/3)37 V , (1.3)

где и = Эл / V - объемная плотность энергии Эл поля излучения в объеме

г

Подставив уравнение (1.3) в (1.2), получаем

i d v аэЛ

3 V ЭЛ Интегрируя выражение (1.4), находим

эЛ

(1.4)

1 V л

lnV3 = 1п3л

V0

3J

(1.5)

ЭЛ

V 3 3л = Vоз 30л (1.6)

03 ^0

или, подставив 3 л = иол • Voл и зл = и0 • Voл, получаем уравнение адиабаты поля излучения, связывающее объемную плотность его энергии и объем:

,3 , ,3

и л|

(лI4 = иол •(14. (1.7)

Учитывая связь плотности энергии поля излучения с давлением его

лучей, запишем уравнение адиабаты поля изучения, связывающее

давление и объем:

4 4

Рл (Vл )3 = Р0л (V0л )3 (1.8)

или

PJ1[VJ1J = const , (1.9)

где гл = 4/з - показатель адиабаты равновесного поля излучения.

2. В отличие от известных схем Л. Больцмана, В. Вина, Бартоли, Б. Голицина и др. допустим, что в некоторой полости, идеально изолированной от внешней среды, находится идеальный газ, молекулы

1

которого не способны излучать под некоторой бесконечно тонкой, с высокой теплопроводностью оболочкой, которая является неупругой, идеально разделяющей газ и поле излучения, идеально белой со стороны газа и идеально черной - поля излучения.

Допустим, в принятой нами системе газ - поле произошел переход в

газе от параметров р0Г К0Г Г0Г к параметрам РГ ¥т ТГ. Это было

условное расширение, при котором газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии:

л-j PdV=р(Г ) j

/г dV Р)V))

Лт

г) g-1

f гЧУ-1

lvO v

V

V J

-1

(1.10)

Л =

РоГ Vo0

g-1

f р \ 1 Vo) | g-1 " -1

vr

V

Для идеального газа уравнение адиабаты примет вид:

TГ (vГ ) = т) (Г ) = const,

отсюда

V)

т_

т)

или

Vo v

V У

т_

т)

(1.11)

(1.12)

Подставляя соотношение (1.12) в (1.10), получим работу газа

где

Л =

РоГ • V0 g-1

Г

T -

vtT-,

= с1 (тг - с2 )=Эг - Э(Г

о

(1.13)

Cl

РГ V) н R

-Л ^- — ; C2 = То;

(г-1)ТГГ г-1

(1.14)

и ЭГ - энергия газа, определяемая количеством V молей, при температуре Т в адиабатических условиях.

В изолированной системе газ - поле изменение внутренней энергии газа равно изменению внутренней энергии поля излучения, т.к. только здесь поле излучения и вещество газа могут обмениваться энергией:

ДЭл =|рл аУ1 = р()г I

Л уЛ &ул

РЛ Ул

гл -1

Уо

\гл -1

О Ул

V

-1

=дег. (1.16)

Для гл = гл -1 =1 имеем

3 3

А Эл =-

л о (Г 3

' 14 { ЛУ3

уг)

3 \ !

-1

рул

у-1

/ л V-1

Ул

у л

\

-1

= А Эл.

(1.17)

Из равенства (1.17) следует: если

У0

У^

V 0

(по уравнению

адиабаты газа), то должно выполняться аналогичное для поля излучения условие:

Ул

Уо_

Ул

Ул

Уо Ул

т

Л

или Т

(ул )гл-1= т (ул)

= Т Vл 3 = сопб!

(1.18)

Этот результат получен прямым путем на базе классической термодинамики взаимодействия вещества газа и поля излучения в единой изолированной системе без учета закона Стефана - Больцмана.

В результате впервые показано, что уравнение адиабаты поля излучения можно было найти по Г. Кирхгофу, тем более Вину, не опираясь на закон Стефана.

3. Обращаясь к уравнению адиабаты поля излучения (1.7) и к формуле (1.18), получаем систему:

о

un = const; t( ) = const

uR (л ) = const; u^V )з = const’

t( )з = const; T4 (л ) = const

Разделив первое уравнение на второе, находим связь объемной плотности поля излучения и температуры в условиях термодинамического равновесия:

Полученное уравнение адиабаты поля равновесного излучения является общеизвестным законом Стефана - Больцмана.

Однако в отличие от известных работ Стефана, Больцмана, Вина, Планка и др., нами оно выведено с помощью инструментов классической термодинамики и, по нашему убеждению, могло быть найдено еще 150 лет назад во времена Г. Кирхгофа.

4. Представим уравнение адиабаты равновесного поля изучения в виде зависимости давления и температуры:

равновесного поля излучения при параллельных лучах, направленных нормально к площадке лучеприемника, и при диффузном характере излучения, когда яркость лучей одинакова по всем направлениям.

5. Полученные разные виды уравнения адиабаты равновесного поля излучения позволяют установить уравнение состояния поля излучения:

(12o)

Рл = KuT4,

(1.21)

где

соотношение констант в последней форме адиабаты

(1.22, а) (1.22,б)

Рл T ~4 = const,

= cons t.

(1.22, в)

Преобразуем уравнение (1.22, а), выразив через объем Vл поля:

(1.23)

Далее в результате замены члена p л )з = const- T 1, имеем

P jv л = R jit

(1.24)

где Лл - универсальная постоянная равновесного интегрального поля

где Vo = 1м3 .

Итак, из расчета для нормального объема пространства (Voл = 1м3), занимаемого равновесным полем излучения, получаем величину

произвольного объема Vл и давления излучения Рл (или объемной плотности ил энергии поля излучения), равную, более точно

Окончательно уравнение состояния равновесного поля излучения имеет вид

Если поле излучения находится под поршнем при неизменном

стенок Т^сош! (особенность поля излучения) давление равновесного излучения через константу пропорционально четвертой степени абсолютной температуры. В случае с газом (Р=п к Т) давление газа через константу пропорционально произведению концентрации микрочастиц газа на абсолютную температуру, т.е. связано с объемом и температурой

Дж

излучения, -^-3—: м3К

универсальной постоянной поля излучения

R л = 5,1360385 x10-9.

P л V л = R л T

давлении Рл (рл = КрТ4), то, следовательно, и при постоянной температуре

одновременно. Таким образом, осуществить изобарический процесс с полем излучения при изменяющейся температуре стенок полости, терморавновесных с полем, невозможно.

Отсюда следует соответствующий физический смысл универсальной постоянной равновесного поля излучения: Ял- это удельная объемная плотность энергии поля излучения, которая прибавляется на единицу объема поля при изменении на 1К температуры стенок полости, ограничивающих поле в условиях термодинамического равновесия.

Изменение температуры на 1К приводит к изменению давления пропорционально четвертой степени температуры и соответственно объема - обратно пропорционально третьей степени температуры.

Поэтому при переменной температуре изобарические и изохорические процессы с полем излучения невозможны.

II. Вывод формулы М. Планка не предполагает использования допущения по квантовости излучения. Один из возможных путей ее получения без использования планковских квантов рассмотрим применительно к равновесному полю излучения.

1. В цилиндрической полости с площадью поперечного сечения 1м под поршнем находится в вакууме движущаяся вдоль оси симметрии монохроматическая плоскополяризованная электромагнитная волна (МПП ЭМВ), которая существует там сколь угодно долго вследствие идеально отражающих внутренних поверхностей в виде стоячей волны, узлы и пучности которой расположены вдоль полости. Допустим, что длина полости равна пути, проходимому МПП ЭМВ за 1с,: х0 = С-1с = С [м]. При этом на этой длине полости укладывается число мод (целых волн длиной 10 ): А0 = V = С/10 с энергией Э0, где V - частота колебаний ЭМВ в 1 с, а порция энергии в одной моде (на длине 10) Эм1 = Э0 /А0 = Э0/ V = Э0-Т, где Т

- период одного полного колебания в ЭМВ.

2. Условия отражения на границах полости определяют существование там только узлов волн. Допуская, что сравнительно со скоростью ЭМВ поршень перемещается ничтожно медленно, приходим к выводу о том, что вследствие сохранения местоположения узлов волн на границах полное число мод вдоль полости, между ее торцом и торцом поршня сохраняется:

N = No = C/1o = n0 = — = — = ^nst. (2.1)

Т л

3. Следствием идеальной подгонки поршня к полости и отражательных способностей границ является отсутствие потерь излучения из объема полости, а следовательно - сохранение неизменным количества энергии излучения в полости, несмотря на изменение ее размеров

Э = Э0 = const. (2.2)

Отсюда следует, что при адиабатных условиях изменения размеров полости сохраняется неизменной энергия, приходящаяся на одну моду МПП ЭМВ:

Эм = Эо/No = Эо/Vo = const. (2.3)

Вследствие произвольности исходных предположений полученные выводы верны для МПП ЭМВ произвольной длины и для полостей любых размеров.

4. Считая, что в однородной среде физического вакуума скорость ЭМВ не изменяется (С = const), не зависит от перемещения поршня и размеров полости, для времени t однократного прохождения длины х полости излучением запишем:

t = х/C = x/(1n) = - T = NoT = N T; (2.4)

л

откуда

так как число мод в полости остается одинаковым N = No = no

5. Мощность излучения Р, приходящаяся на единицу площади 1м поперечного сечения полости в единицу времени 1 с

р = Эo = Э м N o = Э м = Эм = ЭмС = Э м 1 (2 5)

ф t Т (1 / C) (x / «o) х o

изменяется обратно пропорционально размеру полости.

Значения объемной плотности энергии излучения также варьируются в зависимости от размера полости:

U = V = SoX = V" (при so = 1м2 ). (2.5,а)

Энергия одной моды МПП ЭМВ в условиях адиабатического изменения размеров полости сохраняется неизменной в результате соответственного изменения длины отдельной моды:

х

1o = xo/no; 1 = x/no = 1o — (при n = const), (2.6)

x o

X xo

так как — = ~ = no = const.

1 1 o

6. В связи с тем, что число мод в полости, изменяющей свои размеры в адиабатных условиях, остается одинаковым, то эквивалентно изменяется частота излучения

n = no — = no —, (2.7)

xo л

что отвечает неизменности скорости ЭМВ в вакууме: C=n 1 = n0• 1o=const. Из полученных результатов следует:

- постоянство количества энергии, соответствующей одной моде МПП ЭМВ, независимо от пути и способа ее образования и частоты (длины волны) исходного излучения;

- процесс адиабатного преобразования любой исходной частоты ЭМВ (в опытах при изменении объема полости с идеально отражающими

стенками) в иную другую частоту доказывает сохранение энергии, приходящейся на отдельную моду, хотя и изменяющуюся по всей длине волны и частоте;

- любая МПП ЭМВ имеет в любой моде произвольной частоты одно

количество энергии Эм [ — = Дж с]:

Гц

Эм = Э = const;

н

- по современным представлениям за квант энергии излучения принята энергия, которой обладает число мод ЭМВ, равное частоте n (числу полных колебаний в 1 с):

Э0v hn>

где h = 6,626176 io -34 Дж с - постоянная Планка;

- энергия одной моды излучения (по крайней мере, в условиях термодинамического равновесия) - это эквивалент постоянной Планка М:

^ = Эм ° h.. (2.8)

v

- не исключена возможность нарушения соотношения (2.8) вне условий термодинамического равновесия; например, при люминесценции.

7. Хаотическое тепловое механическое движение микрочастиц приводит к статистическому закону Больцмана - Максвелла распределения энергии по уровням. Например, распределение давления в атмосфере планеты эквивалентно распределению плотности энергии по высоте, т. к. размерности одинаковы

Н Н- м Дж Э э

[Р] = Па = -у ° -2- = ^ = [ - = рэ]. (2.9)

м м м м У

Если на высоте Z в атмосферу ввести порцию энергии (определенное количество частиц с этой энергией) eoz, то она распределяется по высоте атмосферы по закону Больцмана - Максвелла. Оставляемая на высоте Z часть порции этой энергии равна:

ш§2

Эк = Эсг е кт = Эoz е В

(2.10)

показатель степени, т - масса частицы; g - ускорение

свободного падения; mgZ = Э^ - энергия на уровне Z атмосферы; к -постоянная Л. Больцмана; Т - абсолютная температура; кТ -среднестатистическая энергия теплового движения микрочастиц атмосферы.

Очевидно, что эта оставшаяся порция избыточна. Она под действием теплового хаотического движения подвергается перераспределению и уже от нее снова в этот слой отделяется вторая доля энергии по закону Больцмана - Максвелла:

Для произвольной 1-й доли энергии в 1-м акте перераспределения имеем:

В конечном итоге на указанный слой с высотой Ъ отделяется результирующая доля исходной энергии:

8. Энергия, которой обладают микрочастицы (химически стабильные) вещества, в общем случае слагается из механической энергии хаотического движения и энергии излучения. Кроме "хаотического" теплового механического движения любая микрочастица находится в колебательном движении вся в целом или ее отдельные составляющие, что обеспечивает им поддержание энергетического баланса с внешним электромагнитным полем (ЭМП). Каждая микрочастица должна получать и отдавать ЭМП в единицу времени столько и такого качества энергии

(2.11)

(2.12)

излучения, сколько и какого качества она получает, т. е. на частоте n -порцию энергии Эоп на одну моду стоячей ЭМВ (электромагнитной волны), образующейся в условиях ТДР (термодинамического равновесия).

Однако порция энергии eov на частоте V, излучаемая во вне микрочастицей, попадает в систему большого числа микрочастиц, находящихся в ТДР и совершающих бесконечное множество перераспределений по закону Больцмана - Максвелла, что по аналогии с порцией энергии механического движения (2.13) приводит к результирующей доле энергии излучения, отделенной статистическим усреднением характеристик в ходе хаотического теплового движения частиц вещества:

1

Эрез v = ^v - Эov/ (kT ) _ 1 (2.14)

Таким образом, согласно (2.14), порция энергии излучения отдельной микрочастицы, попав в систему бесконечного множества других частиц, в условиях ТДР после многих перераспределений по энергетическим уровням, согласно статистическому закону распределения Больцмана - Максвелла, вырождается в результирующую порцию энергии излучения этого множества частиц вещества.

В итоге а) для вывода формулы плотности спектрального излучения черного тела М. Планку в 19oo г. совсем не требовалось представление о квантовой природе света (ЭМВ);

б) соотношение (2.14) (и его аналог (2.13)) между отдельной порцией энергии и результирующей порцией, оставляемой на этой частоте излучения бесконечными перераспределениями в системе ТДР, является следствием действия закона Больцмана - Максвелла распределения по энергетическим уровням при Т = (X,Y,Z,t) = const;

в) возможность приложения закона Больцмана - Максвелла к ЭМП при T(X,Y,Z,t) = const в условиях ТДР следует из общеизвестного закона сохранения энергии;

г) с учетом вышеизложенного соотношение (2.8) легко приводится к виду известной формулы М. Планка, что наглядно показано в работе автора [1] для случая равновесного излучения газа в полости на базе теоретически и экспериментально обоснованного закона смещения излучения В. Вина.

Следует отметить, что h - постоянная Планка для энергии моды равновесного излучения не должна вызывать недопонимания у тех исследователей, для которых к - постоянная Л. Больцмана является характеристикой энергетического уровня отдельной молекулы идеального газа вещества. Эти две характеристики подобны друг другу, только h относится к полю излучения, а k - к веществу и, пожалуй, только в условиях термодинамического равновесия. Мы не учитываем дискретность энергии Эч частицы вещества, т.к. принимаем бесконечно плавное изменение температуры Т: Эч = кТ. Аналогично, нельзя утверждать дискретность энергии Эл моды излучения, полагая бесконечно плавное изменение частоты: Эл =hv .

В природе существует дискретность строения частиц вещества, обусловленная их взаимным энергообменом. От дискретности внутреннего строения частиц вещества происходит дискретность спектров их излучения, т.е. дискретность частоты vр, на которой ПРИРОДОЙ

«разрешено» им излучать и поглощать энергию.

Из последнего следует, что должно быть и обратное явление для вещества - существуют дискретные уровни температур как уровни излучения для микрочастиц вещества, разрешенные ПРИРОДОЙ для их жизнедеятельности. Это означает, что если энергия излучения изменяется

дискретно, скачками, порциями, то и температура должна иметь аналогичные свойства.

На пути развития этой аналогии автору удалось получить уравнение состояния поля излучения, которое по форме математической записи сходно с уравнением Клапейрона - Менделеева для состояния идеального

9 13

газа: РУ = ЯлТ, где Ял= 5,131*10 Дж К м' (универсальная постоянная поля излучения)[2].

Существенное отличие графического изображения этого уравнения от графика уравнения состояния идеального газа состоит в том, что с увеличением температуры объем поля излучения уменьшается, а объем идеального газа вещества увеличивается [3; С. 38].

Диаграмма состояния интегрального поля равновесного теплового излучения приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Диаграмма состояния интегрального поля равновесного теплового излучения

III. Между закономерностями распространения звуковых волн (ЗВ) в среде некоторого вещества и электромагнитных волн (ЭМВ) в вакууме выявляются следующие аналогии, вскрывающие взаимосвязи различных полей:

1. Закон Ома

Е

^эм _^ш

=мосэм = —

ео ео С3

(3.1)

р

^ м = -1 ш в ф

ГИ

= с с =-

в

(3.2)

1

с

в

а

где для ЭМВ: Ет, Нт - амплитуды векторов напряженностей

электрического и магнитного полей; то,ео - магнитная и электрическая постоянные вакуума; Сэм - скорость света; Щм - волновое сопротивление вакуума;

для ЗВ: Рт, $т - амплитуда векторов давления и скорости смещения частиц среды; р, ра - плотность вещества среды и адиабатическая объемная сжимаемость среды; См - скорость звука ; ЯМ - волновое сопротивление среды для звука ;

2. Скорость ЭМВ в вакууме

сом = (ма, )-0,5 ; (3.3)

в среде сэм = сэм (те)-0,5, (3.4)

где т, е - относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости ЗВ в среде

см = (р Ьа )-0,5 . (3.5)

3. Волновое сопротивление

ЭМВ, вакуум ЯЭМ = — ;

Єо

3В, вещество ЯМ = —

V Ра

(3.6)

(3.7)

Построенная аналогия проявляет физический смысл характеристик среды вещества и поля вакуума: плотность вещества

к ]=

Щ1

кг

Н

Па

(м/с) м3 (м2/с)2 (м/с)2 ’

где Ом = Па/(м/с) - механический Ом;

электромагнитная плотность вакуума

[сэм] = [ ] = Гн = ;иг = (кг/м3) = Па = Н ^ м (м/с) (л/м2) [(Кл/м)/с]2 (Кл/с)2

сжимаемость вещества среды (адиабатическая)

(3.8)

(3.9)

к ]~ =

Н

(кг/м3) (м/с)2 Щ1 -(м/с)

= (па )-1 ;

(3.10)

электрическая сжимаемость вакуума

[ео ] =

(кл/м2 )2 (кл/м2 )2 (Кл/м )2

(3.11)

Щм '(м/с) (кг/м3 )• (м/с)2 Па Н

Например, плотность вещества соответствует механическому давлению, необходимому для создания (а не поддержания) единичной скорости смещения микрочастиц среды, ЗВ, или соответствует силе, связанной с единичной скоростью перемещения в пространстве. Согласно анализу размерностей, следует характеризовать относительную сжимаемость поля вакуума величиной

Рэм ] =

[е

абс

= (Па)

-1

Сжимаемость ра соответствует относительному изменению объема среды, приходящегося на единицу давления в адиабатических условиях.

2

1

Электрическая сжимаемость вакуума -о - это изменение квадрата некоторой поверхностной плотности электрозарядов, приходящееся на единицу давления, или пространственного взаимоградиента

электрозарядов - на единицу силы их взаимодействия.

Электромагнитная плотность вакуума соответствует силе, связанной с единичной скоростью переноса электрозарядов.

Необходимо отметить, что приведенные примеры не исчерпывают всех толкований физического смысла рассмотренных величин.

Из анализа взаимодействия электрических, магнитных и гравитационных полей следуют эквиваленты:

1 - статическая гравитационная постоянная вакуума

-Т = — = 1,1927079 • 109 кг2 • м -2Н-1 , (3.12)

1 4лу 4 7

характеризующая пространственный гравитационный градиент,

соответствующий единице силы;

2 - статический электрогравитационный эквивалент массы вещества и электрического заряда

Рг

= 1,160627 • 1010 кг- (Кл)-1 . (3.13)

3 - динамический электрогравитационный эквивалент

1 = 0,1027641 -[(Кл/м2 )/с2 ] (3.14)

л/-т ' -о

4 - статический магнитногравитационный эквивалент

Рмг =л1— = 4867 (м2/с2)/(Кл/о). (3.15)

-

т

5 - динамический магнитногравитационный эквивалент

Фмг = 1 = 1,22475 • 106 [тл/(м/с2) = (Тл /Г ц) /(м / с)].

■>о-т

6 - динамический электромагнитный эквивалент - скорость

света

$эм = гл/т

1

= 2,99792 • 108 ( м/с )

(3.17)

7 - статический электромагнитный эквивалент - волновое сопротивление вакуума

П =

(кг/с) (Кл/м2 )

Дж/Кл

Кл/с

(3.18)

8 - динамическая гравитационная постоянная вакуума

тТ = = 0,932877 • 10-26 Н- (кг/с)-2 ,

РтС

(3.19)

характеризующая силу взаимодеиствия движущихся масс.

Статические силы взаимодействия пропорциональны произведению погонных плотностей масс вещества в законе тяготения Ньютона или электрозарядов.

Анализ выражений для статических законов тяготения Ньютона и взаимодействия электрозарядов Кулона позволил выявить следующее: статическая сила взаимодействия прямо пропорциональна произведению погонных плотностей масс или электрозарядов, отнесенных к единице длины расстояния г между телами (это пространственный градиент взаимодействующих масс и электрозарядов):

тяготение масс РС =

1

4л£Т

; 0' = 1;2);

С 1

электрозарядов : рС =------ 11 1Э2 ;

4р£о

1Э = —

(3.20)

5. Динамическое взаимодействие движущихся со скоростью $ тел с массами т{ или электрозарядами qi (/' = 1;2) характеризуется выражениями

р/ =4:4 4;

4л

г

г

г

^ ёлё 2;

э 4л 12

/л л

^ = ^. = щ

г

В результате взаимосвязи статических и динамических постоянных вакуума электрического и гравитационного полей получаем

= М2 ; ¥; = М2 Еэс (3.22)

где М = Л / с - критерий Маха, световой.

Условие (3.22) позволяет получить для результирующей силы, равной разности статических и динамических сил, следующие выражения:

Е/ = Е/ - е/ = (1 -М2 Ег ; = Еэс - е/ = (1 -М2 Е . (3.23)

Заметим, что последним нашим результатам аналогична взаимосвязь давления рр, действующего на боковую поверхность трубки течения, и полного давления Рсм в потоке вещества

рр = рп -ра =(1 -м2 рс (3 24)

1 т 1 т 1 т \А 1 1 т г т э V * /

где Мм = Л / Ло - критерий Маха (механический) скорости для движущегося

вещества среды; Ло =(2РМ / р)0,5 - максимальная скорость среды при данном полном давлении РМ; рМ = рЛ2/2 - динамический напор, равный давлению движущейся среды при скорости $ относительно измерителя давления.

Общая подмеченная закономерность уменьшения силы взаимодействия тел через электрические, магнитные, гравитационные поля представляется в виде квадратичной зависимости от скорости движения тел, носителей (источников) этих полей.

Мощность плотности потока энергии, переносимой волной

ЭМВ Уэм = ^2^ = 2 Яэвмн1 Вт • м-2

ЗВ Ум = = 2ям^гп Вт • м-2, (3.25)

где [Hm ]_

Кл/м

напряженность магнитного поля как скорость

С

V у

пространственного градиента электрозаряда; [Фт ] = (м/с) - скорость

смещения частиц среды в волне.

6. Скорость звука в чистых металлах убывает с увеличением веса А и межатомного расстояния d в кристаллической решетке [5,С.39б]

см = соп5^ (3 26)

d2 Л0,5 ‘ ‘

Скорость ЭМВ (света) в оптических кристаллах также проявляет тенденцию к уменьшению с ростом атомных весов ионов А^^ и межатомных расстояний в кристаллической решетке [7, С.777]:

сэм = соп5£ (3 27)

d Л'У

где х, у - показатели степени, определяемые из опытных данных для конкретных кристаллов.

7. Движение источника в среде со скоростью Ф, большей скорости звука Ф > См или соответственно скорости света Ф>(сэм = Со /п), вызывает конус Маха - результирующую волну с единым коническим фронтом, угол раскрытия ф которого определяется одинаково

1

а) в механике - сверхзвуковое движение sin j _

мм

б) в оптике - эффект Черенкова - Вавилова sin j _ ; (3.28)

мэм

где М = J/С* (*_м;эм) - число Маха для ЗВ и ЭМВ; n - показатель преломления; Со - скорость света в вакууме.

При этом интенсивность черенковского свечения почти не зависит от химического состава среды, а в интервале волновых чисел К1, К2 (К _ 2л /11 - длина волны излучения) на пути в 1 см зависит от электрозаряда Z микрочастицы и угла j конуса Маха [8;C.85Q]:

7 (**2 ) = (^ ((1 - *2)

137

(3.29)

8. Если в одной среде одновременно в одном направлении распространяются ЗВ и ЭМВ, то их взаимодействие будет характеризоваться отношением волновых сопротивлений для 3В и для ЭМВ:

ВВ

вЭ

_Р_

Ьа_

По

ео

0,5

кг

м

0,5

Па

кг кг м

3 2 2

м м с

'Клл2

(Дж/Кд)

(Кд/с)

Нмс/Кл2

Полученный результат интересен тем, что его размерность равна квадрату поверхностной плотности электрозарядов. Поэтому следует ожидать, что в среде при параллельном движении по одной траектории ЗВ и ЭМВ (бегущих или стоячих) будут возникать дополнительные электрозаряды и эквивалентные им электрополя, а характеристики этих полей способны раскрывать свойства среды, ЗВ и ЭМВ. При этом особенные эффекты можно ожидать при совпадении и кратности частот ЗВ и ЭМВ с собственными частотами систем тел и сред.

9. Отметим результаты, полученные при решении несколько необычной стационарной задачи: плоский конденсатор заряжен

электрозарядами с поверхностной плотностью -5; между обкладками -вакуум; от независимых источников электроэнергии вдоль обкладок пропускаются равные встречные токи; для плоской системы пластин -обкладок в вакуумном зазоре.

Имеем следующие характеристики электрического и магнитного полей:

Н 2 = ; Еу = 5 / ео ;

где Н, Е - напряженности магнитного и электрического полей; В, Б -индукции этих полей; ]2 - погонная плотность электротока на единицу длины вдоль оси 7, а сам ток течет вдоль оси X; 5 - поверхностная плотность электрозарядов на обкладках на единицу площади; Еу -

напряженность электрического поля в зазоре вдоль оси У; Н2 -напряженность магнитного поля в зазоре вдоль оси 7, которую можно выразить через поверхностную плотность электрозарядов и скорость их движения Ъх вдоль оси Х ($х = соші;, д = сош ґ ) :

Условие равновесия сил, действующих со стороны электрического и магнитного полей на обкладки, имеет вид

что скорость движения электрозарядов тока в пластинах точно равна скорости света! В стационарных условиях это можно выразить так:

5 = сош t; у = с ош!.

Далее из этого условия для напряженности электрополя в зазоре имеем

Н2 = ]2 =5$х

(3.31)

(3.32)

или

о

(3.32,а)

Из последнего соотношения следует

(3.33)

(3.34)

где волновое сопротивление вакуума будет равно:

Это закон Ома для стационарных электрического и магнитного полей (в дифференциальной форме), связывающий напряженность электрического поля в вакууме зазора между обкладками с линейной погонной (на единицу длины вдоль оси 7) плотностью электротока, направленного вдоль оси X (по длине обкладки), и с волновым сопротивлением вакуума. Это само по себе вызывает интерес, т.к. было получено и нашло применение волновое сопротивление только в переменных электрических и магнитных полях.

10. Если по условиям предыдущей задачи зазор конденсатора будет заполнен некоторым веществом с относительными диэлектрической е и магнитной т проницаемостями, то соответствующие выражения преобразуются следующим образом:

Точные выражения для скорости электромагнитной волны и волнового сопротивления также получены для стационарных условий, в которых никаких волновых процессов не наблюдается.

Из найденных решений следует необычный вывод: стационарный постоянный ток встречает сопротивление, зависящее от магнитных и диэлектрических свойств окружающей среды, в том числе вакуума; это сопротивление повышается с ростом относительной магнитной проницаемости и уменьшается с увеличением относительной диэлектрической проницаемости; скорость движения электрических зарядов в проводнике зависит только от свойств наружной среды. Ее значение уменьшается с увеличением значений относительных магнитной и диэлектрической проницаемостей.

Однако свойства самого проводника обкладок не играют роли в условиях данной стационарной задачи. Значит ли это, что электрозаряды

Еу 5/(еое); ; Мо т ,

(3.36)

(3.37)

текут вне структуры проводников, а обычное активное сопротивление электротоку уменьшается благодаря стационарному полю?

Возможно, результат взаимодействия электрических зарядов, протекающих через электрическое поле, и электротоков - через магнитное поле, зависит только от свойств внешнего вакуума, среды и относительного движения зарядов в электротоке.

Следует обратить внимание на то, что полученные результаты приведены без привлечения аппарата анализа нестационарных и колебательных волновых процессов.

Безусловно, теоретические положения объясняют результаты, полученные Г.В. Николаевым в ходе экспериментов, например, по влиянию постоянного магнитного поля на размер катодного темного пространства тлеющего разряда [ 9; С. 48 ].

Выводы о движении энергии электротока за пределами металлического проводника в наружном пространстве, вакууме и диэлектрической среде, полученные для стационарных условий, подтверждаются результатами работ по высоко экономичному способу передачи электроэнергии посредством реактивных составляющих [10].

Общие выводы. Полученные результаты дополняют и углубляют известные данные об аналогии электрических, магнитных, гравитационных и механических явлений, как стационарных, так и динамических; выявлена общность квадратичной зависимости от скорости движения в рассмотренных явлениях; установлены некоторые новые эквиваленты взаимосвязей разных по природе физических явлений. В результате исследований выведен закон Ома для стационарных электрического и магнитного полей в дифференциальной форме, включающий волновое сопротивление вакуума. Без представлений о квантовости (непланковским подходом) выведен закон спектрального излучения черного тела.

Впервые приведены уравнение и диаграмма состояния поля излучения.

Список литературы

1. Агеев Ю.М. К теории равновесного излучения // Труды

Международного конгресса 2000 г. «Фундаментальные проблемы

естествознания и техники». Спб., 2000.Т. 1, № 1. С. 15-17.

2. Агеев Ю.М. К теории равновесного излучения // Труды

Международного конгресса 2002 г. «Фундаментальные проблемы

естествознания и техники». Спб., 2002. Ч. 1 С. 7-11.

3. Шепф Х.Г. От Кирхгофа до Планка. М.,1981. 192 с.

4. Черняев А.Ф. Русская механика. М., 2001. 592 с.

5. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.,1957. 727 с.

6. Калашников А.М. Основы радиотехники и радиолокации/ А.М. Калашников, Я.В. Степук. М., 1962. 366 с.

7. Физические величины: Справочник. М.,1991. 1232 с.

8. Физика: Большой энциклопедический словарь. М., 1998. 944 с.

9. Николаев Г.В. Непротиворечивая электродинамика. Теории, эксперименты. Парадоксы. Томск, 1997. 144 с.

10. Стребков Д.С. Возможность передачи электрической энергии без металлических проводов // Докл. РАСХН, 2002. №1. С.47-50.