ТАЙНА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ЧАСТЬ I. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ C ПОЗИЦИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.112

Становов А.Д.

инженер электронной техники (г. Москва, Россия)

ТАЙНА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ЧАСТЬ I. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ С ПОЗИЦИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Аннотация: в работе рассматривается взаимодействие движущихся электрических зарядов с позиции магнитной индукции.

Ключевые слова: плоскость действия всех сил, вектор относительной скорости движения точечного заряда, вектор электростатической силы взаимодействия, вектор общей силы, вектор электродинамической силы взаимодействия, линия, соединяющая заряды.

В этой статье предлагается попытка объяснения электромагнитного взаимодействия движущихся зарядов. Данная концепция основывается на законе постоянства величины силы между зарядами в независимости от виртуальной системы отсчёта. Виртуальной системой отсчёта называю систему отсчёта не имеющую материальных объектов. Материальный объект, заряд, привязанный к виртуальной системе отсчёта оказывает влияние на силу взаимодействия зарядов посредствам электрического поля.

Необходимо выявить особенности пространственно-временного континуума. Материальный объект в пространстве, имеющий массу покоя, определяется характеристиками: пространственными - интервалом расстояния, временными - интервалом времени. Энергия материального объекта всегда стремится к минимуму.

Для оценки характеристик объекта необходимо, чтобы система отсчёта была привязана к выбранному объекту. Любой другой объект в пространстве должен оцениваться относительного выбранного объекта интервалом расстояния и интервалом времени, как бы далеко или близко он не находился.

Одним из основных элементов в определении силового взаимодействия движущихся зарядов является вектор относительной скорости г7о движения зарядов. Вектор относительной скорости г7о движущегося материального объекта, имеющего массу покоя, относительно выбранного, может иметь любое направление и величину, но не может достигать скорости света. Величина скорости света абсолютна, не зависит от выбранной системы отсчёта, а также не зависит от кривизны пространства, времени, так как интервал времени и интервал пространства, определяющие скорость света, пропорциональны друг другу в любой системе отсчёта и в любой точке не материального пространства. Кривизна пространства и времени возможна только у материальных объектов. Электрическое поле может быть только у материальных объектов, имеющих электрический заряд и массу покоя. Электродинамическое (электромагнитное) поле может создавать только источник материального объекта. Электродинамическое (электромагнитное) поле всегда имеет начало излучения, но может не иметь конца. Величина вектора относительной скорости между двумя объектами, зарядами, не зависит от выбранной системы отсчёта, так же как не зависит расстояние между объектами, зарядами (имеются ввиду системы отсчёта связанные с этими объектами). Так же постоянной должна быть величина заряда в любой системе отсчёта. Постоянство величины заряда обусловлено наличием массы покоя. Величина вектора относительной скорости, расстояние между двумя зарядами и величина этих зарядов определяют силу взаимодействия между этими зарядами и соответственно не зависят от выбранной системы отсчёта. Характеристика силового взаимодействия зарядов, определённая в одной системе отсчёта неизменна в другой системе отсчёта. В виртуальных системах отсчёта могут изменяться значения параметров заряда, такие как вектора скорости движения зарядов, напряжённость электродинамического поля, но не должен изменяться вектор общей силы Т7 о взаимодействия между зарядами. Движущейся заряд в какой-либо системе отчёта относительно другого заряда, создаёт, электродинамическое поле, реально вызывает силу взаимодействия между зарядами постоянную для любой

другой системы отсчёта. Силовое взаимодействие может быть только между зарядами движутся ли они относительно друг друга или нет. Заряды не движущиеся относительно друг друга или движущиеся на встречу друг другу или обратно, электродинамической силы взаимодействия не имеют, кроме электростатической, Кулоновской Т7 к. Вектор общей силы Т7 о взаимодействия между зарядами связывает заряды, всегда находится в одной плоскости с вектором относительной скорости г7о движения зарядов, вектором Кулоновской силы Т7 к и вектором электродинамической силы Т7 э. Эта плоскость называется плоскостью действия всех сил, в случае взаимодействия электрических токов в проводниках называется плоскостью действия токов.

Силы, связывающие заряды, имеют одно происхождение - это силовые линии электрического поля (рис.1), но действуют в разных условиях.

В ниже приведённых примерах не учитывается масса инерции.

Аппроксимация - это не закон природы, а метод приблизительной оценки свойств объекта. Этот метод не должен быть использован для определения числовых значений разных объектов с разными условиями. В частности, не правильно применять определение взаимодействие зарядов в вакууме с током в проводнике, так как условия процесса разные.

Силы электростатического (Кулоновского) и электродинамического взаимодействия одного происхождения, действуют всегда в объёме. Максимальный вектор силы электростатического взаимодействия всегда совпадает по направлению с линией, соединяющей заряды, имеющую минимальное расстояние между зарядами. На одноимённые заряды всегда действует отталкивающая сила, а на разноимённые - всегда притягивающая. Эта сила действует по направлению силовых линий электростатического поля, как

Рис. 1.

для разноимённых, так и для одноимённых зарядов. Максимальный вектор силы электростатического взаимодействия всегда направлен вдоль линии, соединяющей заряды, является центральной силой. Графическое отображение силовых линий электростатического поля не отображает направление действия силы между одноимёнными зарядами, а отображает сумму векторов напряжённости электрического поля этих зарядов. Силовые линии электростатического поля связывают любые заряды силой посредствам электрического поля. Сила действия одного заряда равна силе противодействия другого заряда. Это закон природы.

Электростатические и электродинамические поля могут быть только между зарядами, имеющих массу покоя. Линии силового электростатического и электродинамического поля всегда связывают заряды. Линии силового электростатического и электродинамического поля, замыкающиеся на зарядах, являются силами ближнего взаимодействия, а силовые линии электрического поля, замыкающиеся на дальних зарядах, называются силами дальнего взаимодействия. На (рис.1) показаны заряды с силовыми линиями электрического поля ближнего и дальнего взаимодействия.

Максимальный вектор силы электродинамического взаимодействия определяет величину и направление действия силы вдоль силовых линий электрического поля, в зависимости от величины зарядов, расстояния между зарядами и вектора относительной скорости т7о. Вектор относительной скорости т7о с вектором г линией, соединяющей заряды образуют плоскость взаимодействия всех сил, на которой определяется максимальный вектор силы электродинамического взаимодействия между зарядами. Подробное описание силы электродинамического взаимодействия между зарядами показано ниже.

Вектор общей силы ¥ о является векторной суммой Кулоновской силы ¥ к и

-» -»

вектора электродинамической силы /7э. Вектора Fо, /7к, /7э, 17о г всегда компланарны, лежат на плоскости взаимодействия всех сил и всегда привязаны к зарядам.

¥ о = ¥ к + ¥ э

Формула модуля Кулоновской силы Т7 к взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме следующая: Fк = к / г2, где г - расстояние между

зарядами по линии, соединяющей эти заряды,

к = 1 / 4 п в0 в - коэффициент пропорциональности. На (рис.2) показаны два точечных не подвижных однополярных заряда q1 и q2, расположенных на расстоянии (г). Чёрными стрелками указано действие электростатических сил

Т7 к. Силы электростатического взаимодействия зарядов направлены вдоль линий силового электрического поля. Максимальный суммарный вектор электростатических сил направлен по линии, соединяющей точечные заряды. Поэтому электростатические силы взаимодействия зарядов называются центральными, а электродинамические - радиальными, действующие по внешним силовым линиям электрического поля (рис.3). Для однополярных зарядов электростатические и электродинамические силы всегда отталкивающие, для разно полярных - всегда притягивающие.

Рис. 2. Рис. 3.

Силы общего взаимодействия F о определяются формулой Лоренца /7л, определяющей взаимодействие заряда в магнитной поле. Формула модуля силы Лоренца для точечного заряда (q2), движущихся со скоростью т72 в магнитном поле следующая:

Fл = |q2| |т72| |/7| (Sin в), где в - угол между вектором скорости т72 заряда

q2 и вектором магнитной индукции Д, в = k |q1| 11711 / г2 (Sin а), где а - угол между вектором скорости г71, и линией соединяющей заряды q1 и q2, k - коэффициент пропорциональности

к = ц0 ц / 4 п Силы общего взаимодействия зарядов являются векторной

-»

суммой электростатических и электродинамических сил. Сила Лоренца /7л

является силой Т7 о общего взаимодействия.

Силу взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме неправильно определять формулой Лоренца. Сила электродинамического взаимодействия двух движущихся относительно друг друга точечных зарядов не соответствует силе взаимодействия движущегося точечного заряда в магнитном поле проводника, верно определяемая формулой силы Лоренца.

Условия взаимодействия проводника, по которому течёт ток, с движущимся точечным зарядом, иные, чем условия двух движущихся точечных зарядов. Далее эти условия подробно описаны ниже.

Магнитное поле - это сумма электростатического и электродинамического поля с электрическим потенциалом равным нулю в нашей не подвижной системе отсчёта. В движущейся системе отсчёта относительно заряда, электродинамический потенциал заряда принимает реальные значения, но это не электростатическое поле, а электродинамическое, действует по внешним радиальным дуговым силовым линиям. На это поле реагируют движущиеся заряды, которые в проводнике не имеют электрического потенциала в неподвижной системе отсчёта. В случае электродинамического взаимодействия зарядов сила /7э действует по внешним радиальным дуговым силовым линиям электрического поля и суммируется с центральной

электростатической силой /7к. Подробное описание действия электродинамической силы описано ниже.

Рассмотрим действие силы между двумя точечными зарядами, движущимися в вакууме, в зависимости от выбранной системы отсчёта и направления движения зарядов.

Рассмотрим действие силы для двух однополярных точечных зарядов q1 и q2, движущихся со скоростями т;1 и г72 в вакууме параллельно друг другу в одном направлении (рис.4).

Согласно общепринятому утверждению, движение одноимённых зарядов в одном направлении создаёт электрический ток, а движущиеся однополярные заряды в одном направлении должны притягиваться друг к другу, то есть на них

должна действовать сила Лоренца /7л. Так ли это?

-41

ч ?—*

"42 *-^ У2

Рис. 4.

Движение точечных зарядов в вакууме относительно. Всё зависит от выбранной системы отсчёта. Если привязать систему отсчёта к зарядам q1 и q2, движущихся с одинаковой скоростью в одном направлении, то в этой системе отсчёта эти заряды не подвижны, их относительная скорость равна нулю.

Следовательно, взаимодействие, определяемое силой Лоренца /7л будет отсутствовать. Будет действовать только Кулоновская сила /7к. Для других систем отсчёта сила Лоренца I7 л будет зависеть от вектора скорости г71 и г72, что не соответствует реальности и закону постоянства величины силы между зарядами в независимости от системы отсчёта.

Для двух однополярных точечных зарядов q1 и q2, движущихся в вакууме со скоростями г71 и т;2 в противоположном направлении или в одном

направлении, но с разными скоростями (рис.5), сила Лоренца Т7 л, согласно выше указанной формулы п. 1.4, будет действовать в любой системе отсчёта, не связанной ни с одним из зарядов.

<—•

Рис. 5.

Для систем отсчёта, не связанных ни с одним из движущихся зарядов, выше указанная формула Лоренца, будет не верно определять силу взаимодействия между зарядами. Для систем отсчёта, связанных с зарядами, формула Лоренца действовать не будет, так как скорость движения одного из зарядов равна нулю.

Для двух однополярных точечных зарядов q1 и q2, движущихся в вакууме со скоростями (г71 = г72) под углом друг другу а = 90о, согласно (рис. 6).

Согласно формулы Лоренца на заряды, двигающиеся в магнитном поле

друг друга должна действовать сила F л Лоренца. Но эти заряды в пространстве двигаются только на встречу друг другу. Согласно п.1, сила взаимодействия между этими зарядами может быть только электростатическая Кулоновская. Формула Лоренца верна только для магнитного поля, созданного проводником, по которому протекает постоянный электрический ток или постоянным магнитом и неправильно применять её для зарядов, движущихся в вакууме. Для

движущегося заряда в магнитном поле проводника, действие силы Лоренца F л выполняется в любых системах отсчёта и верно определяет взаимодействие, так как скорость движущихся отрицательных зарядов в проводнике относительно положительных, всегда одинакова, не зависит от выбранной системы отсчёта. Любое движение проводника в пространстве или движение заряда вдоль проводника, одинаково изменяет вектора движения отрицательных и положительных зарядов в проводнике. Проводник является закрытой системой,

-41

Рис. 6.

а заряды, находящиеся в вакууме и не взаимодействующие с другими зарядами-открытой системой.

Рассмотрим взаимодействие между двумя точечными зарядами, движущимися в вакууме, с позиции индукции магнитного поля.

Это сила взаимодействия между движущимися зарядами. Сила не может браться из не откуда. Сила всегда связывает материальные объекты. Закон природы - сила действия всегда равна силе противодействия. То есть, если сила действует на один из зарядов, то она должна противодействовать другому заряду, связывать их.

В случае параллельного движения зарядов с разными скоростями (рис.5) вектор силы взаимодействия направлен к зарядам по прямой линии, связывает их.

В случае взаимно перпендикулярного движения (рис.7) вектор силы связывает заряды не по прямой линии. В данном случае вектор силы Лоренца направлен перпендикулярно вектору скорости движения одного из зарядов, если рассматривать движение заряда q2 (рис.7) в поле магнитной индукции движущегося заряда q1. Но, если же рассматривать, наоборот, движение заряда q1 в поле магнитной индукции заряда q2, то получается, что заряд q1 движется в отсутствии индукции магнитного поля другого заряда q2, так как второй заряд q2 движется к первому q1 навстречу, угол (а = 0о). Отсюда следует, что формула силы Лоренца работает для одного заряда и не работает для другого. Такого взаимодействия не должно быть.

Рис. 7.

Вектор магнитной индукции /? движущегося заряда всегда перпендикулярен вектору скорости т;1 этого заряда, но в разных системах отсчёта он разный. В разных системах отсчёта, в зависимости от вектора

у —Г

скорости V, вектор индукции Д имеет разное направление и величину. В системе отсчёта, связанной с одним из зарядов он равен нулю, так как скорость этого заряда равна нулю. Другой заряд с вектором скорости V обладает вектором

индукции р, но не может взаимодействовать с неподвижным зарядом. Такой результат соответствует реальности, если рассматривать взаимодействие заряда с проводником, но в этом случае действуют другие условия, которые будут рассмотрены ниже. Электродинамическая сила Fэ в проводнике, компенсируется электростатическим Кулоновским взаимодействием противоположного знака. Поэтому взаимодействие между проводником и

неподвижным зарядом отсутствует. Индукцией Д магнитного поля удобно пользоваться при расчёте с проводниками, но как существующая реальность смысла не имеет.

Примечание.

Линии силового электростатического и электродинамического полей связывают между собой разно полярные заряды в материальных объектах и являются полями ближнего взаимодействия. Линии силового электростатического поля замыкаются на противоположных зарядах, не позволяя образовываться приоритетному электростатическому полю. Линии силового электродинамического поля, не имея приоритетного направления движения, так же не позволяют образоваться приоритетному электродинамическому полю. Элементарные частицы, имеющие разно полярные заряды, находятся в постоянном хаотическом движении, но их суммарное электродинамическое взаимодействие с другими зарядами равно нулю. Но радиальные линии электродинамического поля, не связанные с близко расположенными движущимися зарядами, взаимодействуют с дальними движущимися зарядами материальных объектов. Это взаимодействие не является сильным, таким как ближнее взаимодействие однонаправленного движения зарядов, а является очень слабым, обусловленное особенностями, заключённой электродинамической энергии в элементарных частицах. Масса

вещества не значительно зависит от движения элементарных частиц в веществе, а определяется массой всех элементарных частиц.

Электродинамические силы дальнего взаимодействия элементарных частиц суммируясь образуют центральную силу. Можно предположить, что дальнее взаимодействие электродинамических сил может представлять собой гравитационное взаимодействие материальных объектов.

В чём отличие ближнего и дальнего взаимодействия электродинамических сил?

Отличие состоит в том, что при ближнем взаимодействии движущиеся однонаправленные заряды представляют ограниченную, мизерную часть материи проводника, но при этом являются сильным взаимодействием. В дальнем взаимодействии принимает участие все элементарные частицы материальных объектов, их взаимодействие суммируется, образую поле с центральным вектором силы. Сила дальнего взаимодействия имеет очень малую величину, обусловленную физическими свойствами материальных объектов.

Элементарные частицы материи могут иметь различные свойства. То есть иметь определенную массу, заряд, спин. Но есть одно интересное обстоятельства, элементарные частицы одного типа - «близнецы». То есть существуют определённые условия, при которых образуются частицы одного типа, совершенно одинаковые. Если элементарная частица разбивается, например, протон в ускорителе высокой энергии, на другие элементарные частицы, среди которых могут образовываться частицы с разной массой и зарядом, то это совсем не значит, что протон состоит из этих образовавшихся вновь частиц. При определённых условиях, в частности при столкновении протонов в ускорителе высокой энергии создаются условия невозможности существования данной элементарной частицы, но образуются условия для образования других элементарных частиц. Опять создаются частицы «близнецы», но другие. Значит существуют какие-то строго определённые условия для образования различного типа элементарных частиц. В любом случае для образования элементарных частиц требуется вполне определённая, высокая

энергия. Можно предположить, что при определённых условиях, высокоэнергетическое электродинамическое поле может заключиться в малом объёме в виде элементарной частицы, наподобие образования стоячих волн. Ключом для освобождения замкнутой в малом объёме электродинамической энергии является античастица. Можно предположить, что при образовании элементарной частицы, при определённых условиях, электрическое поле частицы может иметь разную полярность, но одинаковую для «близнецов». Может иметь нейтральную полярность, имея движущиеся электродинамическое поле, заключённое в малом объёме элементарной частицы. Поле этой нейтральной элементарной частицы может с высокой частотой менять свою полярность, не меняя суммарную нейтральность электрического поля, оставаясь нейтральной. Причём электродинамическое поле, заключённое в любой элементарной частица всегда движется, имеет спин. Движущееся электродинамическое поле элементарной частицы создаёт её электростатическое поле. Источником электродинамического поля ближнего действия являются движущиеся относительно друг друга статические заряды элементарных частиц и их движущиеся электродинамические поля. Электродинамическое поле (электромагнитное), распространяющееся в пространстве, не заключённое в каком-то ни было объёме, со скоростью света, то же имеет массу, но не имеет массу покоя. Вопрос в том, какие условия необходимы для создания элементарных частиц определённого типа. Возможно предположить, электродинамическое поле (электромагнитное) может создавать другие формы образования, не типа элементарных частиц, а огромного космического пространства с очень высокой энергией, заключённой в форме шара и удерживаемой собственной гравитацией электродинамического поля, в виде тёмной материи. Тёмная материя не обычно взаимодействует с известной нам материей. Тёмная материя отстаёт от движения скоплений галактик, свободно проходит сквозь через космические пылевые облака, не поглощается чёрными дырами, но обладает гравитацией. Если такое взаимодействие сравнить с электродинамическим дальним взаимодействием, то можно предположить, что в

тёмной материи отсутствуют какие-либо элементарные частицы, имеющие массу покоя, соответственно имеющие электрический заряд. Взаимодействие происходит только на уровни гравитации электродинамической энергии. В природе, пока ещё не известна материя, состоящая из нейтральных элементарных частиц.

Электродинамические силы дальнего взаимодействия в нашей системе отсчёта имеют слабую силу гравитационного притяжения. Но может быть есть возможность управлять этими силами. Совсем не обязательно создать гравитационные силы отталкивания. Может быть, возможно создать увеличенную силу притяжения, причём быстроменяющуюся силу. Гравитационное поле высокой частоты. Косвенным доказательством одного происхождения гравитационного и электродинамического полей является их равная скорость распространения в пространстве. Ни гравитационное, ни электродинамическое поля не могут распространяться выше скорости света. Скорость света является абсолютной величиной и не зависит от системы отсчёта и кривизны пространства и времени, гравитационной массы. Сильное гравитационное поле пропорционально изменяет пространство и время, но не меняет скорость распространения света, может изменять направление. Гравитационное поле от дальних звёздных скоплений доходит до нас так же, как и свет, из прошлого. Но доходит оно до нас из дальнего космоса или нет, неизвестно. Возможно предположить, что поле электродинамического взаимодействия может иметь предельное значение, а радиус действия может зависеть от общей массы. Но это только предположение, данных подтверждающих такое взаимодействие нет.

Инерция материальных объектов. Реактивный способ позволяет перемещаться в пространстве и даже преодолевать земную гравитацию, выводя в космос многотонные объекты. Действие силы отталкивания от инерционной массы, при реактивном движении, известно, что сила возникает между двумя материальными объектами, но что дальше. Между какими объектами действует сила, не позволяющая оттолкнувшемуся материальному объекту с ускорением

перемещаться в пространстве. С одной стороны, сила приложена к оттолкнувшемуся материальному объекту, а к чему приложена сила с другой стороны? Ведь сила действия равна силе противодействия. Эта сила называется силой инерции. Но к чему она приложена? То есть возникает вопрос: от чего отталкивается масса, выброшенная двигателем при реактивном движении? Скорость реактивного движения зависит от скорости выброшенной массы. Сила инерции зависит от массы материального объекта и полностью соответствует гравитационной массе. Что подтверждает единство происхождения инерционной массы и гравитационной. Если предположить, что гравитационная масса является результатом действия электродинамических сил, то и инерционная масса, так же является электродинамической. В результате получается, что движение реактивного двигателя происходит за счёт электродинамических сил дальнего взаимодействия и отталкивания от удалённых материальных объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Электромагнетизм, автор: В.Б. Осташев;

2. Электродинамика, автор: И.В. Яковлев;

3. Краткий справочник по физике, автор: С.И. Кузнецов

Stanovov A.D.

Electronic Engineering engineer (Moscow, Russia)

MYSTERY OF ELECTRICITY. PART I. INTERACTION OF MOVING CHARGES FROM POSITION OF MAGNETIC INDUCTION

Abstract: the paper considers the interaction of moving electric charges from the position of magnetic induction.

Keywords: plane of action of all forces, vector of relative velocity ofpoint charge, vector of electrostatic force of interaction, vector of total force, vector of electrodynamic force of interaction, line connecting charges.