МЕНЮ

К вопросу о парадоксальности закона электромагнитной индукции

В данной статье дается критический анализ “парадоксов” электромагнитной индукции на основе эфиродинамической концепции природы магнитных сил. В качестве примеров рассматриваются некоторые «парадоксы» электромагнитной индукции, которые уже многие десятилетия не находят удовлетворительное объяснение: “парадокс Геринга” и ему подобные, униполярная индукция.

Введение. Убедительное рассуждение, приводящее к неприемлемому заключению, называется парадоксом.[1]  Особую роль парадоксы играют в логике и науке, свидетельствуя о том, что привычные приёмы теоретического мышления сами по себе не обеспечивают надёжного продвижения к истине. [2] 

Открытие электромагнитной индукции М. Фарадеем (магнитоэлектрической [3]) было одним из величайших научных  достижений XIX века. Это явление послужило основой для создания электромагнитной теории Максвелла, множества прикладных технических решений, играющих важную роль в современной науке и технике.

Поэтому всякие теоретические разногласия, связанные с этим явлением, вызывают жаркие споры и дискуссии, приводящие к неприятию этого явления. Для обоснования этой позиции приводятся экспериментальные факты [4,5], при которых закон магнитоэлектрической индукции не выполняется. В электродинамике эти феномены получили название “парадоксы” электромагнитной индукции. [4] 

Как было показано в работе [6] , корни этой проблемы  находятся  в математизации эмпирически открытого явления электромагнитной индукции Фарадеем. В процессе создания математической теории электромагнитной индукции Нейманом, Максвеллом, Герцем, Хевисайтом и др. окончательно было выхолощено понятие эфира, как среды взаимодействия магнитных сил, а вместо него  получила развитие концепция магнитного силового поля, представляемого магнитной индукцией [7]  — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд q , движущийся со скоростью v.

            Данное представление магнитной индукции является элементом полевой математической абстракции не имеющей физической сущности. В действительности, исходя из определения магнитной силы, например из силы Лоренца [8] (только со стороны магнитного поля) F = qvBsinα, магнитная индукция (В) это коэффициент – скалярная величина, определяющий степень уменьшения (увеличений) магнитной силы в данной точке пространства. К тому же, как показано в работе [6], в рамках явления магнитоэлектрической индукции, магнитная сила (магнитное поле) действует не на движущийся заряд, а на протон-электронную пару атомов вещества, обуславливая генерацию фотонов.

            Простота и изящество описания электромагнитных явлений полевой формой сделали теорию Максвелла, согласно официальной науке, фундаментом всей современной физики. [5] Однако неспособность решать все возрастающий поток как теоретических, так и практических задач привело  современную электродинамику, базирующуюся на теории Максвелла,  к парадоксальности.

Целью настоящей работы является попытка критического анализа “парадоксов” электромагнитной индукции на основе эфиродинамической концепции природы магнитных сил. В качестве примеров рассматриваются некоторые «парадоксы» электромагнитной индукции, которые уже многие десятилетия не находят удовлетворительное объяснение.

«Парадокс Геринга» и ему подобные. Описание устройства и сущность парадокса даны в работе [4]: намагниченный железный тороид охвачен замкнутым контуром, состоящим из двух пружинных зажимов  и гальванометра. При извлечении тороида из пружинной петли (без нарушения металлического контакта) магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется от исходного значения до нуля. «Парадокс Геринга» заключается в том, что при этом в цепи не возникает ЭДС индукции, которая следует из закона электромагнитной индукции (Неймана — Максвелла) [9]:

ε = — dФ/dt.                                         (1)

Дискуссия продолжалась несколько десятилетий, то затухая, то возникая вновь, но «парадокс Геринга» так и остался неразрешенным. Более того в процессе дискуссии были предложены и другие схемы, в которых нарушался основной закон электромагнитной индукции.

            Исходя из эфиродинамической концепции сущность явления заключается в следующем. Магнитная сила намагниченного железного тороида воздействует на замкнутый контур, который охватывает тороид. В виду симметричности контура, относительно плоскости сечения тороида, магнитная сила воздействия на верхнюю и нижнюю части замкнутого контура, согласно описанию устройства, будет одинакова. Фактически магнитные силы одной и той же величины, воздействуя на верхнюю и нижнюю части замкнутого контура приведут в возбужденное состояние одно и тоже количество протон-электронных пар, как в верхней, так и нижней части. При извлечении тороида из пружинной петли (без нарушения металлического контакта) произойдет генерация фотонов, количество (концентрация) которых в обеих рассматриваемых частях замкнутого контура будет одинаковым. В соответствии определения потенциала электрического поля [10] — скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду φ = W/q,  потенциал электрического поля определяется величиной концентрации носителей электрического заряда, в нашем случае – фотонов. Следовательно,  потенциалы верхней и нижней частей замкнутого контура будут равны. Гальванометр,  подключенный к верхней и нижней частям замкнутого контура,  будет фиксировать разность потенциалов, которая всегда будет равна нулю, при перемещении тороида по направлению, указанному  в эксперименте, т. е. вдоль верхней и нижней частей замкнутого контура.

Индуцированная ЭДС появиться только в случае нарушения симметрии воздействия магнитных сил, т. е. при движении тороида снизу вверх и наоборот (от нижней части контура к его верхней и наоборот).

Схема, предложенная в 1968 году Тили [4]. Цепь состоит из контура с перемычкой по середине. При замкнутой перемычке образуются два контура. В правый контур включен гальванометр G, а левый, подвергается воздействию постоянным магнитом, находящимся в центре контура. Если разорвать перемычку между контурами, то – согласно закону (1) – гальванометр должен показать импульс индукционного тока в цепи. Но какая-либо ЭДС в этом эксперименте не появляется.

В данной схеме постоянный магнит находится в состоянии покоя. Вследствие чего генерации фотонов в контуре не происходит. Следовательно, нет причины появления индуцированного тока или ЭДС. Установление перемычки вызовет одномоментную генерацию фотонов в перемычке, концентрация которых быстро (со скоростью света) придет в равновесие по всему левому контуру. При снятии перемычки гальванометр зафиксирует разность потенциалов верхней и нижней части левого контура, которая в силу симметричности схемы будет равна нулю.

Данный эксперимент также взят из работы [4]. Устройство включает две соосные катушки провода (два соленоида). Первичная цепь состояла из внутренней катушки, источника постоянного тока  и реостата. Вторичной цепью служил внешний соленоид, к движку которого был подключен баллистический гальванометр.

В эксперименте по первичной цепи протекал постоянный ток, а полный магнитный поток, пронизывающий второй соленоид  (потокосцепление ψ), регулировался изменением числа витков N во вторичной обмотке – включением/выключением ключа  или перемещением движка соленоида. Однако при любых изменениях числа подключенных витков гальванометр не обнаруживал в цепи никакого индукционного тока.

Эксперимент не обнаружил  индукционного тока в виду его ошибочной интерпретации. Изменение числа витков вело к изменению потокосцепления двух селеноидов, однако величина магнитной силы, действующей на витки вторичного селеноида, оставалась постоянной вследствие постоянства тока в первичной цепи. При постоянной магнитной силе генерация фотонов отсутствует, что фиксирует гальванометр. Изменение количества витков вторичного селеноида на величину магнитной силы никакого влияния не оказывает.

Выше рассмотренные эксперименты показывают, что без понимания природы магнитоэлектрической индукции нельзя решить весь объем существующих  и появляющихся задач, использующих это явление. Математическая формулировка этого закона, предложенная Нейманом – Максвеллом, которая стала доминирующей в современной физике, не отражает природы магнитоэлектрической индукции, а по сути является упрощенной математической моделью. На это указывал еще Кастерин Н. П. в 30-е годы ХХ ст. в докладе на специальном собрании при Президиуме Академии наук 9 декабря 1936 г. [11]:

“Система основных уравнений электромагнитного поля Максвелла, установленная 75 лет тому назад, несомненно, не в состоянии обнять все явления электромагнетизма, известные в настоящее время; современная теоретическая физика пытается достигнуть этой цели путем надстроек в виде релятивистской, квантовой и волновой механики, изменяя, обобщая и даже извращая основы классической механики и физики, но допуская tacito consensus (по умолчанию, втайне, не оговаривая-мое), что уравнения Максвелла абсолютно точны. С нашей точки зрения уравнения электромагнитного поля Максвелла только первые приближения, а их недостаточность в настоящее время происходит оттого, что точность современных измерений в электродинамике неизмеримо возросла по сравнению с временами Фарадея, Максвелла, Герца, со времени их установления.”

            Свою теорию электромагнетизма, как известно, Максвелл строил на вполне определенных физических концепциях, основываясь на допущении реальности существования эфира, реальной материальной среды — носителя полей. Однако со временем, в связи с отказом в физике от любой модели среды, физическая сущность из уравнений Максвелла начала постепенно выхолащиваться. [5] Данное обстоятельство и привело электромагнитную теорию Максвелла к неспособности решать определенный круг задач, характеризующихся как “парадоксы” электродинамики. До настоящего времени за рамками теории Максвелла остаются нерешенными множество задач [12], среди которых особый интерес представляет униполярная индукция.

Униполярная индукция. Это частный случай электромагнитной индукции; возникает при вращении проводящих тел, обладающих собственной намагниченностью либо помещённых во внешнее магнитное поле. [13]

 «Униполярная индукция (У. и.) была открыта Фарадеем почти 200 лет назад, но и до настоящего времени физические принципы работы конструкций униполярных генераторов многим остаются неясны. Принцип действия таких генераторов не находит своего объяснения в рамках закона индукции Фарадея и отнесён к парадоксу и исключению из этого закона.»[14]

Попытки интерпретировать этот случай электромагнитной индукции Фарадея предпринимались разными учеными. В настоящее время сформировался подход с привлечением теории относительности [15, 16]: “Последовательное объяснение явления У. и. дает относительности теория. В системе отсчёта, связанной с магнитом (собственной системе отчета), электрическое поле Е отсутствует. Если в лабораторной системе отсчёта магнит движется с постоянной скоростью v, то, согласно релятивистским формулам преобразования напряженности полей, в этой системе электрическое поле Е (с точностью до множителя 1/Ω (1 – v2/c2), при малых v практически будет равно: Е = — (vB)/c; эта формула применима к областям как внутри, так и вне намагниченного тела, независимо от того, является ли оно проводящим или непроводящим. Ω – угловая скорость вращения проводящего тела. Т. о., У. и. – релятивистский эффект, в котором отчетливо проявляется относительный характер деления электромагнитного поля на электрическое и магнитное.

Наличие электрического поля приводит к появлению постоянной разности

потенциалов, что используется для генерирования постоянного тока в униполярных машинах.“

            Данный подход базируется на концепции существования свободных электронов в проводнике и теории Максвелла: вихревое магнитное поле генерирует вихревое электрическое. Недостатки этих концепций и их критика широко представлены в научной литературе. [12, 17, 18]

            В работе [18] показано, что конкретные ответы на все вопросы, связанные с униполярной индукцией, могут быть получены в рамках концепции зависимости скалярного потенциала заряда от его относительной скорости.

            Электрический заряд это неотъемлемое свойство элементарных частиц. Если в качестве носителя электрического заряда в указанной концепции рассматривать электрон, то указанная концепция станет еще одним мифом в рамках мифологии модели свободного электрона. Если в качестве носителя электрического заряда рассматривать фотон, то скорость фотона, а также его электрический заряд,  являются только функцией его длины волны [19] и не зависят от инерциальной системы отсчета (СТО) или не инерциальной (ОТО), т. е. они инвариантны системам отсчета, а это значит, что скалярный потенциал электрического заряда фотона также инвариантен системам отсчета, т. е. не зависит от его относительной скорости. Очевидно, что указанная концепция не более чем еще одна математическая абстракция, не имеющая физической сущности.

            Рассмотрим эксперимент Фарадея с устройством преобразования механической энергии в электрическую, получившим название диск Фарадея. [20]

            В этом случае магнитное поле было направлено вдоль оси вращения, контур относительно поля не перемещался. Наибольшее же удивление вызвал тот факт, что вращение магнита вместе с диском также приводило к появлению ЭДС в неподвижной внешней цепи. Так появился парадокс Фарадея, получивший разрешение в рамках выше указанных концепций.

Наглядно видимая парадоксальность униполярной индукции выражается таблицей, в которой описаны различные комбинации из вращения и неподвижности частей установки, и восклицательным знаком отмечен результат, интуитивно не объяснимый — возникновение тока в неподвижной внешней цепи при одновременном вращении диска и закреплённого вместе с ним магнита.

Проведем анализ процессов в диске Фарадея для случая (2) таблицы: диск вращается, магнит и внешняя цепь неподвижны. На поверхности диска выделим элемент поверхности, который в первоначальный момент находится под магнитом. Под

                                                                                                                            Таблица.

Nп/п    магнит             диск              внешняя цепь          есть ли напряжение?

1.       неподвижен   неподвижен         неподвижен                     отсутствует

2.       неподвижен   вращается            неподвижен                     Есть

3.       неподвижен   неподвижен         вращается                        Есть

4.       неподвижен   вращается            вращается                        отсутствует

5.       вращается      неподвижен         неподвижен                     отсутствует

6.       вращается      вращается            неподвижен                     Есть (!)

7.       вращается     неподвижен          вращается                        Есть

8.       вращается     вращается             вращается                         отсутствует

воздействием магнитной силы магнита в данном элементе поверхности проводящего диска протон-электронные пары атомов материала проводника возбуждаются. В процессе вращения диска указанный элемент поверхности диска удаляется от магнита и пройдя расстояние равное половине окружности, по которой осуществляется движение элемента поверхности диска, элемент выходит из под действия магнитной силы магнита. В результате снимается возбуждение протон-электронных пар, происходит генерация фотонов. При дальнейшем движении элемента поверхности по окружности, он снова попадает под воздействие магнитной силы магнита. При этом максимальное значение силы воздействия на протон-электронные пары достигнет, когда элемент снова окажется под магнитом. Таким образом,  в процессе движения диска с некоторой постоянной скоростью наблюдается циклический процесс возбуждения протон-электронных пар атомов материала проводника и генерации фотонов.

В работе [21] было показано, что величина индуцированного тока определяется выражением:

di/dt = 1/(µ0·I0)  (RdB/dt + BdR/dt).

С учетом того, что в данном устройстве используется неподвижный магнит с постоянной магнитной силой В = const, то RdB/dt = 0.

Следовательно

di/dt = 1/(µ0·I0)  (BdR/dt).                                     (2)

Выражение (2) показывает, что физически диск Фарадея является реализацией явления магнитоэлектрической индукции путем изменения расстояния dR/dt между магнитом и контуром при постоянстве величины магнитной индукции.

Расстояние R это периодическая функция:

R = 2r sin (π/2 — α),

где r – радиус окружности, описываемой элементом поверхности, α = ωt – угол, образуемый диаметром окружности и отрезком (хордой), определяемой длину расстояния R, ω – частота вращения диска.

Для установления воздействия магнита на весь диск проинтегрируем выражение (2):

∫ ∫di/dt = 1/(µ0·I0) ∫ ∫(BdR/dt).

∫ ∫di/dt = 1/(µ0·I0) ∫ ∫(Bd(2r sin (π/2 — ωt)) /dt).

           Rt                          Rt

i(t) = 1/(µ0·I0) ·B·2r0·ω·cos(ωt — π/2),                   (3)

где r0 – радиус диска.

Выражение (3) определяет величину и характер индуцированного тока. При B, r0, ω = const  i(t) = const. Функция cos(ωt — π/2) показывает, что величина индуцированного тока в диске неравномерна, ее максимальное значение тока можно снять, например, в точке  при α = 0. В точке α = π, значение индуцированного тока становится отрицательным, т. е. эта точка характеризуется  не генерацией тока, а, наоборот, потреблением. Данное обстоятельство указывает на необходимость правильного подключения внешней цепи, относительно ориентации магнита.

Данная методика анализа применима для всех случаев функционирования диска Фарадея, указанных в таблице, для которых взаимодействующими элементами устройства диск Фарадея являются магнит и диск. При этом следует обратить внимание на два случая 6, 7, для которых анализу по указанной выше методике подвергается  пара взаимодействующих элементов – магнит и внешняя цепь.

Выводы. Анализ выше указанных “парадоксов” электромагнитной индукции с помощью эфиродинамической концепции магнитных сил показывает надежность и широкие возможности эфиродинамики в решении проблем электродинамики в целом.

Современная электродинамика не имеет представления о фундаментальных понятиях, таких как электрический заряд, электрический ток, магнитная и электрическая сила, но зато имеет уравнения Максвелла – математическую абстракцию, не имеющей физической сущности, которые признаются как ошибочные. Однако поиск выхода из существующих проблем ведется в рамках той же мифологии, на которой построены уравнения Максвелла: магнитные силовые линии, магнитные и электрические поля. К ним добавляются мифы о свободном электроне, что в целом и ведет к парадоксальности рассматриваемых явлений.

Литература.

  1. Анисов А. М. Современная логика. – М., 2002. – 273 с.
  2. https://gtmarket.ru/encyclopedia/ ГУМАНИТАРНАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ. Парадокс.
  3. Менде Ф. Ф. Новая электродинамика. Революция в современной физике. Монография. – Харьков: 2011, — 167 с., ил. 36, библ. 20.
  4. http://electrodynamics.narod.ru/ Канн К.Б. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА (взгляд физика).
  5.  Николаев Г. В. НЕИЗВЕСТНЫЕ ТАЙНЫ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА И СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ. Новые концепции физического мира, 2002 г., 150 с.
  6. http://nauka2000.com/   Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Эфиродинамическая концепция природы магнитоэлектрической индукции.
  7. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Магнитная индукция.
  8. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Сила Лоренца.
  9. Спасский Б.И. История физики. Часть 1. М. МГУ. 1963. 335 с.
  10. http://www.eduspb.com/node/1761 Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.
  11. КАСТЕРИН Н. П. ОБОБЩЕНИЕ ОСНОВНЫХ УРАВНЕНИЙ АЭРОДИНАМИКИ И ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ. (Доклад на особом совещании при Академии Наук 9 декабря 1936 г.) ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР МОСКВА—1937 г.
  12. Николаев Г.В. Современная электродинамика и причины ее парадоксальности. Перспективы построения непротиворечивой электродинамики. Теории, эксперименты, парадоксы. Томск: Твердыня, 2003. — 152 с.
  13. http://femto.com.ua/articles/part_2/4213.html Униполярная индукция.
  14. Цитата из работы: http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/aze.shtml Лемешко Андрей. Великий Поход за Энергией. 1.7. Динамический электрогенератор или N-машина.
  15. Тамм И.Е. Основы теории электричества. Учеб. пособие для вузов. — 11-е изд., испр. и доп. — М.: Физматлит, 2003. — 616 с.
  16. Пановский В., Филипс М. Классическая электродинамика. Пер. с англ. В.П. Быкова. Под ред. С.П. Капицы. — М.: Физматгиз, 1963. — 432 с.
  17. http://nauka2000.com/   Лямин В. С.,  Лямин Д. В. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ – МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?
  18. https://docplayer.ru/50943142-Paradoks-faradeya-i-ego-obyasnenie-vvedenie.html  Менде Ф. Ф. Парадокс Фарадея и его объяснение.
  19. http://nauka2000.com/   Лямин В. С.,  Лямин Д. В. К 125-и летию открытия фотона.
  20. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Униполярный генератор.
  21. http://nauka2000.com/   Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Эфиродинамическая концепция природы магнитоэлектрической индукции.

Лямин В.С. , Лямин Д. В. г. Львов


1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (Еще не оценили)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи