МЕНЮ

Мифы электростатики

В данной работе показаны истоки некорректности теории традиционной электростатики и эффективность методологии эфиродинамики в решении ее проблем.

Введение.  Согласно современным представлениям электростатика [1] это раздел электродинамики, в котором изучается взаимодействие  неподвижных электрических  зарядов (электростатическое  взаимодействие). 

Основы электростатики были заложены на основе экспериментов проведенных в XVII—XVIII веках, которые завершились  формулированием закона Кулона. С открытием электромагнитных явлений и той революции в технологиях, которые они произвели, интерес к электростатике на некоторое время был утерян. Однако современные научные исследования показывают огромное значение электростатики для понимания многих процессов живой и неживой природы. [2] При этом нерешенность таких проблем, как электризация тел, в чем сущность электрического заряда и электрической силы, каковы механизмы взаимодействия электрически заряженных тел сдерживает не только развитие электростатики, а создает предпосылки некорректной интерпретации электрических явлений в целом, т. е. мифологизации электростатики.

Основной методологической ценностью определения (по существу) является то, что оно по крайней мере должно учитывать главнейшие особенности определяемой предметной области, может служить основанием для выявления основных направлений его исследований, должно наталкивать на изучение новых сторон данной предметной области. [3] В выше указанном определении электростатики ничего подобного нет. Отсутствие предмета исследования делает электростатику не разделом науки (электродинамики), а сборником легенд и мифов, произвольная интерпретация которых ни в чем не ограничена.

Известно [4], что электрический заряд это свойство, присущее всем элементарным частицам. Из чего следует, что выше указанное определение электростатики абсурдно по своей сути, ввиду того, что “свойства” взаимодействовать не могут.  Если рассматривать взаимодействие электрически заряженных неподвижных тел, то из сферы изучения явлений электростатики выпадают объекты материального мира, объединенных сущностью “микро”. Если рассматривать электростатическое взаимодействие элементарных частиц, например, фотонов – основных переносчиков электрического заряда, то у фотона нет состояния покоя, он находится в постоянном движении. Как следствие этому не существует взаимодействия неподвижных зарядов.

Таким образом, исходя из выше изложенного,  можно отметить, что наработанный традиционной физикой теоретический потенциал электростатики далек от совершенства и не способствует решению практических задач. Одним из путей выхода в данной ситуации является использование методологии эфиродинамики [5], как новой парадигмы физики  XХI века, позволяющей решить выше указанные проблемы электростатики.

Исторические предпосылки. Основание электростатики положили работы Кулона [6, 7] (хотя за десять лет до него такие же результаты, даже с ещё большей точностью, получил Кавендиш. Результаты работ Кавендиша хранились в семейном архиве и были опубликованы только спустя сто лет);  найденный последним закон электрических взаимодействий дал возможность  ГринуГауссу и Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию. Самую существенную часть электростатики составляет теория потенциала, созданная Грином и Гауссом.

Согласно гипотезе Кулона, электрические действия между телами рассматривались, как действия, которые происходят на расстоянии. Принималось, что два количества электричества q и q′, мысленно сосредоточенные в двух точках, отстоящих друг от друга на расстояние r, отталкивают или притягивают одно другое по направлению линии, соединяющей эти две точки, с силой, которая определяется формулой f = C·q·q′/r2, причем коэффициент С является зависящим исключительно только от единиц, служащих для измерения величин q, r и f. Природа среды, внутри которой находятся данные две точки с количествами электричества q и q′, предполагалось, не имеет никакого значения, не влияет на величину f.

Однако, опыты Фарадея, произведенные ещё в первую половину тридцатых годов XIX века, указали, что то, что считалось совершенно пассивно относящимся к электричеству, а именно, изолирующие вещества или, как их назвал Фарадей, диэлектрики, имеет определяющее значение во всех электрических процессах и, в частности, в самой электризации проводников. Эти опыты обнаружили, что вещество изолирующего слоя между двумя поверхностями конденсатора играет важную роль в величине электроёмкости этого конденсатора. При замене слоя воздуха слоем другого жидкого или твёрдого диэлектрика электроемкость конденсатора увеличивается в K раз. Эта величина K названа Фарадеем индуктивной способностью данного диэлектрика. Сегодня величину K называют обыкновенно диэлектрической проницаемостью этого изолирующего вещества.

Максвелл явился истолкователем идей Фарадея. Он облек эти идеи в математическую форму. Основание теории Максвелла заключается не в законе Кулона, а в принятии гипотезы, которая выражается в следующем равенстве:

∫∫KF cos (α·dS) =4πQ.                                                                                                                             (1){\displaystyle \iint {KF\cos \varepsilon dS}=4\pi Q.\qquad (13)}

Здесь интеграл распространяется по какой угодно замкнутой поверхности S,

F обозначает величину электрической силы, которую испытывает единица электричества в центре элемента этой поверхности dS, α обозначает угол, образуемый этой силой с внешней нормалью к элементу поверхности dS, К обозначает диэлектрический коэффициент среды, прилегающей к элементу dS, и Q обозначает алгебраическую сумму количеств электричества, заключающихся внутри поверхности S.

Это уравнение более общее, чем выражение закона Кулона. Оно относится к случаю каких угодно изотропных изолирующих сред. Из выражения (1) также следует, что кажущееся взаимодействие двух зарядов q и q′,  находящихся в двух точках, расположенных в однородной изотропной диэлектрической среде на расстоянии r друг от друга, может быть представлено формулой f = q·q′/ K·r2, то есть это взаимодействие обратно пропорционально квадрату расстояния, как это должно быть согласно закону Кулона.

KF cos (α·dS) представляет собой выражение потока электрической индукции через элемент dS. Проведя через все точки контура элемента dS линии, совпадающие с направлениями F в этих точках, мы получаем (для изотропной диэлектрической среды) трубку индукции. Для всех сечений такой трубки индукции, не заключающей внутри себя электричества, KF cos (α·dS) = const.

Максвелл не использовал векторных обозначений и записывал свои уравнения в достаточно громоздком компонентном виде. Современная форма уравнений электростатики Максвелла появилась около 1884 года после работ Хевисайта, Герца и Гиббса. Они переписали систему Максвелла в векторном виде, переформулировав ее в терминах поля, избавившись от электрического  потенциала, игравших в теории Максвелла существенную роль, поскольку полагали, что эта функция является лишь ненужной вспомогательной математической абстракцией [8].

 

Мифология электростатики. В современной физике полевая форма уравнений электростатики играет доминирующую роль, несмотря на то, что при анализе взаимодействия электрических зарядов дает те же результаты, что и при помощи закона Кулона. В работе [9] было показано, что закон Кулона это частный случай более общего модифицированного закона Кулона, имеющий существенные ограничения своего применения. Полевая форма Максвелла не только не устранила недостатки закона Кулона, а сформировала свою мифологическую концепцию взаимодействия электрических зарядов.

В теоретическую основу электростатики положены три “экспериментально” установленных факта [10]: наличие двух видов электрических зарядов; существование взаимодействия между ними посредством электрического поля; принцип суперпозиции, когда взаимодействие любых двух зарядов не зависит от присутствия других.

Миф о двух видах электрических зарядов. Истоки этого мифа исходят из XVIII века, когда в 1729 году Ш. Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным» соответственно. Представления о двух видах зарядов стали основой дуалистической теории электричества[11], интерпретирующей все современные явления электричества.

Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл Б. Франклин [12]. В представлении Франклина, сторонника унитарной теории электричества,  понятия отрицательное и положительное электричество понимаются как его недостаток и избыток, что не тождественно математическому понятию меньше нуля или больше нуля. С течением времени представления Франклина о положительном и отрицательном электричестве (заряде) бездоказательно были трансформированы сторонниками дуалистической теории в математическое понятия больше или меньше нуля, что в дальнейшем стало основанием наличия в природе двух видов электрических зарядов.

На сегодняшний день не приведено ни одного доказательства существования в природе двух видов электрического заряда, не существует ни одного измерительного прибора, который измерял бы величину отрицательного электрического заряда.

Окончательно миф о двух электрических зарядах развенчивается  на основе эфиродинамической концепции вскрытия физической сущности электрического заряда [4]: …электрический заряд пропорционален массе… . Согласно указанному определению электрического заряда: в природе не существует отрицательных электрических зарядов, так как не существует материальных объектов с отрицательной массой. Этот принцип пропорциональности электрического заряда массе положен в основу масс-спектроскопии – метода исследования вещества [13], в рамках которого также не наблюдалось вещество с отрицательной массой, а значит с отрицательной величиной электрического заряда.

Миф об электрическом поле. Согласно современной физике, передача взаимодействия между телами не может осуществиться без участия материи [14]. Взаимодействие между заряженными телами, находящимися, в общем случае, в состоянии движения в некоторой системе отсчета, является электромагнитным взаимодействием. Тип материи, посредством которой осуществляется электромагнитное взаимодействие, получил название электромагнитное поле. В системе неподвижных электрических зарядов это взаимодействие осуществляется при помощи электростатического поля, однако не передается мгновенно. Оно переносится с некоторой конечной скоростью, максимальное значение которой равно скорости распространения света в вакууме: c = 3∙108 м/с.

Электрическое поле [14] – это форма материи, обладающая особыми физическими свойствами, главное из которых заключается в следующем положении: на электрические заряды, помещенные в это поле, действуют силы, пропорциональные этим зарядам. Присутствие электрического поля, созданного некоторым зарядом q, можно обнаружить, если внести некоторый другой заряд q′ в пространство, окружающее этот заряд q.

Если вместо некоторого заряда q′ внести в пространство некоторое тело с зарядом q′ = 0 (т. е. зарядом q′ = 0), то согласно закона Кулона взаимодействие между зарядом q и телом с зарядом q′ = 0 осуществляться не может (f = q·q′/ K·r2 = 0). Т. е. закон Кулона, а также электростатика в целом, не смотря на их “материализацию” в виде электрического поля,  не могут объяснить такие явления, как электрический разряд между наэлектризованным и не наэлектризованными телами, например, удар молнии в здание во время грозы. Решение данной проблемы приведено в работе [9].

“Материализация” уравнений Максвелла  также получила свою критическую оценку, например,  в работах [15, 16].

Известно  [17], что все силовые поля (в том числе электромагнитное) создаются не массами, зарядами и токами самими по себе, а их неравномерным распределением в пространстве. Учитывая, что масса и заряд выражают свойства, например, электрически заряженных тел, то, очевидно, что силовые поля (в том числе электромагнитные и электрические) будут представлять собой неравномерное распределение носителей массы, заряда.

Переносчиком электрического заряда в пространстве является фотон [16]. Следовательно, неравномерность распределения фотонов в пространстве и является источником силовых электрического и электромагнитного  полей.

Фотон [18] это элементарная частица, представляющая собой замкнутый тороидальный вихрь уплотненного эфира с кольцевым движением тора (как колеса) и винтовым  движением внутри него, осуществляющая поступательно-циклоидальное движение (по винтовой траектории), обусловленное гироскопическими моментами собственного вращения и вращения по круговой траектории  и предназначенная для переноса энергии.

Совокупность фотонов совместно со средой, в которой они существуют – эфиром, образуют потоки фотонного газа. Скорость движения этих  потоков величина квазипостоянная и равна околосветовой [19].

Миф о постоянстве скорости света это результат полевой математизации уравнений Максвелла, существенно ограничивающий сферу их применения. На это указывал в своей работе [20] видный русский советский ученый Кастерин Н. П. Обоснование мифичности постоянства скорости света приведено в работе [21].

Эфиродинамическая фотонная концепция электростатики. Поток фотонного газа характеризуется плотностью J, которая представляет собой вектор, параллельный потоку фотонов, несущих электрический заряд, его величина равна количеству электрического заряда, переносимого за единицу времени через единичную площадь, перпендикулярную потоку.

Если поток вектора плотности тока J от заряда q проходит через поверхность параллелепипеда со сторонами dx, dy, dz, то поток вектора J, прошедшего через грань х, равен соответственно:

сквозь ближайшую грань

– Jxdydz;

сквозь дальнюю грань

Jxdydz + ∂Jx/∂x dx dydz + ∂Jx/∂t dt dydz;

(Jx + ∂Jxdx/∂x + ∂Jxdt/∂t) dydz;

потоки через  грань разделим на объем параллелепипеда dxdydz, находим:

Jx/dx + ∂Jx/∂x + ∂Jx/∂t dt/dx

∂Jx/∂x + 1/vx ∂Jx/∂t = ρ,                                                                               (2)

Полученное дифференциальное уравнение первой степени (2) при ρ = 0 (отсутствие зарядов на пути распространения фотонного газа) преобразуется в вид

∂Jx/∂x + 1/vx ∂Jx/∂t = 0.                                                                               (3)

Данное дифференциальное уравнение (3) с частными производными первого порядка имеет стандартное решение [22]:

Jx = J (t x/vx),                                                                                           (4)

где Jнелинейная функция от скорости фотонов.

Выражение (4) представляет уравнение плоской волны, распространяющейся в направлении х.

Таким образом, силовое электрическое поле, обусловленное неравномерным распределением носителей электрического заряда (фотонов), которое характеризуется электрической напряженностью, распространяется  в направлении, которое совпадает с направлением  потока фотонного газа и имеет продольное распространение, а не поперечное,  как это вытекает из известных уравнений Максвелла.

Из выше изложенного следует, что силовое электрическое поле это не форма материи, а пространство (совокупность) взаимосвязанных и взаимодействующих носителей электрического заряда, предназначенное для формирования электрической энергии.

Электрическая сила это мера взаимосвязи и взаимодействия между телами,  обусловленная неравномерным распределением носителей электрического заряда.

Электростатика это раздел электродинамики, в котором изучаются взаимосвязи и взаимодействия тел, обусловленные  неравномерным распределением носителей электрического заряда, независимые или медленно меняющиеся во времени.

В качестве примера некорректности традиционной электростатики рассмотрим один из электрических парадоксов, представленных в журнале “Техника молодежи” [22].

Сущность опыта в следующем. Известно [23], что, если на стержень электроскопа, к которому прикреплены лепестки из фольги, подать электрический заряд, то эти лепестки в силу того, что они заряжаются одноименными зарядами, разойдутся в стороны, т. е. отталкиваются друг от друга на основании закона Кулона – одноименные заряды отталкиваются.

Если поместить электроскоп во внутрь цилиндра Фарадея, а его стержень соединить проводящей перемычкой с поверхностью цилиндра и подать электрический заряд на цилиндр Фарадея и электроскоп, соответственно, то электроскоп не чувствует этот электрический заряд, независимо от его величины.

Согласно традиционной теории, на лепестки электроскопа будут воздействовать силы отталкивания между лепестками Fлл, как в выше изложенном случае, так и силы отталкивания между каждым лепестком и внутренней поверхностью цилиндра Fцл . Эти силы будут направлены навстречу друг другу. Оценим величину этих сил:

Fлл/Fцл = rцл2/rлл2,

где rцл – расстояние от поверхности цилиндра до лепестка, rлл – расстояние между лепестками.

Таким образом, сила отталкивания между лепестками Fлл будет больше силы отталкивания между поверхностью цилиндра и лепестками  Fцл  в rцл2/rлл2 раз, т. е. при подаче электрического заряда на систему цилиндр – электроскоп, теоретически электроскоп должен чувствовать этот электрический заряд, что, однако,  противоречит опыту.

С точки зрения эфиродинамической фотонной концепции, при подаче электрического заряда на электроскоп, лепестки электроскопа генерируют (излучают) в пространство вокруг лепестков фотоны. Очевидно, что плотность фотонов (фотонного газа) между лепестками будет больше плотности фотонов за лепестками. Разность плотностей фотонов (неравномерность распределения) обуславливает силу, которая отталкивает лепестки друг от друга.

В системе цилиндр – электроскоп, при подаче электрического заряда внутреннее замкнутое пространство цилиндра равномерно заполняется фотонным газом, так что плотности фотонов между и за лепестками выравниваются, что обуславливает отсутствие каких либо сил. Лепестки остаются без движения, что подтверждается опытом.

Данная задача имеет широкое применение в технике и быту, как задача экранирования предметов от внешнего воздействия электричества. Внутри любого замкнутого пространства, ограниченного проводящей поверхностью напряженность электрического  поля всегда будет равно нулю, независимо от того, какой потенциал электрического поля будет находиться на экранируемой поверхности, вследствие  равномерности распределения носителей электрического заряда.
Выводы. Определение понятия “электростатика” традиционной физикой не соответствует общесистемным требования понятия “определение”, следствием чего является некорректность и мифичность описания электрических явлений в природе.

Эфиродинамическая фотонная концепция позволяет дать непротиворечивое, соответствующее полноте и достоверности определение основных понятий электростатики: электрический заряд, электрическая сила, электрическое поле и электростатики в целом.

 

Литература:

  1. Физическийэнциклопедический словарь.  М.: Советская энциклопедия. Главный

редактор А. М. Прохоров. 1983, с. 944.

  1. Богданов К. Что может электростатика// Квант. — М.: Бюро Квантум, 2010. —

№ 2, с. 10 – 13.

  1. Урманцев Ю.А.Симметрия природы и природа симметрии (Философские и естественно-научные аспекты)  М., «Мысль», 1974, 229 с.
  2. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность электрического заряда.
  3. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  1. http://www.phys.nsu.ru/cherk/eldinfirst/wese51.html §11 Ш. Кулон: О фундаментальном законе электростатики.
  2. https://ru.wikisource.org/wiki/ Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. Электростатика.
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki Уравнения Максвелла.
  1. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Модифицированный закон Кулона.
  2. http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/ Электростатика.
  3. Розенбергер Ф., История физики, пер. с нем., 2 изд., ч. 2, М.-Л., 1937.
  4. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Миф об открытии электрона.
  5. Сысоев А.А. Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М.: Атомиздат, 1977. — 304 с.
  6. Баширов Ф.И. Электростатика и постоянный электрический ток. Казань: КПФУ, 2014. — 77 с.
  7. Блинов В. Ф. Физика материи. – М.: Издательство ЛКИ. 2007. — 408 с.
  8. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Представление о физической материи.
  9. Эткин В.А. Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). С-П.: «Наука», 2008, 409 с.
  10. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. К 125-летию открытия фотона.
  11. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность постоянной Планка.
  12. Кастерин, Н.П. Обобщение основных уравнений аэродинамики и электродинамики : Доклад на особом совещании при Академии наук СССР 9 декабря 1936 г. / Н.П. Кастерин. — М. : Изд-во АН СССР, 1937. — 16 с.
  13. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. О постоянстве скорости света.
  14. Зайцев В. Ф. , Полянин А. Д. Справочник по дифференциальным уравнениям с частными производными первого порядка. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 416 с.
  15. Техника молодежи, 1975, N 10, с. 65. Электростатические парадоксы.

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