МЕНЮ

Модифицированный закон Кулона

В данной статье на основе эфиродинамического представления физической сущности электрического заряда и механизма действия электрической силы показывается неполнота современного представления закона Кулона. На их основе проведена модификация закона Кулона, соответствующая полноте и достоверности теоретическим и экспериментальным фактам.

Введение. Закон Кулона является первым открытым количественным и сформулированным на математическом языке фундаментальным законом для электромагнитных явлений. С открытия закона Кулона началась современная наука об электромагнетизме.[1]

В современной физике закон Кулона формулируется следующим образом [1] :

Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.

F = k (q1 q2)/ r2 ,                                                                                               (1)

где  F — сила взаимодействия двух точечных зарядов; q1, q2 — величины зарядов;

r — расстоянию между зарядами; k — коэффициент пропорциональности.

Область достоверности закона ограничена рядом требований [1]:

  1. Точечность зарядов, то есть расстояние между заряженными телами должно быть много больше их размеров. Впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;
  2. их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поледвижущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;
  3. расположение зарядов в вакууме.

Закон Кулона это феноменологический закон.  Сущность понятия “феноменологический” дана в работе [2]: ”Важнейшая  общая черта  этих  феноменологических  теорий  состоит в  том, что  хотя они  делают  возможным  соответствующее  описание  наблюдаемых  явлений, и, в частности, нередко  позволяют  очень  точно  предвычислить  новые эксперименты  или  последующие наблюдения,  все  же  они  не дают  истинного  познания  явлений.“

Вследствие чего,  справедливость и точность закона Кулона многократно проверялась и подтверждалась все более точными экспериментами. Основным направлением таких экспериментов была проверка того, отличается ли показатель степени r в законе от 2. [3]

Последние эксперименты показали, что показатель степени в законе Кулона равен 2 с точностью до 3,0·10–16 м, что в современной физике позволяет утверждать, что закон Кулона можно считать надежно установленным фактом.

Другие направления проверки посвящены расширению достоверности закона Кулона, путем снятия вышеуказанных ограничений, например, в работе [4] рассматривается вариант “зависимости силы взаимодействия двух заряженных тел, если учесть их неточечность, т.е. принять во внимание их объемность”. В работе [5] подвергается сомнению современная трактовка закона Кулона в части “Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.” Автор [5] экспериментами “подтверждает, что при сближении одноименно заряженных тел с различной величиной зарядов (q1 и q2) они отталкиваются друг от друга только до тех пор, пока не будет нарушена при сближении граница равенства потенциалов (φ1 и φ2). Допустим, что одно из тел с зарядом q1 создает на своей поверхности потенциал φ1, более высокий, чем потенциал φ2, создаваемый вторым телом на своей поверхности зарядом q2. Если при сближении этих тел, одолев силы взаимоотталкивания,  тело с меньшим собственным потенциалом (φ2) попадает в зону где потенциал поля созданный другим телом (с зарядом q1) превышает в этой точке пространства потенциал φ2 — тела начинают притягиваться.”

Кроме выше изложенного, в практическом и теоретическом аспекте остался не рассмотренным вопрос  зависимости силы взаимодействия от величины электрического заряда. Например, предположим, что два наэлектризованных тела находятся на расстоянии r0, первое тело с зарядом q1, второе — с зарядом q2.

Предположим, что

r0, q1 = const, а q2 = var.

Тогда

F = f (q2) при  r0, q1 = const .                                                                                      (2)

Анализ выражения (2) показывает наличие двух особых точек данной зависимости. Первая q2 = 0, при которой  F = f (0) = 0. Т. е. при нулевой электризации второго тела, независимо от расстояния r0 , какое-либо взаимодействие между телами отсутствует. Но, при сколь угодно малом заряде второго тела появляется сила взаимодействия. Таким образом, в точке q2 = 0 функция (2) испытывает разрыв первого рода [6].

При q2 ≠ q1  и увеличении q2 сила взаимодействия также увеличивается.

При достижении значения q2 = q1 (вторая особая точка) из эксперимента [5] следует, что при равенстве зарядов тел одного знака тела испытывают силу отталкивания, а при  сколь угодно малом изменении величины заряда (например, q2, что эквивалентно изменению потенциала φ2) тела начинают притягиваться.

Т. е.  в точке q2 = q1 сила взаимодействия меняет свой знак на противоположный, что характеризуется также как разрыв функции первого рода.

Эксперимент, представленный в работе [5] имеет теоретическое обоснование только с учетом эфиродинамического раскрытия физической сущности электрического заряда. [7]

Исходя из вышеизложенного следует, что область достоверности закона Кулона меньше той, которую предполагает  современная физика. Кроме того,  в рамках существующих ограничений закон Кулона не способен объяснить экспериментальные факты, например, изложенные в работе [5]. Данные обстоятельства требуют пересмотра основных положений закона Кулона и его новой интерпретации с учетом вновь открывшихся обстоятельств. Кроме того, для выхода в новой интерпретации за рамки феменологичности требуется привлечение механизмов действия электрической силы и физической сущности электрического заряда. Данная проблема современной физикой не решена.

Поэтому, с целью решения выше указанных проблем, в данной работе предлагается модификация закона Кулона на основе методологии  эфиродинамики [8], в рамках которой рассмотрены механизм действия электрической силы и вскрыта физическая сущность электрического заряда.

 

Исторический аспект. Истоки современного представления закона Кулона находятся во временах 200 летней давности. Закон обратной пропорциональности квадрату расстояния силы электрических взаимодействий впервые был сформулирован не в результате измерительных опытов, а путем анализа качественных опытов, основанного на предположении об аналогии между законом тяготения и законом электрических притяжений и отталкиваний. [9]

Приверженность Кулона к физическим воззрениям Ньютона с одной стороны и использование в экспериментах метода крутильных весов для измерения  малых электрических сил взаимодействия между наэлектризованными телами с другой стороны позволили Кулону сформулировать гипотезу [10]: “ Отталкивающая сила двух маленьких шариков, наэлектризованных электричеством одного рода, обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами двух шариков.”

Будучи сторонником дуалистической теории электричества [11] Кулон провел серию экспериментов с наэлектризованными телами электричеством разного рода, используя при этом методику маятников. На основании чего он пришел к выводу [10]: “Отсюда мы можем заключить, что взаимное притяжение электрической жидкости, называемой положительной, к электрической жидкости, называемой обыкновенно отрицательной, обратно пропорционально квадрату расстояний.”

Серия выше указанных экспериментов позволила выразить Кулону свои взгляды по поводу природы электричества следующим образом [10]: “Какова бы ни была причина электричества, все явления будут объяснены и расчет окажется соответствующим результатам опытов, если предположить, что существуют две электрические жидкости и считать, что части одной и той же жидкости отталкивают друг друга обратно пропорционально квадрату расстояния и притягивают части другой жидкости также обратно пропорционально квадрату расстояния”.

Применение опыта механики Ньютона к электричеству и магнетизму обеспечили успех Кулона и в области эксперимента и в области теории электричества и приобрели статус фундаментальных основ электричества. Вместе с тем, гипотеза о том, что электрические силы взаимодействия между наэлектризованными телами подобны гравитационным силам механики Ньютона с одной стороны и приверженность дуалистической теории электричества с другой стороны заложили в основы теории электричества две фундаментальные ошибки, так и не понятые современной физикой.

 

Модифицированный закон Кулона. Следствием физической сущности электрического заряда, рассмотренной в работе [7] является вывод о том, что в природе отсутствуют носители отрицательного электрического заряда, т. е. дуалистическая теория электричества неверна в своей сущности. Поэтому две группы экспериментов Кулона следует рассматривать исходя из унитарной теории электричества, в первом случае, как взаимодействие наэлектризованных тел, имеющих одинаковую величину электрического заряда, а во втором случае, как взаимодействие наэлектризованных тел, имеющих различную величину электрического заряда, но больше нуля. Тогда, в первом случае, силы взаимодействия будут иметь отталкивающий характер и называться силами отталкивания Fот , во втором случае – характер притяжения, а силы будут называться силами притяжения Fпр. Электрические силы отталкивания Fот  и  притяжения Fпр – это разные силы, обусловленные разными физическими процессами.

Для понимания характера действия этих сил рассмотрим оба случая, которые соответствуют экспериментам  Кулона. В первом случае, два тела одновременно заряжаются от независимого источника электрического заряда. В силу эквивалентности геометрических и физических параметров этих тел величина электрического заряда обоих тел одинакова. В силу явления внешнего фотоэффекта [12] пространство вокруг наэлектризованных тел заполняется фотонным газом. При этом, концентрация фотонного газа в пространстве между наэлектризованными телами будет выше, чем в других областях вокруг наэлектризованных тел. Повышенная концентрация фотонного газа в пространстве между телами создает избыточное давление на эти тела, которое и трактуется, как электрические силы отталкивания. Силы направлены по линии соединяющей центры наэлектризованных тел от центра между телами к центрам самих тел.

Во втором случае, когда два тела заряжаются от разных источников электрического заряда и их величины электрических зарядов не равны друг другу, в силу явления внешнего фотоэффекта вокруг этих тел генерируются фотоны разной концентрации. Концентрация фотонов у тела, наэлектризованного сильнее другого, будет выше. Фотонный газ тела, имеющего большую величину электрического заряда, преодолевая сопротивление встречного потока фотонного газа, тела, имеющего меньший электрический заряд, достигает второго тела. Вследствие внутреннего фотоэффекта второе тело начинает поглощать фотоны, которые генерируются первым телом. В соответствии с законами газодинамики давление фотонного газа в области поглощения второго тела уменьшается, в результате чего, внешнее давление фотонного газа на второе тело сдвигает это тело в сторону первого по линии, соединяющей центры этих тел. Силы сдвигающие второе тело трактуются как электрические силы притяжения. Величина этих сил определяется как способностью второго тела электризоваться (чем выше эта способность, тем больше сила притяжения), так и величиной электрического заряда, которое тело имело на момент взаимодействия с другим телом (чем больше величина этого заряда, те меньше сила притяжения).

Исходя из выше изложенного следует, что взаимодействие наэлектризованных тел характеризуется двумя разными по природе процессами, которые описываются двумя разными выражениями:

Fот  = k (q1 q2)/ r2 ,             при  q1 = q2 .                                                           (3)

Fпр  = k (q1 — q2)2/ r2 ,         при  q1 ≠ q2 .                                                           (4)

Совокупность  выражений (3) и (4) в целом и представляет модифицированный закон Кулона, который формулируется следующим образом:

Сила взаимодействия двух электрически заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти тела, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и является силой отталкивания в случае равенства величин электрических зарядов тел и силой притяжения в случае их неравенства. Сила отталкивания пропорциональна квадрату величины электрического заряда одного из тел, а сила притяжения пропорциональна квадрату разности величин электрических зарядов этих тел.

Гипотетически, предложенная модифицированная форма записи закона Кулона снимает все выше указанные ограничения, однако требует экспериментального подтверждения, аналогичных опытам Кулона, но с учетом предложенных гипотез эфиродинамики.

Выше указанный характер взаимодействия наэлектризованных тел рассматривался в среде фотонного газа, которая присуща уровням организации физической материи [13], начиная с атомного и выше. Взаимодействие элементарных частиц, в частности, протона и электрона, осуществляется в среде эфирного газа (эфира) [7]. При этом,  характер электрического взаимодействия на уровне элементарных частиц также описывается модифицированным законом Кулона.

 

Выводы. Закон Кулона это первый закон в области электричества, который позволил перейти от качественной характеристики электрический явлений к количественным. В связи с чем его достоверность подвергается  проверке на протяжении всего времени его существования. Современная физика считает закон Кулона достоверно установленным фактом на основании того, что эксперименты показали,  что показатель степени в законе Кулона равен 2 с точностью до 3,0·10–16 м.

Анализ  закона Кулона на предмет его проверки относительно величины электрического заряда и экспериментальные факты показывают его ограниченность и несоответствие полноте представления. Кроме того, эфиродинамическая сущность электрического заряда  и механизма действия электрических сил указывает на две ошибки, допущенные в процессе его установления: подобие электрических сил взаимодействия гравитационным Ньютоновским; дуалистическая теория электричества – в экспериментальной физике не приведено ни одного доказательства существования объектов с отрицательным электрическим зарядом.

Устранение выше указанных замечаний позволило модифицировать закон Кулона и расширить область достоверности применения и полноты его представления.

Литература:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Закон Кулона.
  2. Гейзенберг В. РОЛЬ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ В СИСТЕМЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ. Успехи физических наук, 91, 1967, 731–733.
  3. http://online.mephi.ru/courses/physics/electricity/data/course/1/1.2.html. Электричество и магнетизм.
  4. http://kvant.mccme.ru/pdf/2011/04/S.Varlamov.pdf Варламов С. Исправленный закон Кулона.
  5. teplov.net.ua/files/download/zakon_Kylona.doc Теплов А. П О П Р А В К А   К    З А К О Н У    К У Л О Н А или ПРИТЯЖЕНИЕ ОДНОИМЕННО ЗАРЯЖЕННЫХ ТЕЛ И ЧАСТИЦ.
  6. http://www.math24.ru Точки разрыва функции.
  7. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность электрического заряда.
  8. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  9. Лежнева О. А. Труды Ш. О. Кулона в области электричества и магнетизма (к 150-летию со дня смерти), «Электричество», 1956, № 11, сс. 79-81.
  10. http://www.phys.nsu.ru/cherk/eldinfirst/wese51.html §11 Ш. Кулон: О фундаментальном законе электростатики.
  11. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по физ. спец. — 2 изд., испр. и доп. М. : Просвещение, 1982. — 448 с.
  12. http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4396.html ФОТОЭФФЕКТ.
  13. http://nauka2000.com/   Лямин В. С.,  Лямин Д. В. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ФИЗИЧЕСКОЙ МАТЕРИИ.

Лямин В.С. , Лямин Д. В. г. Львов

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (2 голосов, средний: 1,00 из 10)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи