МЕНЮ

Физическая сущность электрического заряда

Описывается история понятия “электрический заряд”. Рассматривается многолетний и тернистый путь развития представлений об электрическом заряде, который привел к необходимости применения эфиродинамической концепции, на основе которой в данной статье  раскрывается физическая сущность электрического заряда.

Введение. В современной теоретической и практической физиках  понятие электрического заряда – одно из важнейших. От его представления зависит понимание природы и основных законов  электричества, процессов взаимодействия элементарных частиц и, практически, всей картины мира. Минимальное значение электрического заряда – элементарный электрический заряд [1], сегодня это одна из фундаментальных констант физики.

Однако, ни классическая электродинамика, ни квантовая механика, ни физика в целом не могут ответить на вопрос: “какова физическая природа электрического заряда, напрямую связанного с силовыми взаимодействиями  между отдельными микрочастицами и макроскопическими телами?” [2].

Отсутствие понимания сущности электрического заряда прослеживается с момента ввода его в научный обиход и по сегодняшний день. Современная академическая и учебно-методическая литература старательно обходят это “темное” понятие в физике. “Можно наугад обратиться к любому академическому изданию, чтобы убедиться в том, что заряд как физическая категория не имеет четкого толкования”[2].  В современной физической энциклопедии [3] отсутствует статья под таким названием, а толкование не выходит за рамки понятий 400 летней давности: “…Заряд наэлектризованной стеклянной палочки назвали положительным, а смоляной (в частности, янтарной) — отрицательным. … ”.

В связи с выше изложенным естественным становится вопрос: в чем причина такого состояния дел в понимании сущности электрического заряда? Очевидно, что ответ надо искать либо в ошибках, допущенных в представлении этого понятия, либо в познании глубин физической материи, которых еще не достигла физика, либо в том и другом вместе взятом.

Впервые в обиход понятия заряд, положительный заряд и отрицательный заряд ввел Б. Франклин [4]. Франклин выдвинул так называемую  унитарную теорию электричества, согласно которой вся материя заключает в себе электрическую субстанцию только одного рода – электрического флюида. В обычном состоянии тела содержат нормальное количество электрического флюида и являются электрически нейтральными. Тела, имеющие избыток электрического флюида, Франклин предложил называть положительно, а тела, у которых электрического флюида содержится меньше нормы, — наэлектризованными отрицательно.

В представлении Франклина заряд это мера количества электризации тела, а положительный заряд это избыток, а отрицательный – недостаток от некоторой нормы количества электризации. Впоследствии представления Франклина были трансформированы: положительный заряд приобрел знак “+”, а отрицательный – знак  “-“, понятия “избыток” приобрело понятие больше нуля, а “недостаток” – меньше нуля.

Данное обстоятельство стало первой ошибкой в представлении электрического заряда, так как еще никто и никогда не приводил доказательств существования в природе отрицательных электрических зарядов. Отрицательный электрический заряд электрона это миф, созданный в начале ХХ столетия [5]. За ним последовали ошибочные представления о дискретности электрического заряда, об элементарном  электрическом заряде, как  фундаментальной физической  постоянной,  о равенстве зарядов электрона и протона, о свободном электроне – переносчике электрического заряда [6]  и т.д.

Кроме того, в современной физике сложилась неопределенность понятия электрический заряд [7], в целом обусловленная тем, что  понятие «заряд» имеет два неадекватных значения: заряд как физический объект и заряд как физическая величина, т. е. как свойство физического объекта. Например, свободная энциклопедия Википедия дает следующее определение [8]: “Электрический заряд (количество электричества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.”

Понятие электрический заряд, как физический объект, часто фигурирует в учебно-методической литературе, например, в [9]: “Несмотря на обилие различных веществ в природе, существуют только два вида электрических зарядов: заряды, подобные возникающим на стекле, потертом о шелк, и заряды, подобные появляющимся на эбоните, потертом о мех. Первые из них получили название положительных зарядов, а вторые – отрицательных зарядов. Следовательно, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.”

Таким образом, выше изложенное представление об электрическом заряде убедительно доказывает необходимость вскрытия физической сущности электрического заряда и толкования электрических процессов и явлений на основе вскрытой сущности электрического заряда,  с учетом выявленных ошибок.

Исторические предпосылки. Усилиями современных ученых история развития представлений об электрическом заряде сведена к нескольким фрагментам, связанных с деятельностью западной  школы физики, начиная с У. Гильберта (1544 — 1603) и заканчивая Р. Милликеном (1868 — 1953) [10,11]. Труды этих ученых послужили фундаментом современных представлений об электрическом заряде [8,10], однако, из них нельзя сделать вывод о том, какова природа электрического заряда. Например, [12]: ”Милликен: “Я попрошу вас выслушать ответ экспериментатора на основной и часто предлагаемый вопрос: что такое электричество? Ответ этот наивен, но вместе с тем прост и определен. Экспериментатор констатирует прежде всего, что о последней сущности электричества он не знает ничего.””

В целом, оценка состояния представления понятия электрического заряда в исторической ретроспективе приведена в работе [12], на основании чего был сделан следующий вывод: “Таким образом, либо откровенно признается отсутствие понимания природы электрического заряда (Эйнштейн, Эддингтон, Окунь, Милликен, Вайскопф), либо понятие заряда не определяется (Тамм, а также в большинстве учебников по электричеству), либо понятие заряда определяется через понятие электромагнитного поля, образуя логический круг (Максвелл, Ландау, Дирак), либо просто указывается, что электрический заряд – особое, первичное свойство тел (Лоренц, Пахомов, Левич).”

Автором работы [12] (Щипицин Л. А.) на основе обобщенного понятия заряда в гидродинамике было предложено свое представление об электрическом заряде: “Если скорость тела или потока среды меняется со временем (например, периодически), то меняется соответственно и эффективный объем тела. Тогда из соображений размерности для электрического заряда получается следующее выражение:

e = const ρ1/2 ύ                                                                                                      (1.6)

где точка над значением эффективного объема ύ обозначает дифференцирование по времени. Величина const ≈ 1.” Т. е. “заряд определяется скоростью изменения объема его носителя, возможно, периодической.”

Данное представление противоречит современным понятиям элементарных частиц, которые являются носителями электрического заряда. В частности, параметры фотона [13] (в том числе и объем) являются функциями длины волны, а для конкретного фотона, определенной длины волны, они постоянны. Т. е. электрический заряд фотона является функцией длины волны и у фотона, определенной длины волны, не зависит от его объема.

Достоинством выше указанного представления является то, что сущность электрического заряда рассматривается из необходимости учета среды, в которой находится носитель электрического заряда: “Исключив из рассмотрения среду, невозможно понять сущность “заряда”.”

Из выше рассмотренного исторического обзора выпала одна работа, имеющая фундаментальное значение во вкрытии сущности электрического заряда. Это доклад Кастерина Н. П. (1869-1947)  “Обобщение основных уравнений аэродинамики и электродинамики” на особом совещании при АН СССР. 9.12.1936 г. АН СССР. [14]

“Благодаря” деятельности Группы физики и Группы математики  АН СССР [15], подвергших необоснованной и необъективной критике его работы, а его самого обструкции, на 80 лет был закрыт доступ к идеям Кастерина, в частности,  в понимании сущности электрического заряда.

Суть работы Кастерина была в следующем: «не изменяя основ классической механики и физики (подчеркнуто Кастериным – А.А.), искать второе приближение как для уравнений электромагнитного поля, так и для аэродинамики, и посмотреть, не смогут ли эти более общие уравнения обнять всю ту совокупность фактов в области электромагнетизма и аэродинамики, которые твердо установлены опытным путем.»

Основные положения теории формулируются следующим образом:

за передачу электромагнитного взаимодействия отвечает особая среда; к этой среде, в то же время, применимы классические уравнения аэро- (гидро-) динамики; при определенных условиях эта среда может не только передавать электромагнитное взаимодействие, но и в буквальном смысле образовать из себя «весомую материю» – все типы элементарных частиц.

Особая среда в представлении Кастерина это “сверхгаз”, состоящий  из специфических «длинных палочек», соответствующих «фарадеевским трубкам», и, соответственно, по числу степеней свободы, имеющий адиабатический коэффициент 2.

Рассматривая  вихри в «сверхгазе», Кастерин получает следующие основные результаты: напряженности электрического поля у него соответствует угловая скорость вращения вихря, напряженности магнитного поля – центростремительное ускорение движущегося по окружности вихря, скорости света соответствует скорость звука для системы вихрей.

Опираясь на эти результаты Кастерин строит модели элементарных частиц (электрона и протона), рассматривая их как «навернутые на конус вихревые трубки, вращающиеся вокруг оси конуса».

На основе этих представлений, Кастерин обосновывает большое количество реальных физических феноменов, включая  электрический заряд:

“В результате мы получаем для элементарного электрического заряда соотношение:

ε = (c02/2πρ0)1/2 ∙ (ρσλ)

т. е. элементарный электрический заряд ε пропорционален массе ρ, распределенной на сечении элементарного вихря σλ. В первый раз теории удается «материализация» электрического заряда, но вместе с тем очевидно, что самое понятие «заряд» теряет свой прежний смысл, и его можно употреблять только как меру элементарного «потока электрической индукции» “.

Физическая сущность электрического заряда. Сарказм и ирония в работе [15], допущенная при анализе идей Кастерина, очередной раз подчеркивает не только их непонимание, но и соответствующее отношение современной физики к теориям и идеям, выходящих за рамки традиционной физики. Результатом этого отношения служит, например, представление элементарных частиц, носителей электрического заряда: электрон это размытое пятно, не имеющее структуры, фотон – частица, не имеющая массы с электрическим зарядом равным нулю, нейтрино – частица, не имеющая электрического заряда и т. д.

Тем не менее, идеи Кастерина живут и развиваются. Свидетельством этому служит современная альтернатива квантово-релятивисткой физике – эфиродинамическая концепция [16], парадигма физики ХХI столетия.

Согласно этой концепции – протон и электрон представляют собой дуэтоны [17], спаренные торообразные вихревые образования, из середины которых истекают (в случае протона) или втекают (в случае электрона) конусообразные потоки эфира. Эти конусообразные потоки эфира называются джетами, которые физически  реализуют взаимосвязь и взаимодействие протона и электрона между собой. Это взаимодействие носит характер электрической (кулоновской) силы.

Таким образом, джеты протон-электронной пары (взаимосвязанная и взаимодействующая совокупность протона, электрона и джетов) являются реальным физическим объектом, который обуславливает проявление  элементарной электрической силы, который, соответственно, может быть взят за  основу представления физической сущности электрического заряда, как меры электрической силы.

Протон-электронная пара как физический объект функционирует в потоке эфира. Радиус наименьшего атома вещества – атома гелия составляет [18] 31∙10-12 м (радиус орбиты первого (внешнего) электрона), а радиус протона – 0,875∙10-15 м [19]. Данные радиусов орбиты электрона и протона показывают, что размеры тел электрона и протона значительно меньше расстояния между протоном и электроном, что указывает на то, что методика вскрытия сущности электрического заряда, примененная в работе [12], к протон-электронной паре не применима. Однако, представления теоретической гидродинамики [20], в частности, представления протон-электронной пары как системы исток – сток, имеют быть место. В этом случае, внутренняя поверхность тела протона (дуэтона) может быть представлена как исток потока эфира, а внутренняя поверхность тела электрона как сток потока эфира. Согласно представлениям газо- (гидро-) динамики внутреннее давление газа в области стока всегда меньше внешнего давления  эфира, охватывающего протон-электронную пару. В результате разницы давлений внешнего эфира и потока эфира в области стока образуется сила направленная  навстречу потоку газа в области стока. Эта сила смещает электрон в сторону протона и интерпретируется как электрическая.

Для анализа движения эфира в джете примем поток эфира за одномерный [21], т.е. будем пренебрегать изменением величины и направления скорости, а также изменениями других элементов потока (давления, плотности и др.) по сечению, перпендикулярному к оси потока. Отвлечемся от сил трения внутри эфира. Тогда основные уравнения одномерного стационарного движения [21] будут следующие:

а) уравнение Эйлера:

u du/dx = — 1/ρ dp/dx,                                                                                        (1)

б) уравнение неразрывности:

ρ u S = const,                                                                                                     (2)

где u – скорость потока эфира, ρ – плотность эфира джета, S – сечение джета.

Давление в потоке может изменяться даже тогда, когда нет сил трения, и поток не выполняет механической работы. Для этого достаточно изменить скорость течения. Это может быть достигнуто, например, втягиванием потока в тело электрона.

С учетом уравнения неразрывности (2), уравнение (1) можно записать в виде

u du = — 1/ρ dp,                                                                                                   (3)

или

dp = — ρ u du.                                                                                                      (4)

Из уравнения (3) видно, что при отсутствии сил трения ускорение потока возможно только за счет уменьшения статического давления.

Преобразуем выражение (4):

dp S = — ρ S u du,

Fp = — ρ S u2,                                                                                                        (5)

где  Fp – сила сдвига электрона к протону, знак минус показывает, что сила направлена в направлении противоположном движению потока эфира джета.

Электрическая (кулоновская ) сила согласно закона Кулона может быть выражена как:

Fk = k q2 / r2,                                                                                                   (6)

где k = 1 / 2πε0 – коэффициент пропорциональности, q – электрический заряд, переносимый от  протона к электрону, т. е. заряд джета, r – длина джета.

Из равенства этих сил следует:

Fk = Fp,

k q2 / r2 = ρ S u2.

q2 = 1/k ρS u2r2                                                                                                  (7)

q = (1/k ρS u2r2)1/2,

q = (1/k)1/2  u r (ρS)1/2.                                                                                      (8)

Выражение (8) раскрывает физическую сущность электрического заряда:

электрический заряд это величина пропорциональная корню квадратному из массы потока эфира ρ распределенном на сечении S, длиной r, движущемуся со скоростью u.

Таким образом, величина электрического заряда определяется как мера  потока эфира движущегося со скоростью, эквивалентной второй звуковой скорости эфира [16].

В виду того, что все элементарные частицы, согласно эфиродинамической концепции это вихревые замкнутые кольца потоков эфира, то свойство “электрический заряд” присуще всем элементарным частицам.

Выражение (7) показывает, что с точки зрения математики величина электрического заряда q имеет два решения: (+qи  (-q). Однако, с точки зрения физики решение (-q) не имеет физического смысла. Например, для фотона решение уравнения (7) должно обозначать, что в природе одновременно существуют фотоны, как с положительным знаком величины электрического заряда, так и с отрицательным, что противоречит действительности: доказательств существования фотонов с отрицательным электрическим зарядом не существует.

Данное обстоятельство позволяет сделать вывод: в природе не существует физических объектов с отрицательным электрическим зарядом.

Из физической сущности электрического заряда также следует:

  • электрический заряд, как и масса, которой он пропорционален, величина знакоопределенная, т.е. положительная;
  • электрический заряд электрона – величина положительная;
  • электрический заряд электрона меньше электрического заряда протона (масса протона в 1836 раз больше массы электрона) ;
  • электрический заряд как мера потока эфира не может обладать дискретностью;
  • электрический заряд это свойство присущее всем, без исключения, элементарным частицам.

Выводы. Понятие электрический заряд это фундаментальное понятие физики. Первое “материализованное” вскрытие физической сущности электрического заряда было сделано русским-советским ученым Кастериным Н. П. Дальнейшее развитие идеи Кастерина Н. П. стало возможным только на базе эфиродинамической концепции, которая позволила уточнить определение сущности электрического заряда, данное Кастериным.

Величина электрического заряда определяется как мера  потока эфира движущегося со скоростью, эквивалентной второй звуковой скорости эфира (3∙108 м/с).

Эфиродинамическая сущность электрического заряда позволила определить ряд ошибочных ранних представлений, связанных с сущностью электрического заряда, и определить пути  их устранения.

 

Литература:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Элементарный электрический заряд
  2. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. ВВЕДЕНИЕ В КЛАССИЧЕСКУЮ ЭЛЕКТРОДИНАМИКУ И АТОМНУЮ ФИЗИКУ. Издательство УМЦ УПИ, ЕКАТЕРИНБУРГ 2006, 490 с.
  3. http://femto.com.ua/ Энциклопедия физики и техники
  4. Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством. Перевод с английского В. А. Алексеева. Редакция, вступительная статья и комментарии Б. С. Сотина, Изд. АН СССР, Москва, 1956 г., 271 с.
  5. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В.  Миф об открытии электроне.
  6. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В.  ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ЗАРЯДЕ И ЕГО СВОЙСТВАХ.
  7. http://www.kogan.iri-as.org/stat/Charge_of_body.pdf Коган И.Ш. О понятиях «элементарный заряд» и «заряд тела».
  8. https://ru.wikipedia.org/wiki Электрический заряд.
  9. Калашников С.Г. Электричество: Учебн. пособие. — 6-е изд., стереот. — М.:

ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 624 с.

  1. Электродинамика: курс лекций и практ. занятий : учеб. пособие для вузов по специальности 010701 «Физика» / С. А. Запрягаев. — Воронеж : Изд-во ВГУ, 2005. — 535 с.
  2. Терлецкий Я.П., Рыбаков ЮПЭлектродинамика: Учеб. пособие для студентов университетов — М.: Высш. школа, 1980. — 335 с.
  3. Щипицин Л. А. Гидродинамическая интерпретация электродинамики и квантовой механики. М.: Изд-во МПИ, 1990. – 49 с.
  4. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В.  Физическая сущность постоянной Планка.
  5. http://sceptic-ratio.narod.ru/po/kasterin-1.htm Кастерин Н. П. Обобщение основных уравнений аэродинамики и электродинамики.
  6. http://bourabai.kz/timiryazev/andreev.htm Андреев А.В. Альтернативная физика в СССР: двадцатые-сороковые годы.
  7. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  8. http://logicphysic.narod.ru/ ЯковлевВ. В. Логика явлений.
  9. https://www.fxyz.ru/ Радиусы атомов элементов.
  10. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Протон.
  11. Милн-Томсон Л. М. Теоретическая гидродинамика.  М., «Мир», 1964. 670 с.

Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Учебник для вузов. — 7-е изд., испр. — М.: Дрофа, 2003. — 840 с.

Лямин В.С. , Лямин Д. В. г. Львов

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


3 комментария

  • Ответить В. Кишкинцев |

    Это очередная информация по теоретической беспомощности современной физики, с отдельными ложными выводами, обусловленными тем, что автор данной информации не понимает для чего природе нужны два вида физических зарядов, т.е. не только электрических. И, это следствие, что величина электрических зарядов ныне вроде и определена по входу, а о том что электрический заряд имеет такой же выходной сигнал, но другой полярности, на это современная физика не обращает внимания. А ведь за счёт этого создано всё окружающее нас вещество, да и само человечество. Излечить физику от такой болезни могут только структурные представления о природе энергии, признающие участие антивещества в формировании энергии, котороя на своём зарядовом фундаменте обменная, т.е. требующая существования двух полярности. Для исключения энергетических затрат на существование, в частности камней.Если не поняли меня, то подумайте, почему окружающие нас камни не требуют энергии на поддержание своих часто весьма причудливых геометрических форм. А, лучшим лекарством от мировозрения авторов выше предложенной статьи является зарождающаяся теория «Таблицы заведомо элементарных структур»- ТЗЭС В. Кишкинцев — разработчик ТЗЭС

  • Ответить Благовещенский |

    На сайте Mail. ru в » Моем мире» в группе «Естествознание» я изложил свежий и логический взгляд на Эфирно — полевую природу заряда и гравитации.

  • Ответить В. Кишкинцев |

    Электрон среди элементарных частиц открыт первым, в актах взаимодействий с положительными структурами электрических полей, созданными, как далее установлено зарядами протонов. Из-за первенства открытия признали, что электрон состоит из вещества.
    Затем открыли античастицу позитрон, к сожалению первоначально в космических излучениях, что позволило считать позитрон состоящим из антивещества. Однако к настоящему времени позитроны научились получать во множестве ядерных реакций и
    даже использовать в медицине. Так что пора признать, что электроны состоят из антивещества, а позитроны входят даже в протоны. Это требование и ТЗЭС, без его
    выполнения создание реальной атомной физики просто невозможно. В, Кишкинцев

Вы можете оставить комментарий к записи