Анализ классической электродинамики и теории относительности (стр. 30 из 54)

Δj₂ −

_{2 2} = 0 Δρ − _{2 2} = 0 (7.5.5) c ∂t c ∂t

Это означает, что продольные волны будут отсутствовать, если безвихревой компонент тока j₂ является запаздывающим, т.е. удовлетворяет однородному волновому уравнению

(7.5.5). Заряды, образующие этот ток должны перемещаться со скоростью света (безынерциальные заряды).

Что касается вихревой составляющей, то мы вправе сделать следующее допущение. Вихревая плотность j₁ (если она существует) также должна удовлетворять волновому уравнению, поскольку она также создается благодаря движению безынерциальных зарядов.

Уравнения (7.2.4) описывают потенциалы полей, создаваемых безынерциальными зарядами и процесс излучения электромагнитной волны. Эти уравнения должны быть дополнены двумя группами уравнений:

– Уравнения, описывающие взаимодействие инерциальных зарядов с полями безынерциальных зарядов и электромагнитными волнами.

– Уравнения, описывающие рождение и уничтожение безынерциальных зарядов полями электромагнитной волны и полями других безынерциальных и инерциальных зарядов.

Рассмотрим граничные условия на поверхности металлов.

ρ_пов = (n⁰E); j_пов =[H×n⁰ ],

где: ρ_пов – поверхностная плотность пространственного заряда; j_пов – поверхностная плотность тока; n⁰ – единичная нормаль к поверхности; Е и Н – поля у поверхности металла.

Нетрудно заметить, что коль скоро электрические и магнитные поля у поверхности металла имеют волновой характер (запаздывающие), то и поверхностные токи в силу граничных условий тоже будут запаздывающими. Эти поверхностные токи носят безвихревой характер divj_пов = div[H×n⁰ ] = (n⁰rotH) и являются запаздывающими.

Говоря о поверхностных токах и зарядах, мы должны понимать, что такое представление есть идеализация. Эта идеализация связана с макроскопическим описанием явлений на границе раздела сред. Реально заряды и токи занимают некоторый слой и имеют объемную плотность.

Физическая причина существования безынерциальных зарядов и токов пока не ясна. Мы скептически относимся к эфиру и «физическому вакууму». На наш взгляд возможно следующее макроскопическое объяснение появления безынерциальных токов. Мы предполагаем, что любая инерциальная частица (протон, нейтрон, атом и т.д.) окружена некоторой субстанцией (“шубой”), подобно Земле, окруженной атмосферой. Именно эта “шуба” ответственна за проявление (рождение и уничтожение) безынерциальных зарядов и их движение со скоростью света.

В проводниках субстанции отдельных ионов кристаллической решетки металла смыкаются, образуя между собой мостики и, в конечном счете, образуя пространственную решетку. Она является не только источником безынерциальных зарядов, но и создает пути для их распространения. Здесь возможны две модели этой субстанции.

Полевая модель. Субстанция есть образование, обладающее свойствами поля. Любое электромагнитное воздействие на субстанцию вызывает в ней возмущения. Эти возмущения проявляются как токи безынерциальных зарядов, распространяющиеся со скоростью света.

Дискретная модель. Субстанция есть сумма нейтральных безынерциальных заряженных частиц, удерживаемых некими силами вблизи ионов. При воздействии электромагнитной волны эти частицы «разделяются» на положительные и отрицательные. Двигаясь по мостикам объемной решетки, они создают токи безынерциальных зарядов. Мы предполагаем, что имеет место дискретная модель.

Такова предварительная картина природы безынерциальных зарядов и токов.

Безынерциальные заряды и токи встречаются не только в диапазоне СВЧ, но и на низких частотах. Здесь мы воспроизведем эксперимент, проведенный С.В. Авраменко [1].

8.2 Эксперимент Авраменко С.В. [1].

Итак, 5.08.90 в одной из лабораторий МЭИ был продемонстрирован эксперимент, схема которого изображена на рис. 8.1. Были приглашены профессора.

В экспериментальную установку входил машинный генератор 1 мощностью до 100 кВт, генерирующий напряжение с частотой 8 кГц. Этот машинный генератор питал первичную обмотку трансформатора Тесла 2.

Рис. 8.1

Один конец вторичной обмотки был свободен (ни к чему не подключен, как показано на рис. 8.1). Ко второму концу были подсоединены последовательно следующие элементы: термоэлектрический миллиамперметр 3, тонкий вольфрамовый провод 4 (длина провода 2,75 м, диаметр 15 мкм) и “вилка Авраменко” 5.

Вилка Авраменко представляет собой замкнутый контур, содержащий нагрузку и два последовательно соединенных диода, у которых общая точка подсоединена к описанной ранее цепи. Нагрузкой служили несколько подсоединенных лампочек накаливания.

По этой разомкнутой цепи Авраменко смог передать от генератора к нагрузке (лампам накаливания) электрическую мощность порядка 1300 Вт. Электрические лампочки ярко светились.

Профессора с интересом наблюдали эксперимент и … пожелали автору дальнейших успехов.

Казалось бы, это явление легко объяснимо. Схема содержит уединенную емкость, образованную диодами, лампами накаливания и соединяющими их проводами. При положительном полу периоде напряжения через диод D₁ в эту цепь течет зарядный ток. И потенциал уединенной емкости возрастает. При отрицательном полу периоде напряжения эта емкость разряжается через диод D₂ , приобретая новую величину потенциала. Зарядноразрядный ток I₀ имеет всегда одно направление и его величины достаточно, чтобы поддерживать на лампах накаливания в вилке Авраменко среднюю мощность 1300 Вт.

Ток I₁ в цепи, соединяющей конец обмотки трансформатора Тесла с вилкой Авраменко, должен быть близок или приблизительно равен по величине току I₀. Если, например, нагрузка вилки Авраменко представляет собой параллельное соединение 6-ти двухсотваттных ламп накаливания, то разрядно зарядный ток I₀ будет приблизительно равен 6 А. Соответственно, такой же примерно величины должен был бы быть и ток I₁.

Однако такое объяснение противоречит следующему факту. Термоэлектрический миллиамперметр 3 зафиксировал очень малую величину тока I₁ (I₁ ≈ 2 мА !), а тонкий вольфрамовый провод 4 даже не нагрелся! Именно это обстоятельство послужило главной причиной трудности объяснения результатов эксперимента Авраменко.

Приведем некоторые выводы, сделанные Авраменко и его коллегами на основании этих исследований.

a. Ток I₀ в вилке Авраменко линейно увеличивается с ростом частоты (диапазон измерений 5 – 100 кГц) и практически линейно возрастает с ростом напряжения генератора при постоянной частоте. Это свидетельствует о емкостном характере электрической цепи. Магнитное поле в проводнике, соединяющем вилку Авраменко с генератором, не было практически обнаружено (весьма мало!).

b. Ток I₁ был очень мал по сравнению с током I₀ и практически не обнаруживался ни тепловым, ни магнитоэлектрическим измерителем тока. По этой причине наличие в соединительной цепи (трансформатор Тесла – вилка Авраменко) последовательно соединенных резисторов (до нескольких десятков МОм), конденсаторов и индуктивностей оказывало чрезвычайно малое ослабляющее действие на ток I₀ в вилке Авраменко.

Здесь мы не будем обсуждать гипотезу авторов, изложенную в [2], о предполагаемом механизме передачи энергии. Отметим лишь ее основные моменты.

– Согласно их точке зрения в цепи течет продольный ток смещения, не создающий магнитного поля. Величина ε металла изменяется с удвоенной частотой от 1 до ∞ и это изменение связано с фазой подаваемого в цепь напряжения. Продольный переменный ток смещения I1 обладает “сверхпроводящими” свойствами, т.е. не выделяет тепла в резисторах и практически не создает на них падения напряжения.

– В вилке Авраменко этот ток преобразуется в обычный пульсирующий ток I0. Однако и здесь не все ясно. Если измерять напряжение U в точках АВ электростатическим вольтметром, а ток обычным амперметром, то при вычислении мощности в нагрузке наблюдается несоответствие с классическими законами. Вычисленные мощности

^{P2' = I02R} , ^{P2" = I0U} и закон Ома ^{U = I0R} (где R –сопротивление цепи, содержащей лампочки) не соответствовали друг другу. Авторы пишут, что резисторы “как бы теряют свои номиналы” [3]. Отметим забавный факт. «Борцами с лженаукой» эти эксперименты были отнесены к «лженаучным».

Ниже мы дадим свою трактовку эксперимента С.В. Авраменко.

8.3 Уединенная емкость.

В стандартных учебниках физики рассматриваются два вида емкостей: уединенная или собственная емкость и взаимная емкость двух тел, т.е. конденсатор, которые изображены на рис. 8.2. Уединенная емкость есть металлическое тело, изолированное от других проводников.

Рис. 8.2

В учебниках этой емкости обычно не уделяется много внимания, и описание емкости ограничивается формулой

q = Cφ (φ_∞ = 0) (8.2.1)

где: С – величина уединенной емкости; φ - потенциал проводящего тела по отношению к бесконечности; q -–заряд на уединенной емкости.