Анализ классической электродинамики и теории относительности (стр. 31 из 54)
Составим теперь цепь из генератора, двух соединительных проводов и двух металлических тел (уединенные емкости), изображенную на рис. 8.3а. При наличии переменного напряжения U в ветвях разомкнутой цепи будет течь ток. Эту цепь можно заменить эквивалентной схемой замещения, изображенной на рис. 8.3б. На этой схеме C1∞ и C2∞ - уединенные емкости первого и второго тела, C21 – взаимная емкость между этими телами (конденсатор).
Рис. 8.3
Если считать бесконечно удаленную поверхность S проводником, то разомкнутую цепь мы как бы свели к замкнутой кирхгофовской цепи. Но такой вывод ошибочен. Замкнутой кирхгофовской цепью служит последовательное соединение элементов: тело 1 – проводник – генератор U – проводник – тело 2 – емкость С12 – тело 1. Если емкость С12 мала и ею можно пренебречь, то оставшаяся часть схемы представляет собой некирхгофовскую цепь, подчиняющуюся своим волновым законам.
В такой цепи ток в различных сечениях проводов между каждым телом и генератором будет различен. Это принципиально отличает такие цепи от кирхгофовских цепей. В цепи установится стоячая волна тока и напряжения. Подобная цепь обладает любопытными свойствами.
Рис. 8.4
Например, при экспериментальных исследованиях мы пытались измерить ток в соединительном проводе (повторение эксперимента Авраменко) с помощью прибора АВО-5 (тестер на полупроводниковых диодах), как показано на рис. 8.4. Напряжение в линии 900 В, частота 18 кГц. На этом же рисунке показаны 5 способов включения этого прибора. Оказалось, что при любом способе включения стрелка прибора отклонялась практически на один и тот же угол. Этот угол не зависел от положения ручек переключателей диапазонов измерения токов и напряжений.
8.4 Физические явления в эксперименте Авраменко С.В.
Опираясь на изложенные ранее теоретические результаты и результаты экспериментальных исследований, мы можем предложить свое объяснение эффектов, обнаруженных С.В. Авраменко.
Для простоты объяснения будем считать, что паразитная емкость между свободным выводом вторичной обмотки трансформатора Тесла и вилкой Авраменко пренебрежимо мала. Такая цепь не является кирхгофовской, и в ней протекают токи, образованные безынерциальными зарядами.
Из теории длинных линий известно, что в проводе длиной L, подсоединенном одним концом к выходу генератора, устанавливается стоячая волна. Узел тока и пучность потенциала приходятся на свободный конец линии L. Распределение тока в проводе имеет вид:
U 2πx
I1(x) = sin (8.4.1) w λгде: U – потенциал свободного конца провода; w – волновое сопротивление провода (120π Ом); х – расстояние от свободного конца провода; λ - длина волны.
Проведем теперь численную оценку для эксперимента Авраменко. Поскольку все данные нам не известны, мы проведем прикидочные расчеты. Предположим, что потенциал на конце соединительного провода и вилке Авраменко составляет величину порядка 2 кВ. В этом случае при отсутствии паразитной емкости свободный вывод вторичной обмотки трансформатора Тесла будет иметь потенциал, по крайней мере, раз в 10 – 50 выше (явление перекоса потенциала, обнаруженное нами), чем “нагруженный” вывод вторичной обмотки трансформатора. Примем длину L = 5 м. Длина волны, соответствующая частоте 8 кГц, равна 37500 м. Учитывая, что волновое сопротивление провода составляет 377 Ом, запишем выражение для I1.
I1(x) ≈ 5,3sin8,3⋅10−5 x ≈ 4,4⋅10−4 x
В приведенной формуле ток в амперах, если х в метрах. При х = 5 м ток равен I1(5) = 2,2 мА. Эта величина соответствует току, измеренному в экспериментах Авраменко. Величина тока I0 должна быть порядка 5,3 А. Для шести ламп по 200 Вт, соединенных параллельно ток должен быть равен I0 = 6А.
Обсудим теперь вопрос о прохождении безынерциальных токов через p-n переход диода. Поскольку такая проблема еще никем не обсуждалась, мы выскажем некоторые гипотетические соображения.
Пусть поток безынерциальных зарядов проходит через p-n переход. Поток этих зарядов частично отражается от перехода, а частично проходит через диод. Если положительные безынерциальные заряды движутся от p-слоя к n-слою (отрицательные, соответственно, в обратном направлении), то они вызывают появление тока дырочно-электронной проводимости из основных носителей. Если же безынерциальный ток имеет обратное направление, то ток из инерциальных носителей образоваться уже не может. Здесь будет существовать ток, благодаря туннельному переходу (или же барьерной емкости), а также слабый ток, обусловленный малой обратной проводимостью диода.
Если эта гипотеза верна, мы можем предложить следующее объяснение эксперимента Авраменко. Заметим, что мы будем рассматривать процессы, протекающие в очень короткий интервал времени τ = 2L/c ≈ 3,5·10-7 секунды, который значительно короче периода переменного напряжения Т = 1,25·10-4 секунды.
Падающая волна тока из безынерциальных зарядов подходит к точке B вилки Авраменко и разветвляется. Волна I1 прош , проходящая через диод D1 (как показано на рис. 8.5), вызывает появление тока I0 из электронов проводимости. Эти электроны будут двигаться, в конечном счете, к диоду D2 и проходить через него. Волна же будет заряжать уединенную емкость С∞. Другая часть волны, подходя к точке В и диоду D2 , будет отражаться, и лишь малая ее часть I2прош дойдет до уединенной емкости С∞.
Отраженная от уединенной емкости волна разветвится. Одна ее часть I2отр пройдет через диод D2, вызывая движение электронов проводимости и поддерживая ток I0. Другая, отразившись от диода D1, вновь вернется обратно к уединенной емкости и от нее к диоду D2.
Рис. 8.5
Кольцевое движение электронов проводимости в вилке Авраменко, образующее ток I0, будет сохраняться независимо от того, заряжается ли уединенная емкость или же идет процесс ее разряда.
Ток в соединительном проводе I1 равен разности прямого тока (идущего к вилке Авраменко) и обратного (идущего от вилки) I1 = Iпад - Iотр. Отсюда следует, что ток I0 может быть во много раз больше тока I1.
Безынерциальные же токи образуют стоячую волну с узлами тока на концах цепи. По этой причине в разомкнутой цепи существует хотя бы маленький ток, который
2πz
пропорционален sin
, где z – расстояние от точки обрыва цепи. λ8.5 Диполь Герца
Теперь мы можем обсудить вопросы, связанные с излучением диполя Герца.
Как мы выяснили, поля зарядов являются мгновенно действующими. Описывающие их уравнения не связаны с полями запаздывающих потенциалов электромагнитных волн. Поля зарядов и электромагнитные волны описываются самостоятельными уравнениями. По этой причине движущийся ускоренно заряд не способен излучать электромагнитных волн. Однако, как будет показано ниже, заряженные частицы взаимодействуют с волновыми электромагнитными полями.
Рассмотрим теперь диполь Герца, который изображен на рис.8.6. Ток через диполь обусловлен движением электронов проводимости и безынерциальных зарядов.
Рис. 8.6
Суммарный ток I, создаваемый источником напряжения U, складывается из двух токов: I
= Ik + In , где: In – ток, создаваемый безынерциальными зарядами (некирхгофовский ток); Ik – ток, созданный электронами проводимости (кирхгофовский ток).
Электрическая кирхгофовская цепь замыкается взаимной емкостью C, существующей между “усами” диполя Герца. Некирхгофовская цепь заканчивается на уединенных емкостях, образованных “кончиками усов” диполя Герца.
Рассмотрим теперь поля в дальней зоне. Поскольку поля зарядов убывают не медленнее, чем R-2 , в дальней зоне будут превалировать поля запаздывающих потенциалов, которые убывают как R-1.
В ближней зоне будут существовать как мгновенно действующие поля, образованные движением электронов проводимости, так и поля, создаваемые безынерциальными зарядами и токами.
В силу этого, структура полей в ближней зоне диполя Герца должна быть гораздо более сложной, чем предсказывается современной теорией. К сожалению, экспериментальных исследований полей в ближней зоне не проводилось или же результаты исследований не публиковались. В Интернете появляются сообщения (например, [3]) о том, что в ближней зоне наблюдаются серьезные отклонения распределения поля от предсказываемого теорией линейного вибратора.
Источники информации:
1. Заев Н.Е. Сверхпроводники инженера Авраменко. Техника Молодежи, №1, М., 1991. См. также http://vksn.narod.ru/myst/tm191.html