Островський Н.В. Циркуляційна модель магнітного поля

Островський Микола Володимирович
Вятський державний університет

Бібліографічна посилання на цю статтю:
Островський Н.В. Циркуляційна модель магнітного поля // Сучасні наукові дослідження та інновації. 2011. № 7 [Електронний ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2011/11/5321 (дата звернення: 25.03.2019).

Вступ

Досягнення сучасної електроніки воістину фантастичні. Я пам'ятаю часи, коли обладнання, необхідне для зберігання інформації, що міститься тепер в одній «флешці», займало кілька шаф. Всі ці досягнення пов'язані з використанням дивовижних властивостей магнітного поля. Але що являє собою магнітне поле? Внаслідок чого виникає і куди зникає? До сих пір наука не дає певної відповіді на ці очевидні питання. У підручнику, випущеному в 1964 р ми знаходимо, що навколо провідника зі струмом виникає магнітне поле і магнітне поле є носієм ряду фізичних властивостей [1, с. 182]. Учёбнік, випущений в 2006 році лише констатує, що взаємодія струмів здійснюється через поле, що називається магнітним [2, с. 116].

Одним властивостей магнітного поля є наявність так званих «силових ліній». Експериментально ці силові лінії детектируются за допомогою залізної тирси (див. Рис. 1).

Але магнітне поле створюється не тільки провідниками з струмом, а й специфічними речовинами - Магнетика, які набувають це властивість під дією зовнішнього магнітного поля. Відповідно до класичної теорії принцип намагнічування полягає в тому, що у всіх речовинах існують дрібні електричні струми, замикаються в межах кожного атома (молекулярні струми). Якщо магнетик НЕ намагнічений, то він не створює магнітного поля. Це означає, що молекулярні струми в ньому розташовані безладно, так що сумарна їх дія дорівнює нулю. При намагнічуванні магнетика розташування молекулярних струмів стає частково або повністю впорядкованим [1, с. 240].

Уявлення про молекулярні токах були введені в теорію магнетизму yoще Ампером [3]. Нині вони мають базу у вигляді моделі атома по Бору-Резерфорда, в якій електрон рухається навколо ядра по круговій орбіті [4]. Цей рух може створювати електричний струм, так що електронну орбіту можна розглядати як кругової провідник або виток соленоїда. Власне, на цій основі вводиться поняття магнітного моменту електрона [1, с. 273]. Тоді електричний струм в провіднику можна уявити як послідовність подібних електронних кілець (див. Рис. 2).

Але якщо магнітне поле провідника уявити як суперпозицію магнітних полів електронів, воно буде аналогічно магнітному полю соленоїда і направлено вздовж провідника, що суперечить експерименту.

1. Магнітне поле електрона

Відповідність досвідченим даними вимагає, щоб силові лінії магнітного поля електрона були коаксіальним його орбіті. Фахівці в області гідромеханіки давно відзначили аналогію між рівнянням для знаходження швидкості циркуляції, створюваної вихровий ниткою, і рівнянням Біо-Савара для магнітного поля, що створюється навколо замкнутого провідника з постійним струмом [5, c. 130]. Дійсно, швидкість циркуляції, створюваної нескінченної вихровий ниткою на відстані σ визначається рівнянням (див. Рис. 3):

, (1)

де χ - інтенсивність обертання вихровий нитки.

Аналогічно, напруженість магнітного поля, що створюється нескінченним провідником зі струмом, визначається рівнянням [1, с. 183]:

, (2)

де: i - сила струму.

На аналогію між силовими лініями магнітного поля і лініями струму гідродинамічних течій вказував і Пуанкаре [6, с. 46].

Це узгоджується з уявленнями про вихровому характер магнітного поля і електричного поля, створюваного електромагнітним випромінюванням. У роботах класиків теорії електромагнетизму - Фарадея і Максвелла - використовувалося уявлення про те, що простір заповнений якоїсь субстанцією - ефіром. В.А. Ацюковский використовував для опису ядерних взаємодій модель газових тороїдальних вихорів [7]. Але газоподобная среда, так само як і середовище з властивостями рідини не володіє жорсткістю, необхідної для фіксації силових ліній в просторі. І.П. Верменчук вважав [8], що все взаємодії: і гравітаційні, і електричні, і магнітні можна описати через взаємодії вихорів в суцільному середовищі - ефірі. Причиною утворення вихорів є рух матеріальних тел. А.М. Куминов в якості структурних елементів ефіру були запропоновані «обертаються матеріальні об'єкти», подібні кулькам [9].

В даному випадку ми обмежимося тільки освітою магнітного поля. Отже, що рухається електрон, який являє собою стоячу хвилю, розподілену по колу орбіти, подібно диску, що обертається в рідині, створює навколо себе циркуляцію ефіру. Тоді лінії струму ефіру будуть збігатися за напрямком з силовими лініями магнітного поля провідника.

Щоб уточнити характер цих циркуляцій, розглянемо ще два ефекту.

Сила dF 12, з якої елемент провідника dl 1 діє на елемент провідника dl 2, спрямована перпендикулярно до останнього і лежить в площині, що містить dl 1 і r 12
(Див. Рис. 4). При цьому напрямок сили dF 12 підпорядковується правилу правого свердлика: тобто напрямку руху гвинта з правою нарізкою при обертанні його головки від елемента dl 2 до нормалі dl 2 n. Напрямок нормалі також визначається правилом правого гвинта: тобто збігається з напрямком руху гвинта з правою нарізкою при обертанні його головки від dl 1 до r 12. Модуль сили dF 12
визначається рівнянням
[1, с. 175]:

, (3)

де: i 1 і i 2 - сила струму в елементах провідників; J 1 - кут між dl 1 і r 12, J 2 - кут між dl 2 і нормаллю до площини, що містить dl 1 і r 12.

По-перше, необхідно звернути увагу на те, що сила магнітного взаємодії спрямована під кутом до радіус-вектору, що з'єднує провідники. Тобто вона прагне не притягти або відштовхнути, а повернути провідники таким чином, що б величина сили стала рівною нулю. По-друге, якщо розташувати провідники на одній лінії, то sin J1 буде дорівнює нулю, а, отже, буде дорівнює нулю і сила магнітного взаємодії. Якщо уявити, що електрони це і є елементи струму, то це означає, що вони створюють циркуляцію тільки в площині орбіти. У цьому є глибокий філософський зміст. В іншому випадку електрон замикав би своїм магнітним полем на себе весь Всесвіт. Можна вважати, що товщина орбіти електрона і циркуляції ефіру, їм створювана, величини нескінченно малі. Магнітні взаємодії між електронами змушують їх вибудовуватися в паралельних площинах, що створює умови для формування електронних структур атомів і молекул.

Традиційно прийнято вважати напрямком електричного струму, напрямок, протилежний руху електронів [1, с. 124]. Тоді для електронів буде діяти правило лівого гвинта: напрямок руху електрона по орбіті і напрямок руху створюваних електроном циркуляцій ефіру збігається з рухом головки гвинта з лівої нарізкою при його поступальному русі вперед.

З урахуванням усього вищесказаного рис. 2 перетворюється в рис. 5 і ми отримуємо якісну відповідність між сумарним магнітними полем електронів і магнітним полем провідника.

2. Напруженість магнітного поля електрона.

Величина напруженості магнітного поля елемента провідника виводиться з рівняння для сили магнітного взаємодії між елементами струму, подібно до того, як вводиться величина напруженості електростатичного поля для електростатичного взаємодії. В системі СГСМ величина напруженості поля елемента струму дорівнює [1, с. 183]:

, (4)

де: J - кут між напрямком струму і радіус-вектором пробної точки.

Таке визначення напруженості магнітного поля, однак, незручно для розгляду властивостей електрона. Ми вже встановили, що магнітне поле електрона існує тільки в площині орбіти, тому виключимо кут J. Оскільки мова піде про одиничному електроні, ми виключимо елемент довжини і введемо нову величину - напруженість циркуляції - HC. Сила струму в одиницях СГСМ виходить розподілом сили струму в системі СГСЕ на швидкість світла. Якщо прийняти, що dq = e (заряду електрона), то dt - це час між двома послідовними електронами, а - відстань, на яке за цей час пошириться циркуляція від попереднього електрона. Чим більше rF, тим менше буде залишкова циркуляція в пробної точці:

. (5)

Для нерухомого електрона, тобто для електрона, положення якого в просторі зафіксовано, наприклад, в постійному магніті, член 1 / rF виключається. Таким чином, напруженість магнітного поля електрона виявляється формально рівної напруженості його електростатичного поля:

. (6)

Але магнітне поле діє тільки в площині орбіти електрона і направлено тангенциально до ліній струму ефіру, коаксіальним орбіті електрона.

3. Взаємодія магнітних полів електронів

Що б перейти від гіпотези до теорії необхідно змоделювати процеси взаємодії між собою магнітних полів електронів в різних умовах і оцінити пов'язані з цим ефекти. Тут перед нами відкривається широке поле для творчості.

Вплив речовини провідника на напруженість магнітного поля. Рівняння (4) справедливо для знаходження напруженості магнітного поля в вакуумі. Якщо простір навколо провідника заповнене яким-небудь речовиною, то магнітне поле буде відрізнятися від магнітного поля в вакуумі, пропорційно деякій величині, званої магнітною проникністю речовини. Але дані про вплив на напруженість магнітного поля складу провідника відсутні. Це свідчить про те, що, по крайней мере, в першому наближенні, напруженість магнітного поля не залежить від властивостей речовини провідника, а залежить тільки від сили струму в провіднику. У той же час ми знаємо, що радіуси орбіт електронів в різних металах істотного розрізняються. Отже, повинні мати відчутні відмінності і існуючі в них «молекулярні струми».

Це властивість магнітного поля цілком можна пояснити з позицій циркуляційної моделі. Справа в тому, циркуляція, яка визначається як добуток радіуса на кругову швидкість, є величина постійна [10, с. 47]:

, Де u - кругова швидкість лінії струму. (7)

Величину константи ми можемо знайти з величини моменту кількості руху електрона, що дорівнює [4]:

, Де h - постійна Планка. (8)

Звідси випливає:

. (9)

В роботі [11] було показано, що в моделі бору n = 1 для всіх електронів в основному стані, незалежно від номера так званого «електронного шару». В теорії будови атома прийнято, що електрони розташовуються навколо ядра так званими «шарами» [12, с. 93]. На електрон верхнього шару діє ефективний заряд, що складається з заряду ядра і екранують заряд електронів. Обчислюючи радіус орбіти зовнішнього електрона в основному стані за моделлю Бора ми для будь-якого шару, будь то 2 s або 5 s, повинні приймати n = 1, тому що значення n> 1 відповідають збудженим станам електрона, в які він переходить під впливом зовнішнього випромінювання. І час знаходження електрона в збудженому стані мізерно мало.

Таким чином, швидкість циркуляції, з якої може бути пов'язана напруженість магнітного поля, не залежить від радіуса орбіти електрона, а залежить лише від відстані між ядром атома і пробної точкою.

Теплове випромінювання. Доцільно виділити особливий вид руху електронів - обертання площин орбіт навколо ядра. В цьому випадку в навколишньому просторі буде весь час змінюватися магнітне поле, причому з певною частотою - з частотою обертання площин орбіт. Звісно ж, що подібне обертання є одним з основних видом теплового руху, з яким пов'язана теплоємність і теплопровідність.

Обертання площини орбіти електрона пов'язано зі зміною моменту кількості його руху. Вироблена при цьому робота визначається співвідношенням:

, (10)

де Δ Кe - зміна моменту кількості руху електрона, а Δφ - кут повороту площини орбіти.

Закон збереження енергії вимагає, що б еквівалентну кількість енергії виділилося в навколишнє середовище. Ми можемо припустити, що це буде енергія циркуляції ефіру.

Величина моменту кількості руху електрона дорівнює h / 2π. Отже, при повороті площини орбіти на 360 градусів величина роботи буде дорівнює:

, (11)

де ν Rot - частота обертання площини орбіти.

Взаємодія циркуляцій. Яким чином, циркуляції, створювані окремими електронами взаємодіють між собою?
Це найважливіше питання, від відповіді на яке залежить, чи стане розглянута гіпотеза теорією чи ні. Якісна оцінка показує (див. Рис. 6), що односпрямовані циркуляції взаємно знищуються у внутрішній області і повинні підсилювати один одного у зовнішній області. Циркуляції, що мають протилежний зміст, будуть взаємно посилюватися у внутрішній області і відштовхуватися у зовнішній. Але чи є це взаємодія адитивним або має місце більш складна залежність?

Нам ще належить дати відповідь на це та багато інших питань, пов'язані з використанням циркуляційної моделі для опису явищ магнетизму.

1. Калашников С.Г. Електрика: навчальний посібник. - М: Наука, ГРФМЛ, 1964. - 666 с.

2. Савельєв І.В. Курс загальної фізики: навчальний посібник в 3-х томах, т. 2. - СПб .: Лань, 2006. - 496 с.

3. Ампер А.-М. Електродинаміка. / Ред. Я.Г. Дорфман. - М .: Изд-во АН СРСР, 1054, с. 271.

4. Бор Н. Вибрані наукові праці. Т. 1. - М .: Наука, 1970, с. 84-148.

5. Бетчелор Дж. Введення в динаміку рідини. / Пер. з англ. - М .: Мир, 1973.

6. Пуанкаре А. Теорія вихорів. - Іжевськ: НДЦ «Регулярна і хаотична механіка», 2000. - 160 с.

7. Ацюковский В.А. Загальна ефіродінамікі. Моделювання структур речовини і полів на основі уявлень про газоподібному ефірі. - М .: Вища школа, 1990. - 280 с.

8. Верменчук І.П. Ефірно-вихрова модель мікросвіту. // Російська Думка, 1993, № 1-2, с. 63-72.

9. Кумин А.М. Механізм проточно-зіткнень взаємодії .// Інтернет-сайт SciTecLibrary.ru, 22.04.2003. URL :.

10. Карман. Т. фон. Аеродинаміка: вибрані теми в їх історичному розвитку. / Пер. з англ. - Іжевськ: НДЦ «Регулярна і хаотична динаміка», 2001. - 208 с.

11. Островський Н.В. Алгоритм обчислення квантованного радіуса орбіти електрона. // Інтернет-конференція "Інформаційно-обчислювальні технології в науці". Дата публікації 23 грудня 2009 р URL:.

12. Дей К., Селбін Д. Теоретична неорганічна хімія. - М .: Світ, 1971. - 416 с.

Кількість переглядів публікації: Please wait

Всі статті автора «onv1»