Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклина. М.: ИЦ Орион. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии о концепции электричества Бенджамина Франклина Ильясов Ф. Н
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
6. Феномен электрометра Считается, что прибор электрометр (электроскоп) измеряет количество «положительного» или «отрицательного» электричества. Вероятно, на самом деле, в одном случае, он измеряет количество избыточных эл-квантов, а в другом случае измеряет меру дефицита эл-квантов (степень разряженности). При этом, если количество избыточных, и количество дефицитных эл-квантов в двух электрометрах одинаковы, то показания обоих электрометров будут одинаковы – их стрелки отклонятся на равные углы. Например, условно говоря, если в первом электрометре количество избыточных эл- квантов составляет 100 единиц, а во втором электрометре количество дефицита эл-квантов (отклонение от «нормального» количества) составляет также 100 единиц, то стрелки обеих электрометров покажут одинаковые значения. 7. Изложение закона Кулона в рамках концепции Франклина В случае эксперимента Шарля Кулона (ок. 1785) с крутильными весами, он, строго говоря, измерял не силу притяжения между «отрицательными» и «положительными» электростатическими «точечными зарядами», а между двумя телами, у одного из которых был избыток, а другого дефицит эл-квантов. Избыточное и дефицитное поля эл-квантов на этих телах притягивают тела друг к другу. В соответствии с приведенным предположением, закон Кулона может быть изложен в следующей редакции: два тела притягиваются друг с другом в вакууме с силой F, величина которой пропорциональна произведению количества избыточных эл-квантов e 1 на одном теле и количества дефицитных эл-квантов е 2 на другом теле, и обратно пропорциональна квадрату расстоянию r между телами: (1) Где k - коэф. пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерений. Следует уточнить, что сила F зависит не от абсолютного количества зарядов на телах, а от соотношения количества избыточных и дефицитных эл-квантов на двух телах. В случае если оба тела избыточно заряжены, или оба тела избыточно разряжены, они аналогичным образом отталкиваются друг от друга. В физическом словаре указывается, что закон Кулона также определяет силу взаимодействия двух магнитных полюсов: (2) где: m 1 , m 2 – количество магнитных зарядов на полюсах; µ - магнитная проницаемость среды; f - коэф. пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерений» [Физический…, 1995: 334]. Это указывает на общность природы эл-квантов и квантов магнитной энергии. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 9 8. Магнит и поле квантов магнитной энергии Магнит, - пишет Бенджамин Франклин, - это предмет, «в котором содержится тонкая и подвижная жидкость, во многих отношениях напоминающая электрическую» [Франклин, 1956: 209]. Электрическая энергия и магнитная энергия рассматриваются им как самостоятельные, специфические и схожие субстанции. По аналогии с эл-квантами, можно предположить, что магнитная энергия, субстанция, также состоит из мелких частиц, порций, назовем их квантами магнитной энергии или магнитными квантами (маг-квантами). Электрический ток, поток эл-квантов, не может порождать магнитного поля, точнее, поля маг-квантов, т.к. поле маг-квантов – это свойство маг-квантов. Соответственно, маг-кванты, поле маг-квантов, не может порождать эл-кванты, поля эл-квантов. Маг-кванты обладают свойством взаимодействовать друг с другом. Энергия отдельных маг-квантов объединяется, создавая единое поле маг-квантов, формирующее единую «магнитную энергетическую систему». Поле маг-квантов обладает свойством перемещать маг- кванты из того места, где их больше, в то место, где их меньше. Это свойство магнитного поля может проявляться также в виде взаимного притяжения избыточно и дефицитно магнитно заряженных тел. В магнитно нейтральном теле маг-кванты стремятся равномерно распределяться по телу. Можно предположить, что эл-кванты и маг-кванты это такие же частицы энергии как кванты света (фотоны) и кванты теплового излечения. Известно, что отдельный фотон содержат энергии больше, чем тепловой квант. Вероятно, отдельный эл-квант содержит энергии меньше, чем тепловой квант, а маг-квант содержит энергии меньше, нежели эл-квант, или с использованием знака «больше» (>) это соотношение можно записать так: квант света > квант тепла > эл-квант > маг-квант. Вероятно маг-квант наименьший по размеру (количеству энергии) из всех известных квантов энергии. Если тело является магнитно нейтральным, это значит, что в нем содержится «нормальное» количество маг-квантов, равномерно распределенных в нем. Если в теле существует избыток маг-квантов, тело проявляет себя как магнитно активное, намагниченное. Для тел разной природы существует своя «нормальность», т.е. «нормальное» количество маг- квантов на единицу объема. Намагниченность обозначает поляризацию тела: на одном его конце концентрируются избыточные маг-кванты, на другом – меньшее (дефицитное или «нормальное») количество маг-квантов. Франклин отмечает – при воздействии статического электричества или молнии на железо, оно приобретает магнитные свойства [Франклин, 1956: 153]. Можно предположить, что воздействие энергии достаточно большого числа эл-квантов вызывает в обычном железе (временную) поляризацию имеющихся в нем маг-квантов. Магнит – это тело, например, в виде бруска железа, на одном конце которого скопилось избыточное количестве маг-квантов. На другом конце этого бруска существует дефицит маг- квантов. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 10 Магнит, точнее его «избыточный» полюс, притягивает железные тела, потому, что в этих телах существует меньшее количество маг-квантов, нежели в магните, потому железо и магнит взаимно притягиваются «энергией притяжения» маг-квантов, от избыточного полюса магнита к дефициту маг-квантов в железе. То есть притягивание магнитом кусочков железа есть проявление свойства магнитного поля перемещать маг-кванты из того места, где их больше, в то место, где их меньше. Если кусок железа держать у магнита достаточно долго, то он на некоторое время станет магнитом, т.к. накопит достаточное для этого количество избыточных маг-квантов. «Линии» вокруг постоянного магнита, по которым в экспериментах располагаются железные опилки, отражают притяжение опилок потоком маг-квантов, перемещающихся от избыточного полюса к дефицитному. Железные опилки имеют меньше маг-квантов, чем в магните, потому они взаимно притягиваются с маг-квантами, вероятно, «поглощая» часть из них (и намагничиваясь). Постоянные магниты изготавливаются из веществ, которые в «нормальном» состоянии, в силу своих свойств, содержат очень большое количество маг-квантов на единицу объема. В принятой терминологии это свойство веществ называется «магнитная проницаемость». Создание постоянного магнита, намагничивание, – это процесс «накачивания» в тело избыточных маг-квантов. Можно предположить что, в тело, в силу своих природных свойств содержащее много маг-квантов, можно и накачать много избыточных маг-квантов. Возможно, есть пропорция между «нормальным» содержанием маг-квантов в веществе в магнитно нейтральном состоянии, и максимальным количеством избыточных маг-квантов, которое можно «накачать» в вещество. Стремление избыточных маг-квантов переместиться в магнитно разряженное место, проявляется как взаимное притяжение тел, участков тел, с избыточным и дефицитным количеством маг-квантов. Потому избыточный полюс магнита взаимно притягивается с дефицитным полюсом. Подобно эл-квантам, маг-кванты перемещаются из того места, где их больше, в то место, где их меньше. Сила, с которой маг-кванты избыточного полюса взаимно притягиваются с маг- квантам дефицитного полюса, или с телами с дефицитом маг-квантов («напряженность магнитного поля»), определяется разницей в количестве маг-квантов в этих местах. При «нормальной» температуре внутри магнита, маг-кванты поляризуются на избыточный и дефицитный полюсы, вероятно, в силу этого обстоятельства маг-кванты не могут свободно перемещаться внутри постоянного магнита от избыточно к дефицитно заряженному полюсу, потому маг-кванты передвигаются к дефицитно заряженному полюсу «по воздуху». При нагревании постоянного магнита до критической температуры (точка Кюри) он, вероятно, излучает избыточные маг-кванты, т.е. размагничивается. Намагниченная (т.е. с избытком маг-квантов) стрелка компаса показывает на северный полюс Земли. Это можно истолковать так, что северный полюс имеет дефицит маг-квантов. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 11 9. О возможном превращении магнитной и электрической энергии Можно предположить, что некоторые тела, под воздействием внешней энергии, способны генерировать маг-кванты и эл-кванты, наподобие того, как некоторые тела при нагревании генерируют, излучают световые кванты. То есть некоторые тела являются преобразователями воздействующей на них внешней энергии в кванты другой энергии, излучения квантов. Вероятно, например, при воздействии магнитной энергии на проводники, под воздействием магнитной энергии, эти проводники генерируют эл-кванты. Иначе говоря, продники являются преобразователями магнитной энергии в электрическую. Известно, что под воздействием электрического разряда железо становится намагниченным. Это можно интерпретировать как способность железа преобразовывать энергию эл-квантов в маг-кванты. 10. «Электромагнитное поле» как научный артефакт Гипотеза о существовании «электромагнитного поля» представляется избыточной, т.к. все феномены, которые с ним связываются, объясняются свойством эл-квантов и маг-квантов притягиваться друг к другу. Поле эл-квантов и поле маг-квантов отдельные, самостоятельнее поля, не формирующие общего поля. Все феномены, приписываемые «электромагнитному полю», могут быть объяснены взаимодействием поля эл-квантов и поля маг-квантов. Поскольку эл-кванты и маг-кванты имеют свойство взаимно притягиваться, то, когда магнит движется у проволоки, то маг-кванты «тянут» эл-кванты в направлении движения магнита, эл-кванты движутся в проволоке в течение времени движения магнита. Если магнит (маг-кванты) перестает двигаться около проводника, то эл-кванты останавливаются. Эл-кванты, двигаясь в проводнике, могут притягивать маг-кванты, как это изложено ниже при описании одного их электродвигателей Бенджамина Франклина и экспериментов Ганса Эрстеда. Свойством эл-квантов и маг-квантов взаимно притягиваться объясняется также работа генератора электрического тока (см. ниже). 11. Электродвигатели Бенджамина Франклина Франклин (1748) приводит описание двух конструкций электродвигателя («электрического вертела»), работающих на постоянном токе, без использования магнитов. В двигателях использованы свойства избыточно и дефицитно заряженных тел притягиваться, а одинаково заряженных, или одинаково разряженных – отталкиваться [Франклин, 1956: 32- 35]. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 12 Франклин (1752) описывает эксперимент, показывающий влияние электрического тока в проводнике на магнитную стрелку: «Надев стрелку компаса на конец длинной булавки, и поместив ее в атмосферу первичного проводника на расстоянии около трех дюймов от него, я обнаружил, что она начинает вращаться, подобно вертелу, с большой скоростью» [Франклин, 1956: 93]. Насколько можно понять из описания, схема этой экспериментальной установки, электродвигателя Франклина, соответствует схеме современного электродвигателя (электрогенератора) приведенного ниже на рис. 1, в котором в качестве ротора выступает магнит («магнитная стрелка»). Франклин (1761) описывает, как хорошо сбалансированная тонкая лучина, с булавками на концах, посаженная для возможности свободного вращения на латунный капсюль, вращается над широким проводником, «электрической скамьей», при пропускании через нее электрического тока [Франклин, 1956: 191]. Понятно было, что лучина с булавками вращается под действием эл-квантов на булавки, но полного объяснения этому феномену Франклин не нашел. Можно предположить, что это действовали «силы Эрстеда» – эл-кванты, движущиеся в проводнике (по поверхности проводника) по винтовой линии под углом 45°, притягивая вслед за собой маг-кванты в теле булавок, вращают лучину с булавками. 12. Ганс Эрстед - характер движения эл-квантов и их влияние на маг-кванты В современной физике популярна гипотеза о том, что электрический ток, при прохождении через проводник, создает магнитное поле. Однако эта гипотеза не имеет строгого эмпирического обоснования, т.к. магнитное поле приборами непосредственно не обнаруживается, – оно предполагается на основании опосредованных признаков, таких как отклонению магнитной стрелки (магнита), по реакции железных опилок. Однако, магнитная стрелка и железные опилки могут реагировать и на поле маг-квантов, и на поле эл-квантов, поскольку они взаимно притягиваются. Вероятно, непосредственно поле маг-квантов измеряется только в случае, когда постоянный магнит притягивает кусок железа (или противоположный полюс другого магнита). Тогда можно измерить, кусок железа какого веса (массы) может «поднять» магнит. Вероятно, прямо поле маг-кантов (его наличие или величина) может измеряться только телами с маг-квантами (магнитами, либо телами, способными намагничиваться). Эл-кванты и маг-кванты, их излучения, не фиксируются ощущениями или приборами непосредственно, как например, фиксируются тепловые и световые кванты, их излучения. Более чем через 70 лет, после того как Франклин установил влияние электрического тока на магнитную стрелку и изобрел снованный на этом феномене электродвигатель, Ганс Эрстед (1820) также обнаруживает влияние электрического тока на магнитную стрелку. В своих экспериментах Эрстед показал, что при прохождении постоянного тока по проволоке, располагающаяся параллельно ей магнитная стрелка отклоняется от проводника на угол в 45°. При изменении направления тока магнитная стрелка отклоняется в другую сторону под тем же углом [Эрстед, 1954]. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 13 Эрстед сделал вывод, что электрический фактор, влияющий на магнитную стрелку, «не ограничен проводящей проволокой, но имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки» [Эрстед, 1954: 438]. «Вращательное движение вокруг оси, сочетающееся с поступательным движением вдоль этой оси, обязательно дает винтовое движение» [Эрстед, 1954: 438]. То есть эл-кванты движутся вокруг (внутри) проволоки по винтовой линии и, притягивая «магнитные частицы», находящиеся на стрелке, поворачивают (отклоняют) ее. Согласно опытам Эрстеда, эл-кванты, движутся по проводнику (в проводнике), вращаясь по винтовой линии, под углом 45° относительно оси проводника, они притягивают тела с маг- квантами. Можно предположить, что эл-кванты, движущиеся описанным способом, могут воздействовать «вращательным образом» не только на магнитную стрелку, но и вращать сам проводник, если он не закреплен. Назовем эти предполагаемые вращательные силы – «силами Эрстеда». В цитируемой статье Эрстед рассматривает «электрическую силу», или «электрическую материю» и «магнитные частицы» как самостоятельные, специфические физические феномены, непосредственно влияющие друг на друга. То есть эл-кванты не создают поля маг- квантов, а прямо воздействуют на маг-кванты, находящиеся на магнитной стрелке. Изложим гипотезу Эрстеда в принятой в статье терминологии: эл-кванты движутся вокруг (внутри) проволоки по винтовой линии, от избыточно заряженного места к дефицитно заряженному месту. В том случае, если вблизи оказываются маг-кванты (тела с маг- квантами), то поле эл-квантов притягивает и «размещает» маг-кванты (тела с маг-квантами) вдоль этой линии. Иначе говоря, вокруг проволоки не создается поле маг-квантов, поле эл- квантов не создает поля маг-квантов, но способно воздействовать непосредственно на маг- кванты (тела с маг-квантами). В целом гипотеза о том, что эл-кванты создают поле маг-квантов, представляется избыточной, поскольку наблюдаемые физические феномены могут быть объяснены прямым влиянием эл-квантов на маг-кванты. Возможно эффект Хубера (Губера), Huber effect 4 (1959), объясняется действием «сил Эрстеда» – характером движения эл-квантов в проводниках; подробнее об эффекте Хубера, см., например: [Shen at al., 1999]. Эл-кванты, двигаясь по поверхности (внутри) проводника по винтовой линии (если проводник не закреплен) действуют на проводник, вращая его вокруг оси движения эл-квантов. На примерах отталкивания и притягивания дефицитно и избыточно заряженных тел видно, что эл-кванты влияют на перемещение тел, на (в) которых они находятся. Описанный выше «электродвигатель с лучинами» Франклина и эффект Хубера могут объясняться «силами Эрстеда». 4 Дж. Хубер (J. Huber) в 1959 г. обнаружил, что при пропускании через рельсы электрического тока через пару железнодорожных колес, колеса начинают катиться. Направление движения колес зависит от того, в какую сторону их толкнут, и не зависит от того, постоянный или переменный ток использовался. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 14 Андре-Мари Ампер (1822) установил, что магнит цилиндрической формы, или проводник, плавающие в ртути, если через них начать пропускать электрический ток, начинают вращаться [Ампер, 1954: 293-294]. Вероятно, в этом случае вращение предметов происходило также под действием «сил Эрстеда». Если эл-кванты движутся по поверхности проволоке (в проволоке) по винтовой линии, то можно предположить, что и эл-кванты, излучаемые проводником (в том числе передающей радио антенной), также излучаются «по винтовой линии». Возможно, этот факт имеет какое- то значение для понимания распространения эл-квантов, излучаемых антеннами радиостанций. 13. Электрический ток Приведем некоторые определения электрического тока: – «Электрический ток состоит из движущихся электронов или других зарядов, которые образуют результирующее течение, или поток» [Фейнман и др., 2004: 256]. – «Электрический ток, упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных микроскопических тел» [Физический…, 1995: 864]. – Электрический ток в проводнике создается так называемыми свободными электронами, движущимися с относительно малой скоростью» [Кухлинг, 1985: 310]. Приведенные определения показывают, что в физике пока не сложилось единое понимание электрического тока. Обращает на себя внимание присутствие логического знака «или» в двух первых определениях. В самом простом случае электрический ток определяется как движение электрических зарядов. Электрический заряд истолковывается как свойство объектов (тел, частиц, носителей заряда) участвовать в электрических (электромагнитных) процессах, взаимодействиях. Однако что именно собой представляет сам «заряд», откуда он берется (возникает), какова его природа, почему и как заряд становится (или не становится) свойством объекта, остается не проясненным. В рамках концепта Франклина «заряд» это не свойство объекта, а сам объект, эл-квант – являющийся частицей энергии и имеющий «электрические свойства». Соответственно, электрический ток – это направленное движение эл-квантов, под влиянием поля эл-квантов, из того места, где их больше, в то место, где их меньше. Если маг-кванты движутся рядом с проводником, то они, притягивая эл-кванты, «толкают» их в проводнике, формируя движение эл-квантов (электрический ток) в проводнике. Поскольку изначально в проводнике содержится «нормальное» количество эл-квантов, то в электрической цепи они формируют единое поле эл-квантов, которое соединяет конец проводника (место в цепи) с избытком эл-квантов с концом проводника (местом в цепи) с дефицитом эл-квантов. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 15 Поля двух групп эл-квантов, находящихся на расстоянии друг от друга, в разных местах пространства, формируют взаимодействующие поля, которые могут проявлять себе при определенном соотношении разности в количестве эл-квантов в этих двух группах и определенном расстояния между этими группами. В таких случаях эл-кванты могут перемещаться от тела к телу на расстоянии, в виде искр, электрических дуг, молний, а также невидимых глазу излучений. Соотношение количества эл-квантов в двух местах, например, на входе и на выходе из цепи, задает два связанных параметра: 1. количество эл-квантов, перемещаемых из «избыточного места» в «дефицитное место». 2. скорость перемещения эл-квантов. В концепции «одного тока», направление тока не может меняться, так как эл-кванты всегда движутся в одном направлении – из того места, где их больше, в то место, где их меньше. |