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.
|
|
14. Закон Ампера в концепции одного электричества Андре-Мари Ампер (1820) установил, что параллельные проволоки, в которых постоянный ток течет в одном направлении, притягиваются, а если ток течет в противоположных направления – отталкиваются. В рамках концепта Франклина это можно объяснить тем, что проволоки притягиваются или отталкиваются в результате взаимодействия полей эл-квантов в этих проволоках. Если эл-кванты движутся в одном направлении, то часть эл-квантов одной проволоки стремится попасть в место с дефицитом эл-квантов другой проволоки, и наоборот. Сила притяжения проволок задается соотношением количества эл- квантов в избыточном и дефицитном местах. Это ситуация аналогична феномену притягивания тела с избытком эл-квантов к телу с дефицитом эл-квантов. Если эл-кванты движутся в параллельных проводниках в разных направлениях, то они отталкиваются, как отталкиваются друг от друга два тела с избытком эл-квантов. Эти проводники друг для друга являются телами с избытком эл-квантов. Поскольку описанное взаимодействие происходит между полями эл-квантов, то в указанном взаимодействии могут участвовать и проводники, не обладающие магнитными свойствами. Указанный эффект притягивания–отталкивания проводников принято объяснять появлением вокруг проводников поля маг-квантов, однако, как представляется, гипотеза о создании эл-квантами поля маг-квантов, является избыточной, т.к. этот феномен может быть объяснен прямым взаимодействием полей эл-квантов в проводниках. Сама идея, что эл-кванты могут порождать поле маг-квантов кажется не вполне логичной. Поле маг-квантов – это свойство совокупности маг-квантов. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 16 15. Генератор электрического тока, «переменный» и «постоянный» ток Работа генератора электрического тока обычно описывается в рамках концепции «двух электричеств». Генератор «переменного» тока в этом случае может описываться как поочередно «меняющий знак» (направление) тока. Рассмотрим работу генератора переменного тока в рамках концепции «одного электричества». На рис. 1 приведена условная, «двумерная» схема работы генератора переменного тока. Для большей наглядности изложения в качестве ротора в схеме выступает постоянный магнит, а в качества статора – обмотка генератора. Очередной импульс эл-квантов на выходе их генератора формирует тот полюс магнита, который завершает полуоборот, выталкивая порции эл-квантов из генератора. Избыточно заряженный полюс магнита (окрашен красным цветом) «утягивает» эл-кванты обмотки по направлению своего вращения, тем самым двигая их в обмотке в том же направлении. Поскольку магнитное поле избыточно заряженного полюса магнита довольно сильное, то за полуоборот он «толкает» во внешнюю электрическую цепь сравнительное большое количество эл-квантом. Дефицитно заряженный полюс магнита (окрашен синеватым цветом) содержит сравнительно небольшое количество маг-квантов и их магнитное поле «толкает» существенно меньшее количество эл-квантов в цепь. Таким образом, за один оборот магнита (ротора) генератор посылает во внешнюю цепь два последовательных импульса эл-квантов, один с большим, а другой с малым количеством эл-квантов, см. рис. 2. На место вытолкнутых из обмотки генератора эл-квантов, из цепи возвращается на обмотку генератора некоторое количество «неиспользованных» эл-квантов, чтобы восстановить их «нормальное» количество в катушке. В следующий оборот генератор посылает во внешнюю цепь такие же два последовательных импульса эл-квантов. Таким образом, переменный ток – это движение друг за другом большой и маленькой порции эл-квантов, два импульса электроэнергии большой и малой мощности за один оборот ротора. При включении генератора в замкнутую цепь, эл-кванты движутся по кругу – см. рис. 1. В электротехнике конец провода (клемму), через которую поступает электрический ток, называют «фазой» и обозначают буквой L, а конец провода (клемму), через который ток не поступает (а «уходит»), называют «нейтральным» или «нулевым», обозначают буквой N. В соответствии с этим, на рис. 1 провод, по которому эл-кванты выходят из генератора, обозначен буквой L, а провод, по которому остатки эл-квантов возвращаются в генератор, обозначен буквой N. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 17 Рис. 1. Двумерная схема работы генератора «переменного» тока включенного в цепь с лампочкой (концепт «одного электричества») Если в бытовой электрической сети, электрическую лампу одним проводом соединить с «фазой», а другим проводом подключить к заземлению, то лампочка будет гореть. Эл-кванты движутся из того места, где их больше («из генератора»), проходят через лампочку, расходуются в ней на световое и тепловое излучение. Оставшаяся их часть перемещаются в то место, где их меньше (в землю). Если лампочку подключить одним концом к «нулевому» проводу, а другим к заземлению, она светиться не будет. Это показывает, что эл-кванты движутся по одному проводу и, соответственно, всегда в одном направлении. При работе генератора переменного тока, импульсы эл-квантов, генерируемых избыточным и дефицитным полюсами магнита, следуют друг за другом, – см. рис. 2. При генерации переменного тока один оборот ротора (магнита) создает два разных импульса тока — большой и маленький (вероятно, воспринимаемых как один). Следовательно, при частоте вращения ротора в 50 об/с, электродвигатель генерирует разновеликие импульсы эл-квантов с частотой 100 Гц. Амплитуда колебаний количества эл-квантов в импульсах на выходе из генератора переменного тока будет иметь вид, приведенный на рис. 2. Таким образом, переменный ток – это ток с переменной (чередующейся) амплитудой. Схема, изложенная на рис. 1 описывает также и работу электродвигателя. Предположим, эл-кванты в обмотке движутся в направлении, указанном стрелками. Тогда при своем движении эл-кванты притягивают (тем самым толкают) маг-кванты в направлении своего движения, и постоянный магнит – ротор двигателя вращается в направлении, Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 18 указанном стрелками. Это та схема электродвигателя, который был изобретен Франклином в 1752 г. Рис. 2. Схематическое соотношение количество эл-квантов, «толкаемых» дефицитным и избыточным полюсами магнита при выработке переменного тока генератором На рис. 3 изображена схема работы генератора постоянного тока. В этом случае статор генератора состоит из двух отдельных обмоток. За первые полуоборота избыточно заряженный полюс магнита (окрашен красным цветом) в первой обмотке (окрашена красным цветом) «утягивает» эл-кванты обмотки по направлению своего вращения, тем самым двигая их в обмотке в том же направлении. За же полуоборота дефицитно заряженный полюс магнита (окрашен синеватым цветом) формирует более слабый импульс эл-квантов во второй обмотке (окрашена желто-оранжевым цветом). Однако в этом случае избыточный и дефицитный полюсы магнита не посылают импульсы эл-квантов друг за другом, а оба эти импульсы складываются в один – см. рис. 3, рис. 4. При работе генератора «постоянного» тока импульсы эл-квантов, генерируемых избыточным и дефицитным полюсами магнита, накладывается друг на друга, – см. рис. 4. Таким образом, постоянный ток, вырабатываемый генератором – это ток с постоянной амплитудой. Кол -во эл -к вантов Время, t Избыточный полюс магнита Дефицитный полюс магнита Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 19 Рис. 3. Схема работы генератора «постоянного» тока включенного в цепь с лампочкой (концепт «одного электричества») Рис. 4. Схематическое соотношение количество эл-квантов, «толкаемых» разными полюсами магнита при выработке «постоянного» тока генератором Ко л -во эл -к ван то в Время, t Избыточный полюс Дефицитный полюс Амплитуда на выходе Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 20 В случае с генерацией постоянного тока один оборот ротора (магнита) создает один импульс тока. То есть при частоте вращения ротора в 50 об/с, этот электродвигатель генерирует равновеликие импульсы эл-квантов с частотой 50 Гц. 16. Выпрямление переменного тока Исходя из описанной выше работы генераторов электрического тока, под выпрямлением переменного тока можно понимать процесс объединения большого и маленького импульсов (как на рис. 2) переменного тока, в один – как на рис. 4. Прохождение тока через любую катушку (трансформатор или дроссель) сглаживает амплитуду колебаний переменного тока, т.к. эл-кванты из разных импульсов в них в некоторой мере смешиваются, суммируются, накладываются друг на друга. Сглаживает импульсы и конденсатор, т.к. в нем эл-кванты из разных импульсов также складываются и течение тока выравнивается. В данном случае конденсатор можно сравнить с бассейном, в который по одной трубе вода поступает импульсами, а из другой трубы вытекает ровным потоком. В силу своей конструкции, складывая импульсы, сглаживают, выравнивают импульсы переменного тока диоды. Для ряда приборов, использующих выпрямленный (постоянный) ток, важна полярность подключения. То есть, чтобы поток эл-квантов, выходящий из выпрямителя и входящий в прибор, всегда поступал на определенный входной разъем (клемму, контакт). А «уходящие», недоиспользованные эл-кванты, уходили также через определенный разъем «обратно». Для целей такого выпрямления используется так называемый «диодный мост». Он сделан таким образом, чтобы, к какой бы клемме не подключался переменный ток на входе в выпрямитель, на выходе из него никогда не менялась бы «полярность» тока. Всегда на определенный вход прибора должны поступать «входящие» эл-кванты, а из другого – всегда выходить «уходящие. Здесь используется свойство диода пропускать эл-кванты только в одну сторону и при этом существенно сглаживать колебания количества эл-квантов в импульсе. Схема диодного моста приведена на рис. 5. В этой схеме принято, что эл-кванты движутся в диоде от анода к катоду. Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 21 Рис. 5. Схема работы диодного моста в рамках концепции «одного электричества» При выходе из устройства, потребившего часть эл-квантов, оставшиеся эл-кванты движутся в то место, где их меньше, потому «возвращающиеся» эл-кванты не могут пройти через диоды D1, D2 и D3, D4, т.к. они соединены с местом, где эл-квантов больше. Особенность устройства диодного моста в том, что при любом подключении «переменного» тока, полярность клемм выхода «постоянного» тока остается одинаковой. В любом случае, «входящие» в потребляющий электричество устройство эл-кванты, поступают на верхнюю клемму, а «уходящие» – выходят снизу. 17. Электромагнит При прохождении эл-квантов через проволочную катушку эл-кванты в ней распределяются неравномерно между концами катушки, т.е. на одном конце катушки их находится больше, чем другом. В катушке, при прохождении по ее проводам тока, скапливается большое количество эл-квантов, создающих общее поле. При прохождении эл-квантов через проволочную катушку в ней не возникает поля маг- квантов, т.к. поле маг-квантов формируются маг-квантами. В силу способности эл-квантов взаимно притягиваться с маг-квантами, эл-кванты, скопившиеся на катушки, притягивают маг-кванты, точнее тела, на которых находятся мг- кванты (например, железные опилки). Эл-кванты катушки распределяют своим притяжением маг-кванты железного стержня пропорционально своему размещению на катушке, таким образом, что большее число маг- квантов скапливаются на одном конце стержня. Т.е. катушка с током не создает поля маг- квантов, а эл-кванты своим притяжением распределяют маг-кванты по бруску асимметрично, а уже скопившиеся «избыточные» маг-кванты притягивают куски железа. При вставлении в катушку с током железного стержня, он начинает притягивать железные предметы с большей силой, нежели катушка без стержня. Это происходит Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 22 вследствие того, маг-кванты находящиеся изначально в бруске, притягиваясь эл-квантами, скопившимися на одном из концов катушек, скапливаются у этого же конца катушки и более активно притягивают железо. Сила притяжения стрежня зависит от природного «нормального» количества маг-квантов, изначально находившихся в стержне («магнитной проницаемости»). Например, в феррите, в «нормальном» состоянии, вероятно, содержится очень много маг- квантов. 18. Генрих Герц и «электромагнитные волны» Генрих Герц (1887) проводил эксперименты по передаче электрической энергии на расстояние от излучателя (передатчика) к приемнику. Он фиксировал процесс передачи- приема электрической энергии, по факту появления искр на металлических шарах приемника, при этом происходило затухание интенсивности разрядов, искр. Он отмечал, что эти колебания передатчика и приемника «не проявляли характера совершенно правильных колебаний. Их интенсивность значительно изменяется от разряда к разряду» [Герц, 1938: 67]. Указанные колебания, как представляется, происходят вследствие того, что в силу природы этого явления, все эл-кванты не могут сразу, одномоментно, попасть в один разряд электричества и передаться одной искрой, разрядом. Канал передачи искры имеет слишком малую проходимость и потому эл-кванты передаются порциями. К тому же, вероятно, эл- кванты рассредоточены по проводнику, и часть их перемешается к месту передачи разряда, уже после первого разряда. На основании колебаний интенсивности разрядов тока, Герц высказал гипотезу, согласно которой электрическая энергия превращается в некие «электрические волны» и излучается в окружающее пространство, происходит «волнообразное распространение индукции». Хотя ранее Франклин показал, что эл-кванты могут перемещаться из избыточного места в дефицитное место по воздуху, в форме излучения (импульсов) эл-квантов, невидимым глазу образом. 19. Бенджамин Франклин и передача эл-квантов на расстояние Волны, как известно, это колебания упругой среды, однако в терминах «колебаний среды» феномен «электромагнитных волн» объяснения не получил, то есть осталось не проясненным, что именно является колеблющейся средой, почему она колеблется и что «колеблет» эту среду, см., например, анализ этого феномена: [Александров, 2014]. Сами «волны», именно как «волны», приборно, экспериментально, не зафиксированы. После того как гипотеза эфира не нашла подтверждения, понятие «электромагнитные волны», судя по всему, стало метафорой, отражающей не до конца проясненный физический феномен. Эксперименты с электричеством показывают, что эл-кванты переходят от тела к телу «невидимым образом». Франклин, экспериментами с воздушным змеем, к которому Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 23 прикреплялся провод, спускавшийся к земле; а также экспериментами с установкой, в которой звенели колокольчики, когда устройство принимало по воздуху эл-кванты [Франклин, 1956: 109, 111], показал, что электрическая энергия передастся в виде невидимых, не ощущаемых частиц электрической энергии. Но это эмпирически обоснованное объяснение не было принято, и в науку ввели избыточное, эмпирические не обоснованное понятие «электромагнитные волны». Эмпирические данные дают основания полагать, что эл-кванты передаются на расстояние без контакта передающего и принимающего тела, в виде невидимого излучения эл-квантов. В качестве «волн» исследователями интерпретировались импульсы групп эл-квантов, различавшиеся количеством эл-квантов в импульсе («амплитудой»), и длительностью излучения импульсов (истолковывалась как «частота»). Передатчик излучает порции эл- квантов, а приемник их принимает. То есть, как представляется, гипотеза о существовании «электромагнитных волн» является избыточной. 20. Генрих Герц и «колебательный контур» Генрих Герц обнаружил феномен, который, по аналогии со звуковыми колебаниями, он назвал «явлениями резонанса» [Герц, 1938: 59-64]. При изменении конфигураций передатчика и приемника изменяется количество получаемых приемником эл-квантов. При этом могут быть найдены конфигурации передатчика–приемника, при которых получаемое приемником количество эл-квантов максимально. Это оптимальное соотношение конфигураций приемника и передатчика Герц назвал резонансом. В упомянутых выше опытах конфигурации приемника и передатчика были предельно просты. Если опустить детали, то можно сказать, что в качестве передатчика выступали прямая медная проволока длиной 1.0 м и толщиной 5 мм. Эта проволока накапливала электричество, а потом разряжалась импульсами эл-квантов через металлические шары в проволоку, соединенную с дефицитом эл-квантов. Это приводило к тому, что приемник, находящийся в 30 см от передатчика, принимал импульсы (порции) эл-квантов. Приемник состоял из медной проволоки диаметром 2 мм и длиной 3 м, имеющей вид квадрата. «…Опыт показывает, - отмечает Герц, - довольно наглядно, что причину, обусловливающую сильное действие, нужно искать не в соотношениях для каждой из цепей, а в одинаковости их для обеих цепей» [Герц, 1938: 62]. То есть определенная общность конструкций передатчика–приемника увеличивает количество эл-квантов, принимаемых приемником. Герц описывает феномен, который называется «колебательный контур». В его экспериментах он был составлен медными проволоками передатчика и приемника. Несколько упрощая, можно сказать, что отличительными характеристиками приемника и передатчика являлись диаметр провода и его длина. Авторы пособия для радиолюбителей указывают: «Катушки, предназначенные для приема радиовещательных станций средневолнового и длинноволнового диапазонов, Ильясов Ф. Н. Кванты электрической энергии – о концепции электричества Бенджамина Франклин 24 наматывают обычно проводом диаметром от 0,18 до 0,5 мм, коротковолновые – проводом 0,8- 1 мм, ультракоротковолновые – проводом до 3 мм» [Борисов и др., 1966: 131]. Понятие «частоты и длины волны электромагнитного излучения», как отмечалось выше, не имеют операционального определения, как нет метода их прямого физического измерения, фиксации. Метафора «волн», призвана была обозначать не вполне определенный физический феномен. Этим феноменом является процесс излучения передатчиком и получения приемником порций, импульсов эл-квантов. Исходя из гипотезы о существовании эл-квантов разного размера, можно предположить что понятие «частота электромагнитных волн» эквивалентно понятию «размер (величина энергии) эл-квантов», «высокая частота» («короткая волна») обозначает большие эл-кванты, а «низкая частота» («длинная волна») обозначает маленькие эл-кванты. Соответственно, чем большего размеры эл-кванты (чем выше «частота радиоволн»), на которые рассчитывается катушка «колебательного контура», тем более толстым проводом она должна быть намотана и тем меньше витков она должны содержать. Сгибание проволоки в катушку увеличивает «концентрацию» эл-квантов на единицу объема, тем самым усиливая совокупное поле эл-квантов катушки, и она приобретает особые свойства. Если эта логика верна, получается, самые большие эл-кванты будет излучать передатчик, состоящий из одного витка очень толстого проводника. Известно, что световые кванты, фотоны, могут разделяться на группы, различающиеся размерами квантов (количеством энергии) под воздействием определенного тела; см. подробнее [Ильясов, 2018]. Этот феномен называется дисперсией света, спектро- образованием. При прохождении белого света через стеклянную треугольную призму, он разделяется на спектр – отдельные лучи квантов «разного цвета», отличающихся величиной энергии. При прохождении через «перевернуую» линзу, «цветные кванты» света объединяются в поток фотонов белого света. Возможно феномен аналогичный разделению фотонов белого света на «цветные» фотоны меньшего размера (энергии), свойственен и эл-квантам. То есть эл-кванты, вероятно, изменяют свои размеры (объединяются, разъединяются) в зависимости от конфигурации тела (проводника) в котором они находятся. Тогда можно предположить, что в катушке с длинным и тонким проводом находятся (образуются) маленькие эл-кванты, а в катушке с кротким и толстым проводом – большие. Указанная разница в величине эл-квантов, вероятно, задается конструкцией катушек. То есть длинные катушки с тонким проводом содержат, формируют, маленькие эл-кванты (формируют излучение «низкой частоты»), катушки со средним проводом и средней длины – эл-кванты среднего размера («средней частоты»), а короткие катушки с толстым проводом – большие эл-кванты (излучение «высокой частоты»). |