Томилин А. К. Основы обобщенной электродинамики



Скачать 144.96 Kb.
Дата25.03.2016
Размер144.96 Kb.
ТипКнига
Томилин А.К.

Основы обобщенной электродинамики.
2009. - 129 с.: ил.

В монографии приведены и проанализированы исторические эксперименты Ампера и современных авторов, подтверждающие физическое проявление про- дольного электромагнитного взаимодействия. Получен обобщенный закон, включающий поперечную и продольную компоненты магнитной силы. Исследованы энергетические соотношения в электродинамике. Построена теория, учитывающая как вихревую, так и потенциальную природу электромагнитного поля. Показано, что, кроме поперечных, физически содержательными являются также и продольные электромагнитные волны. Затрагиваются некоторые фундаментальные вопросы естествознания, связанные с организацией материи.

Книга рассчитана на научных работников, инженеров, преподавателей, аспирантов и студентов.
 Томилин А.К., 2009

Содержание
Предисловие к электронному изданию…………………….……………….4

Предисловие автора…………………………………………………………..5

Введение………………………………………………………………...……..7

I. Обобщенная магнитостатика

1. Проблема электромагнитного взаимодействия………………………….9

2. Теоретические основы обобщенной магнитостатики………………….17

3. Магнитное поле прямолинейного тока……………………………….....20

4. Обобщенный закон электромагнитного взаимодействия……………...27

5. Замечание о понятии «магнитное поле»………………………………...34

6. Скалярное магнитное поле электрических систем……………………..38

7. Воздействие магнитного поля на вещество……………………………..50

8. Эксперименты и природные явления……………………………………52

II. Обобщенная электродинамика

9. Электронная теория………………………………………………………61

10.Безвихревая электромагнитная индукция….……………………………64

11.Система дифференциальных уравнений обобщенной


электродинамики………………………………………………………….74

12.Обобщенный закон сохранения энергии электромагнитного поля…...78

13.Граничные условия……………………………………………………….79

14.Симметрия и инвариантность……………………………………………83



III. Обобщенная теория электромагнитного поля

15.Волновые уравнения……………………………………………………...93

16.Продольные электромагнитные волны………………………………….95

17.Продольные эл-магн. волны в квантовой электродинамике ….……...104

18.Квазистационарное электромагнитное поле…………………….…….106

19.Электромагнитные волны в диэлектрике……………………….……...109

20.Плоские электромагнитные волны в диэлектрической среде……...…110

21.Распространение эл-магн. волн в электропроводной среде …..…...…113



Заключение………………………………………………...……………117

Литература………………………………………………………….…...125
…………………………………………………………………………………………………..
8. Эксперименты и природные явления
Cокращенно (vev).

Полный текст http://www.spbstu.ru/public/m_v/N_017/Tomilin_01.pdf

В публикациях Николаева Г.В. [16-17] описано несколько десятков экспериментов и устройств, в которых проявляется продольная магнитная сила. Приведем несколько новых экспериментов, однозначно подтверждающих гипотезу о существовании продольного электромагнитного взаимодействия.



В первом эксперименте Томилина А.К. и Асылканова Г.Е. [28] изучается движение прямолинейного проводника с током в поле магнита Николаева (МН). Над разрезом МН при помощи непроводящих нитей подвешивается прямолинейный электропроводный немагнитный (медный) прямолинейный стержень (рис. 33а). К его середине, расположенной над центром магнита, подводится гибкий проводник, соединенный с одним из полюсов постоянного источника тока.
j
N
j j

S


Рис. 33а

N

F *

F *



j
H *

j

H *


S

Рис. 33б


Оба конца подвешенного проводника соединяются с другим полюсом источника тока. Гибкие проводники, подведенные к концам медного стерж- ня, располагаются по его продолжению. При этом горизонтальный линейный проводник значительно длиннее диаметра МН. В левой и правой частях под- вешенного проводника текут взаимно противоположные токи. При замыкании цепи проводник движется вдоль разрезов магнита, т.е. вдоль токов, текущих в нем. Так как система в момент включения тока была симметричной, остается предположить, что на одной половине проводника возникает сила направленная по току, а на другой против тока. Этот результат совпадает с выводом, вытекающим из предложенной теории, и подтверждает гипотезу о существовании продольной магнитной силы. На рис. 33б показаны действующие на проводник продольные силы с учетом направления токов и знаков СМП, наблюдаемое в эксперименте движение проводника происходит именно в этом направлении.

Заметим, что в случае, изображенном на рис. 33, на вертикально распо-



ложенный проводник действует поперечная сила Ампера. Нетрудно опреде-

лить, что она направлена противоположно силе

F * , то есть она противодей-

ствует наблюдаемому движению проводника. Следовательно, поперечная си- ла, действующая на вертикальный проводник, не является причиной наблю- даемого движения. Кстати, эта поперечная сила довольно мала, так как обычное магнитное поле, создаваемое на оси МН его половинками, вблизи поверхности магнита компенсируется.

Аналогичный эксперимент можно провести с использованием двух пло- ских магнитов (рис. 34а). СМП такой магнитостатической системы изобра- жено на рис. 23. Магниты следует несколько раздвинуть, чтобы в простран- стве между ними векторные магнитные поля компенсировались, и дейст- вующая на вертикальный провод поперечная сила была минимальной.


j

S

j N j
Рис. 34а
Следующий эксперимент с магнитной парой представлен на рис. 34б. Линейный проводник с однонаправленным током подвешивается на нитях над торцевым разрезом магнитной пары. При пропускании по проводнику тока, он совершает продольное движение. С изменением направления тока в проводнике направление его движения изменяется на противоположное. Ин- тересно заметить, что при повороте магнитной пары вокруг вертикальной оси y на 1800 направление движения проводника при том же направлении тока в нем не изменяется. Это происходит, потому что знак СМП, созданного маг- нитами в области проводника, при таком их повороте сохраняется. Чтобы изменить знак СМП, магнитную пару следует повернуть вокруг одной из

центральных горизонтальных осей x или y.

y y

F * F *

j j

S x N S z
N
z x

б) в)

Рис. 34


Если повернуть магнитную пару вокруг вертикальной оси на 900, так, чтобы проводник оказался в плоскости yz (рис. 34в), при том же направлении тока в нем, он движется в обратном направлении (на рисунке против тока). Это объясняется тем, что магниты имеют определенную толщину, поэтому каждый из них следует моделировать двумя параллельными контурами. Это

приводит к образованию на каждом торце магнитной пары СМП сложной конфигурации, включающей положительную и отрицательную компоненты (рис. 34.г). В случае, представленном на рис. 34в проводник находится в области отрицательного СМП.



Н *

y

Н *
Н *




N S z


x
Рис. 34 г

Второй эксперимент Томилина А.К. и Асылканова Г.Е. [28]. Над маг- нитом Николаева подвешивается тонкое кольцо из немагнитного металла (рис. 35а). Точки, расположенные на диаметре, перпендикулярном к линии разреза, соединяются с противоположными полюсами источника тока. При замыкании цепи по кольцу текут полукольцевые токи. При этом кольцо при- ходит во вращательное движение в своей плоскости. Если подводка тока осуществляется при помощи гибких проводников, закрепленных на кольце, то эффект можно наблюдать только при кратковременном замыкании цепи.





j

j j j

N

S

F *

N

H *


S
H *
F *



а) б)

Рис. 35
На рис. 35б видно, что за счет продольного электромагнитного взаимо- действия создается пара сил, приводящая кольцо во вращение. Если обеспе- чить электрический контакт при помощи щеток, то кольцо будет вращаться. В этом случае полностью исключается передача кольцу импульсов попереч- ных сил, действующих на подводящие проводники при любом их располо- жении. Эта идея использована нами для создания электродвигателя (генера- тора) нового типа с использованием продольного электромагнитного взаимо- действия.



Принципиальная схема генератора (эксперимент Томилина А.К. и Ту- пицына О.В. [28]) представлена на рис. 36.


N N


S S

Рис. 36


В качестве индукторов используются два магнита Николаева. Магниты устанавливаются и закрепляются в коллинеарных плоскостях, линии распи- лов располагаются параллельно друг другу. Между магнитами коллинеарно их плоскостям располагается ротор, представляющий собой диск, изготов- ленный из диэлектрического материала с электропроводным немагнитным ободом. Обод контактирует со щетками, расположенными в диаметрально противоположных точках на линии, перпендикулярно скрещивающейся с линиями распилов МН. Щетки соединяются с прибором, регистрирующим электрический ток (микроамперметр, осциллограф).

При вращении ротора вокруг своей оси прибор регистрирует постоян- ный ток. В проведенном эксперименте медное кольцо вращалось со скоро- стью 2700 об/мин., при этом регистрировался постоянный ток в 10 мкА.

Принципиальное отличие этого генератора от существующих заключа- ется в том, что здесь не применим обычный закон электромагнитной индук- ции, так как при вращении ротора вокруг оси, перпендикулярной его плоско- сти, поток магнитной индукции, пересекающий проводящий обод, не изме- няется. Этот же принцип можно использовать для создания электродвигате- ля, работающего на основе продольного электромагнитного взаимодействия.

Эксперимент Томилина А.К. и Смагулова А.Е. [28]. В Ш-образную стеклянную трубку, заливается электропроводная жидкость – ртуть. Средний электрод соединяется с положительным полюсом источника постоянного то- ка, а крайние подводятся к отрицательному полюсу. Плоские прямоуголь- ные магниты устанавливаются в горизонтальной плоскости симметрично относительно середины трубки (рис. 37а). При проведении эксперимента ис- пользовались постоянные магниты, изготовленные из сплава «Железо- Неодим-Бор», создающие сильное магнитное поле.

N


*
F j j
h H *
j N B

S

S j


F *

H *




а) б)

Рис. 37
До замыкания электрической цепи мениски ртути во всех вертикальных трубках находятся на одинаковом уровне. При замыкании цепи уровень ртути в вертикальных трубках сосуда резко изменяется. В случае располо- жения магнитов как показано на рис. 37, в правой трубке мениск поднимает- ся, а в левой – опускается. Если при том же расположении магнитов изме- нить полярность всех электродов на противоположную, наблюдается обрат- ный эффект. В отсутствие магнитов при пропускании тока ртутные мениски остаются на одном уровне.

Попытаемся объяснить этот эффект действием обычной поперечной си- лы Ампера на ртуть в горизонтальной трубке. Действительно, такая сила возникает за счет взаимодействия вертикальной составляющей тока (она имеется в основании средней вертикальной трубки) с горизонтальной состав-

ляющей магнитной индукции. Горизонтальная составляющая вектора B изо- бражена на рис. 33б с учетом направления токов, моделирующих магниты. В таком случае сила Ампера направлена в левую сторону, что должно при- вести к поднятию ртути в левой трубке и опусканию – в правой. В экспери- менте же при расположении магнитов как показано на рис. 37 наблюдается противоположный эффект. Следовательно, объяснить результат опыта, опе- рируя обычной поперечной силой Ампера невозможно.

Этот эксперимент можно использовать для оценки величины индукции

СМП В*. Измерив разность высот ртути в крайних трубках (в нашем экспе-


рименте

h  0,01м ), не трудно определить объем

1 Sh

поднятого столба



жидкости (S площадь поперечного сечения трубки), а затем и силу тяжести

g1

ртути, находящейся в нем. Ее следует приравнять продольной магнит-



ной силе, действующей на объем ртути в горизонтальной трубке 2 :

*
jВ 2 g1 . (8.1)

При этом

2 Sl , где l - длина горизонтального участка трубки, на ко-

тором действует СМП. Поскольку действующее СМП неоднородно, это рас- стояние можно определить лишь оценочно. В проведенном эксперименте

принято

l  0,025 м,

S 5 105

м2. Из формулы (8.1) получим:



B*

gSh , (8.2)

Jl



где

J jS

- сила тока, пропускаемого в ртути ( J  2 А). Оценочные расчеты

привели к результату:

B* 1,35 Тл








Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница