Загрузка. Пожалуйста, подождите...

Независимый научно-технический портал

RSS Моб. версия Реклама
Главная О портале Регистрация
Независимый Научно-Технический Портал NTPO.COM приветствует Вас - Гость!
  • Организации
  • Форум
  • Разместить статью
  • Возможен вход через:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
Модельное представление уравнений Максвела
Физика » Новейшие исследования и открытия в физике
Модельное представление уравнений Максвела В представленной на данном сайте работе З.И. Докторовича "Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупика" проведен анализ системы уравнений Максвелла. Автор приходит к следующим выводам:...
читать полностью


» Физика » Новейшие исследования и открытия в физике
Добавить в избранное
Мне нравится 0


Сегодня читали статью (2)
Пользователи :(0)
Пусто

Гости :(2)
0
Добавить эту страницу в свои закладки на сайте »

Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупика


Отзыв на форуме  Оставить комментарий

Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупикаКак известно, теория электромагнетизма, записанная в виде системы уравнений электродинамики - "Электродинамика Максвелла", призвана дать описание всей гамме электромагнитных явлений, встречающихся в природе [1(а,б,в)]. Изначально, теория электромагнетизма Максвелла была разработана в качестве единого физико-математического описания электрических и магнитных эффектов, имевших место в опытах Фарадея, а, также, как теоретическое обоснование электромагнитной природы света, распространяющегося в пространстве в виде электромагнитных поперечных волн. Как всякая классическая теория, "Электродинамика Максвелла" обязана содержать в себе:

а) точную, единообразную, непротиворечивую физическую модель описываемых процессов, с указанием причинно-следственных связей, строго отвечающую всем известным экспериментальным данным и не приводящую к противоречиям с известными законами природы;

б) математический аппарат, строго обоснованный физической моделью, обладающий свойствами полноты и единственности решений, не противоречащий основным теоремам избранной формы реализации, дающий, без каких–либо дополнений, решения, безусловно соответствующие экспериментальным результатам.

В основе электродинамики Максвелла заложена следующая физическая модель электромагнитных процессов:

а) статические электрические заряды являются источниками статического, безвихревого электрического поля;

");

б) постоянные электрические токи являются источниками постоянного вихревого магнитного поля;

в) изменяющиеся во времени магнитные поля порождают в окружающем их пространстве вихревые электрические поля. При помещении в эти электрические поля металлической проволоки определенной конфигурации между концами проволоки возникает Э.Д.С. индукции;

г) изменяющиеся во времени электрические заряды порождают изменяющиеся во времени электрические токи, возбуждающие в окружающем пространстве переменные во времени магнитные поля. Магнитные поля, изменяясь во времени, порождают в окружающем их пространстве переменные во времени электрические поля. Электрические поля, изменяясь во времени, порождают в окружающем их пространстве переменные магнитные поля и т.д.; таким образом в пространстве, окружающем переменные во времени токи, возникает так называемая "электромагнитная волна", распространяющаяся в пространстве путем перекачки энергии из магнитного поля в электрическое и обратно (надо заметить, что в последние тридцать лет данная модель процесса распространения электромагнитных волн вытесняется из научно-технической литературы без какой-либо эквивалентной замены).

Математический аппарат электродинамики Максвелла представлен системой уравнений электродинамики Максвелла.

где: B — вектор магнитной индукции, E — вектор электрической напряженности, J — вектор плотности электрического тока, — плотность электрических зарядов, — абсолютная магнитная проницаемость среды, — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды,  — скорость света в окружающей среде.

При решении конкретных электро– и радиотехнических задач, этой системы уравнений оказалось недостаточно, вследствие чего в неё было введено дополнительное поле векторного потенциала магнитного поля - вектора A, определенного следующим образом:

что, в общем, не противоречит основной системе уравнений и позволяет дать дополнительное выражение для вектора напряженности электрического поля:

");

где: — скалярный потенциал электрического поля.

В таком виде теория электромагнетизма представлена заинтересованным специалистам имеющимися на сегодняшний день литературными источниками [1 (а, б, в), 2 (а, в)].

Однако при исследовании физической модели процесса распространения электромагнитных волн, определяющей природу световых и радиоволн, а также, методов решения задач, связанных с вычислением величины Э.Д.С. электромагнитной индукции, выявился ряд парадоксов, не устранимых в рамках теории электромагнетизма и нуждающихся в конкретном рассмотрении.

ПАРАДОКСЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА

I) Парадоксальность физической модели процесса распространения электромагнитных волн.

Как было изложено выше, распространение электромагнитных волн в пространстве осуществляется посредством взаимного преобразования изменяющегося во времени магнитного поля в электрическое, и изменяющегося во времени электрического поля в магнитное, что является основополагающим в идее электромагнетизма [1(в) т. 2 стр. 295], и определило электромагнитную природу световых и радиоволн. Однако если мы рассмотрим уравнения (1) и (2) системы уравнений электродинамики, то увидим, что для волнового решения данных уравнений, векторы E и B синфазны, т. е. энергия электрического поля и энергия магнитного поля одновременно проходят через максимум и через ноль, и, следовательно, никакого взаимного преобразования электрических и магнитных полей в пространстве и времени не происходит, что в корне противоречит самой идее электромагнетизма, как физической модели процесса распространения в пространстве электромагнитных волн. Из сказанного ясно, что в рамках электродинамики Максвелла никакой непротиворечивой физической модели процесса распространения в пространстве световых и радиоволн не существует, и природа их требует уточнения. Данную ситуацию нельзя назвать иначе, как парадоксальной.

II) Парадоксальность методики вычисления величины Э.Д.С. электромагнитной индукции.

Рассмотрим классическую методику определения величины Э.Д.С. электромагнитной индукции на примере расчета Э.Д.С. электромагнитной индукции на зажимах вторичной обмотки катушки индуктивности при протекании переменного тока в первичной обмотке катушки. Для решения этой задачи по классической методике предлагается следующая логика: под действием переменного тока, протекающего в первичной обмотке катушки индуктивности, внутри неё возникает переменный во времени поток вектора магнитной индукции B, а снаружи катушки, как следствие этого, возникает электрическое вихревое поле E. Под действием вихревого электрического поля E во вторичной обмотке катушки, размещенной в нем, течет электрический ток. Вектор плотности тока J определен согласно закону Ома в дифференциальной форме:

 

где — электропроводность материала вторичной обмотки катушки.

Из дополнительного уравнения системы уравнений электродинамики имеем:

Подставим данное выражение вектора E в выражение для вектора J:

Разделив левую и правую части полученного выражения на "" , получим:

");

Но, т.к. вторичная обмотка катушки выполнена из металла, а электропроводность металлов очень велика, то при конечной плотности тока J напряженность электрического поля Е в проводнике вторичной обмотки катушки мала, и, следовательно, левую часть уравнения можно положить равной нулю.

Тогда :

И, следовательно:

что и является искомым выражением для определения Э.Д.С. электромагнитной индукции, дающим результаты, точно совпадающие с экспериментом.

Из данной методики видно, что правильный результат получен за счет допущения равенства нулю вектора электрической напряженности E. Обоснованием этого допущения послужила высокая электропроводность металлической обмотки и конечная величина плотности тока, индуцированного в ней. Т.е., получение правильного выражения для Э.Д.С. электромагнитной индукции жестко привязано к величине проводимости материала вторичной обмотки и, следовательно, варьируя её, можно ожидать соответственного изменения величины Э.Д.С. электромагнитной индукции, чего не наблюдается на практике. В случае использования в качестве материала вторичной обмотки материалов с низкой электропроводностью задача вычисления Э.Д.С. электромагнитной индукции становится, очевидно, вообще не разрешимой, т.е. условие равенства нулю вектора электрической напряженности E является принципиальным для получения выражения Э.Д.С. электромагнитной индукции, дающего результаты, не противоречащие эксперименту. Но, как следует из предлагаемой физической модели процесса электромагнитной индукции, электрическая напряженность E является первопричиной поляризации проводника вторичной обмотки катушки, т.е. внешней воздействующей силой по отношению к ней и, следовательно, не может быть приравнена к нулю. Получение выражения для Э.Д.С. электромагнитной индукции, как реакции проводника вторичной обмотки катушки на воздействие электрического поля E, исходя из равенства вектора E нулю, вступает в неустранимое противоречие с третьим законом Ньютона и принципом причинности, что является парадоксом.

Из проведенного рассмотрения классической методики получения выражения для Э.Д.С. электромагнитной индукции следует, что в рамках электродинамики Максвелла не существует непротиворечивой физической модели, способной дать описание процессов электромагнитной индукции, а предлагаемый приём искусственен и приводит к неустранимым противоречиям с третьим законом Ньютона и принципом причинности.

Не трудно догадаться, что такое состояние физических моделей в классической электродинамике не могло не отразиться на формализации их в виде уравнений элетродинамики.

При исследовании уравнений электродинамики и методов решения полевых задач, обнаруживается пренебрежение основными положениями классической теории поля (например, утверждение об условности разделения полей на потенциальные и вихревые), что имеет место во всех общеизвестных литературных источниках (см., например [1(а)]). В результате этого допускается произвол в методах решения полевых задач, появляются решения в виде виртуальных полей, и возникает необходимость введения дополнительных калибровочных соотношений, например: калибровка Лоренца, калибровка Кулона и т. д.[1;2], без какой–либо убедительной мотивации применения той или иной калибровки, что делает применение теории непосредственно в практической деятельности проблематичным.

На основании ранее сказанного, полагаю разумным, прежде чем перейти к исследованиям уравнений электродинамики Максвелла, уточнить основные понятия классической теории поля, такие как:

1) основная задача классической теории поля;
2) определение вектора поля в классической теории поля в общем виде;
3) действие дифференциальных операторов классической теории поля на вектор поля, заданный в общем виде;
4) представление производной по радиус–вектору и полной производной по времени.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ПОЛЯ

1. Основная задача теории поля

Основной задачей классической теории поля является определение пространственного распределения векторных и (или) скалярных полей по заданному распределению источников поля в этом пространстве ("прямая" задача ).

Так же возможна постановка и "обратной" задачи, т.е. задачи определение распределения источников поля в пространстве по заданному распределению векторного поля и (или) поля скалярного потенциала в этом пространстве.

Таким образом, постановка задачи об определении распределения поля в пространстве без учета распределения источников поля бессмысленна с позиции классической теории поля в рамках основной задачи теории поля.

2. Определение вектора поля в общем виде

Из классической теории поля следует существование трех видов векторных полей:

1) градиентное поле - вектор поля является градиентом скалярного потенциала,
2) вихревое поле - вектор поля является ротором векторного потенциала,
3) смешанное поле - вектор поля является суммой градиента скалярного потенциала и ротора векторного потенциала, что сформулировано в основной теореме классической теории поля - теореме Гельмгольца [2(а;б;в;г)].

Теорема Гельмгольца

 Всякое однозначное и непрерывное векторное поле F, обращающееся в нуль в бесконечности, может быть представлено, и притом единственным образом, в виде суммы градиента некоторой скалярной функции и ротора некоторой векторной функции A , дивергенция которой равна нулю:

где: — скалярный потенциал поля F, A — векторный потенциал поля F, при условии что:

и эти интегралы предполагаются существующими [2, г].

Тогда, согласно основной задаче теории поля, для отыскания распределения поля вектора F в пространстве необходимо задать распределение в этом пространстве источников (возбудителей) поля вектора F, т.е. значения функций , составляя дифференциальные уравнения в частных производных, решением которых с соответствующими краевыми, и начальными условиями и будет поле искомого вектора F.

Очевидно, что задача однородного распределения источников поля в бесконечном пространстве, т.е. удовлетворяющая след. соотношению:

не рассматривается, как не имеющая физического смысла и приводящая к математическим парадоксам.

При решении различных прикладных задач часто используется бытующее заблуждение об условности разделения полей на градиентные и вихревые, основанное на неверной интерпретации суперпозиции вихревого и градиентного полей, имеющей место в определении вектора поля в общем виде (теорема Гельмгольца). Рассмотрим возможность подобной интерпретации. Пусть мы имеем некоторое поле вектора F, удовлетворяющее следующему условию:

Подействуем оператором " rot " на данный вектор,

 Т.к. ротор градиента тождественно равен нулю, ротор ротора A тоже равен нулю по всему пространству существования вектора A.

Подействуем оператором "div" на вектор F,

но, дивергенция ротора тождественно равна нулю, следовательно, дивергенция градиента тоже равна нулю по всему пространству существования поля градиента .

Из полученных соотношений видно, что, если разделение полей на градиентные и вихревые условно, то отвечающее этому условию векторное поле не имеет источников в пространстве существования поля и, следовательно, не является объектом классической теории поля, как не отвечающее основной задаче теории поля. Условность разделения полей на градиентные и вихревые, выполняется также при тождественном равенстве нулю поля F.

Таким образом, в рамках основной задачи классической теории поля не существует отличных от нуля полей, для которых выполнялась бы условность разделения полей на градиентные и вихревые, и, следовательно, разделение полей на градиентные и вихревые не условно, а фундаментально.

3. Действие дифференциальных операторов на вектор, заданный в общем виде

В дальнейшей росписи действий операторов на вектор, заданный в общем виде, его составляющие будут заключены в круглые скобки исключительно с целью указания на то, что заключенные в них операторы "grad" и "rot" не будут нами расписываться, а нужны только для обозначения градиентной и вихревой составляющей вектора.

а) Действие оператора "rot" на вектор в общем виде:

");

т.к.:

Т.е. после действия оператора "rot" на вектор F в общем виде результирующий вектор носит строго вихревой характер, и его величина не зависит от градиентной составляющей (grad ) вектора F.

б) Действие оператора " div " на вектор в общем виде:

т.к.:

результат действия оператора "div" на вектор в общем виде есть скаляр, величина которого не зависит от вихревых составляющих вектора F.

в) Действие оператора "rot rot" на вектор в общем виде:

Но, т.к.:

то:

Поскольку в результате действия оператора "rot rot" на вектор F под оператором остался только вектор “rot A”, имеющий строго вихревой характер, бессмысленно вводить в вектор "А" какую либо градиентную составляющую, т.к. после действия оператора "rot" она тождественно обнуляется и никак не определяется данным уравнением.

Из того, что:

следует:

Т.е. роспись оператора зависит от вида вектора, на который действует оператор, и в общем виде определяется следующим выражением:

Действие оператора набла также зависит от вида функции, на которую он действует, так:

В данном перечне приведены только действия операторов, не приводящие к тождественному нулю.

Проведенный анализ классической теории поля позволил:

1) конкретизировать постановку классической полевой задачи, отбросив задачи приводящие к математическим парадоксам и не имеющие физического смысла;

2) показать фундаментальность разделения полей на градиентные и вихревые;

3) дать точные выражения действий дифференциальных операторов классической теории поля на вектор, заданный в общем виде, из которых стало видно, что после действия дифференциального оператора классической теории поля на вектор поля, заданный в общем виде, нетривиальный результат получается только от действия оператора на соответствующую ему составляющую вектора в общем виде.

Т.е.

т.к.

т.к.

при

Из чего следует, что если уравнение задано в виде соотношения для действия на искомый вектор оператора "rot" , то из этого уравнения можно получить в качестве решения только вихревой вектор как интеграл по замкнутому контуру.

Если задано уравнение в виде действия на вектор операторов "div" или "grad div" , то из этого уравнения можно получить в качестве решения только скаляр или вектор градиентного поля.


Приложение полученных результатов исследования классической теории поля к системе уравнений электродинамики Максвелла

Рассмотрим полную систему уравнений электродинамики Максвелла для электрических и магнитных полей в вакууме с позиции основных положений классической теории поля. С этой целью перепишем полную систему уравнений для электрических и магнитных полей.

С позиции классической теории поля:

1) вектор магнитной индукции B представлен в уравнениях (5;6;8;9) данной системы уравнений, из которых видно, что вектор B носит строго вихревой характер (6;8;9), и его источники (возбудители) в исследуемом пространстве заданы уравнением (5). Т.е. поле вектора B соответствует основной задаче теории поля и может быть однозначно получено как решение данной системы уравнений после подстановки соответствующих краевых и начальных условий;

2) вектор напряженности электрического поля E, согласно уравнениям (6) и (7) данной системы, имеет отличные от нуля и дивергенцию, и ротор и, следовательно, имеет отличные от нуля вихревую и градиентную составляющие. Т.е., должен быть представлен в общем виде согласно теореме Гельмгольца (с изменением знака перед потенциальной частью):

где P — некий векторный потенциал вихревой составляющей электрического поля, физический смысл которого будет выяснен дальше.

Анализируя уравнения (5) и (6), приходим к выводу, что они дают соотношения для действий оператора " rot " на векторы полей B и E , и, как было показано ранее, нетривиальные решения этих уравнений можно получить только для векторов вихревых полей. Но, т.к. вектор E имеет и вихревую, и градиентную составляющие, то решением уравнений (5) и (6) может быть только вихревая составляющая вектора E, т.е. rotP. Градиентная составляющая вектора E может быть определена только из уравнения (7). Но, очевидно, уравнение (7) описывает только статические электрические поля или поля, распространяющиеся с бесконечной скоростью, что лишено всякого физического смысла. Отсюда следует, что система уравнений электродинамики Максвелла не содержит в себе описание нестационарных градиентных электрических полей и механизма их распространения.

Для того, чтобы убедиться в правильности подобных рассуждений, проделаем весь путь традиционного метода решения системы уравнений электродинамики.

Решение системы уравнений электродинамики

Подставим в уравнение (5) системы уравнений электродинамики вектор E в общем виде:

Уравнение (10) устанавливает связь между вектором rotB (имеющим строго вихревой характер) и векторами, составляющими правую часть уравнения (10). Однако очевидно, что в неё входят векторы имеющие как вихревой, так и градиентный характер. Но, сумма двух градиентов не может быть ротором, и, следовательно, сумма градиентных составляющих векторов, входящих в правую часть уравнения (10), равна нулю, а, значит, и не участвует в возбуждении поля магнитной индукции B. Т.е., один из основных постулатов электромагнетизма Максвелла - предположение способности изменяющегося во времени электрического поля конденсатора, имеющего в том числе и градиентную составляющую, возбуждать в окружающем пространстве магнитное поле, вступает в противоречие, в части градиентной составляющей, с фундаментальными положениями классической теории поля, являющейся на сегодняшний день основной формой записи уравнений электродинамики. Анализ литературных источников показал, что нет ни одного экспериментального подтверждения гипотезы Максвелла о возбуждении магнитного поля изменяющейся во времени градиентной составляющей электрического поля конденсатора ("Токи смещения"). Автору настоящей работы известны попытки экспериментальной проверки данной гипотезы на кафедре общей физики МГПИ им. Ленина профессором Маловым Н.Н. (ныне покойным). В результате проведенных экспериментальных исследований профессор Малов Н.Н. пришел к выводу о невозможности обнаружения магнитного поля, возбуждаемого изменяющейся во времени градиентной составляющей электрического поля конденсатора, из-за наличия магнитного поля токов, текущих по пластинам конденсатора. Всё ранее сказанное дает основание для утверждения того, что гипотеза Максвелла о возбуждении магнитного поля изменяющимся во времени электрическим полем конденсатора неверна в части градиентной составляющей, как не получившая экспериментального подтверждения и противоречащая основным положениям класси-ческой теории поля, и, следовательно, уравнение (10) нужно переписать с учетом предыдущих замечаний. Т.е.:

Из данного уравнения следует, что источником магнитного поля являются строго вихревые электрические токи J и изменяющаяся во времени вихревая составляющая (rotP) электрической напряженности E.

Необходимо также заметить, что "выпавшие" из уравнения (11) градиентные составляющие векторов J и E сохраняют свое соотношение, имеют место быть в теории электричества, но рассмотрение физических процессов, связанных с ними, выходит за рамки данной работы, как не относящееся к вопросам магнетизма непосредственно.

Из уравнения (6) полной системы уравнений электродинамики следует, что источником электрического поля E является изменяющееся во времени поле магнитной индукции B. Перепишем уравнение (6), представив вектор E в общем виде:

но , т.к.

то из уравнения (12) получаем, с учетом замечания:

Т. е., изменяющееся во времени поле магнитной индукции B является источником только вихревой составляющей (rotP) вектора электрической напряженности E. Но, согласно уравнению (9) полной системы уравнений электродинамики:

и, следовательно,

Откуда,

Т. е., вихревая составляющая (rotP) электрической напряженности E есть ничто иное, как частная производная по времени от векторного потенциала A магнитного поля, взятого с обратным знаком, имеющего строго вихревой характер. Рассмотрим основания, приведшие Максвелла к утверждению о том, что изменяющееся во времени магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Как известно, основанием для изложенного утверждения послужило появление электрического тока в цепи вторичной обмотки катушки индуктивности при протекании переменного во времени тока в первичной катушке, что наблюдалось в хорошо известных опытах Фарадея. Но, т.к. вторичная обмотка катушки индуктивности была расположена таким образом, что она не контактировала непосредственно с полем магнитной индукции В первичной катушки и, как бы, охватывала область пространства, содержащую его, а из закона Ома уже было известно, что ток в проводнике возникает под действием электрической напряженности E , то и был сделан вывод о возбуждении электрического вихревого поля E в пространстве, окружающем изменяющееся во времени поле магнитной индукции B. Сам по себе, данный вывод парадоксален уже потому, что, как известно, закон Ома выполняется только во вторичной цепи и не выполняется внутри источника Э.Д.С., т.к. в нём ток течет навстречу напряженности электрического поля, в результате действия внешних вызывающих сил неэлектрической природы, а вторичная обмотка катушки индуктивности (в указанном эксперименте) выступает в роли источника Э.Д.С. Тем не менее, получить расчетным путем значение Э.Д.С. индукции во вторичной обмотке катушки индуктивности не удалось без введения нового поля — поля векторного потенциала A, причем, как было показано раньше, результат расчета Э.Д.С. индукции в точности совпадал с измеренной величиной, при условии, что напряженность электрического поля строго равнялась нулю. Т. е., введение понятия "вихревое электрическое поле" ничего не дало для расчетного получения значения Э.Д.С. индукции, но породило парадокс, суть которого была изложена ранее. Из опыта работы с электрическими полями заряженных тел было известно, что на металлических предметах, помещенных в электрическое поле, Э.Д.С. не возникает в следствие высокой поляризационной способности металлов, обусловленной большим количество свободных носителей электрических зарядов в них. И, наоборот, если мы хотим получить Э.Д.С. на металлических предметах, то мы должны воздействовать на них некоторой силой неэлектрической природы, например: механической, тепловой, химической и т. д., под действием которой происходит разведение электрических зарядов внутри проводника, что и вызывает возникновение в нём электрической напряженности E как силы, противодействующей дальнейшему разведению электрических зарядов. Равенство внешних сил неэлектрической природы, воздействующих на электрические заряды в проводнике, и электрических внутренних противодействующих сил в нём и есть условие равновесия. Интеграл от напряженности электрического поля E внутри проводника, взятой с обратным знаком (т.к. ), по длине проводника является искомой Э.Д.С. Но, тогда, наличие Э.Д.С. на зажимах вторичной обмотки катушки индуктивности (при протекании электрического переменного во времени тока в первичной катушке) является необходимым и достаточным условием для утверждения того, что на электрические заряды в проводнике вторичной обмотки катушки при протекании электрического переменного тока в первичной обмотке действует сила неэлектрической природы. Если учесть, что электрическая напряженность по определению есть сила, действующая на единичный электрический заряд, то, с учетом ранее изложенных рассуждений, приходим к выводу, что на покоящийся электрический заряд, помещенный в переменное во времени магнитное поле, действует сила со стороны магнитного поля, равная скорости изменения во времени вектора - потенциала A магнитного поля, умноженной на величину электрического заряда, взятого с обратным знаком. Или:

где: F - сила, q - электрический заряд, A - векторный потенциал магнитного поля.

Если теперь полученное выражение для вихревой составляющей "rot P" подставить в уравнение (11), дополнив уравнением (9) из полной системы уравнений электродинамики, определяющим векторный потенциал магнитного поля, а также полученным выражением для силы, действующей на покоящиеся электрические заряды в переменном во времени магнитном поле, дописав также выражение для силы, действующей на движущиеся заряды в постоянном магнитном поле (сила Лоренца), получим полную систему уравнений магнитного поля в свободном пространстве:

или, что то же самое:

Где: A — векторный потенциал магнитного поля, J — вектор плотности электрического тока, F — сила, действующая на электрические заряды в магнитном поле, q — электрический заряд, — абсолютная магнитная проницаемость окружающей среды, c — скорость распространения магнитного поля в окружающей среде.

Полученная система уравнений (13), (14), (15), при очевидной простоте по сравнению с системой уравнений электродинамики, дает полное, непротиворечивое описание в векторной форме как распространения и распределения магнитного поля в пространстве по заданному распределению источников поля, так и всей гаммы эффектов, связанных с электромагнитной индукцией, распространением света и радиоволн, без каких–либо дополнительных соотношений, в строгом соответствии с фундаментальными положениями классической теории поля и известными законами физики.

Примеры решения прикладных задач с помощью полученной системы
уравнений магнитного поля

1. Механизм распространения магнитного поля в пространстве и перенос энергии магнитными волнами (вектор Пойнтинга).

Как известно, решением однородного волнового уравнения Даламбера в свободном пространстве для векторного потенциала магнитного поля является распространяющаяся в пространстве, окружающем источники поля, разбегающаяся, поперечная (в силу строго вихревого характера вектора A) волна запаздывающего векторного потенциала A. При удалении от первичного источника поля (передающей антенны) на расстояние, много большее размеров передающей антенны и длины волны, и размерах приемной антенны, соизмеримых с длиной волны, фронт волны воспринимается в виде плоскости, нормальной к линии "r ", проведенной от передающей антенны к приемной (линия распространения). Такие волны называются плоскими волнами и описываются следующим выражением:

где Am — амплитуда векторного потенциала магнитного поля, причем вектор A лежит в плоскости, нормальной к линии "r ".
  Рассмотрим механизм распространения поперечной магнитной волны и перенос ею энергии, для чего запишем выражение вектора Пойнтинга для электромагнитных волн, предлагаемое в рамках электродинамики Максвелла.

Где: P — мгновенная плотность потока энергии (вектор Пойнтинга), E — вектор напряженности электрического вихревого поля, H — вектор напряженности магнитного поля.

Но, как было показано раньше, вектор напряженности вихревого электрического поля E есть ничто иное, как частная производная по времени от векторного потенциала магнитного поля, взятая с обратным знаком, и, следовательно, выражение для вектора Пойнтинга надо переписать с учетом данного замечания.

Анализируя данное выражение, приходим к выводу, что распространение магнитной волны происходит за счет перекачки энергии из поля векторного потенциала A в поле вектора магнитной индукции B и т.д. Действительно, т.к. векторный потенциал для плоской волны есть периодическая функция по пространству и времени, то оператор "rot" сводится к простому дифференцированию вектора A по линии распространения (т.е. по координате "r"), и, следовательно, вектор A и вектор B сдвинуты относительно друг друга как по пространству, так и по времени на четверть периода, что и обеспечивает распространение магнитной волны в пространстве.

Подставим в полученное выражение для вектора Пойнтинга имеющееся выражение для запаздывающего векторного потенциала A плоской поперечной магнитной волны.

Тогда,

Произведя соответственные дифференцирования, получим окончательное выражение для вектора Пойнтинга плоской поперечной магнитной волны:

Где: — угловая частота, — волновой вектор,  — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды в окружающем пространстве, — абсолютная магнитная проницаемость среды в окружающем пространстве,
— скорость распространения магнитного поля в окружающей среде.

Не трудно увидеть, что полученное выражение для вектора Пойнтинга магнитной волны знакопостоянно как в пространстве, так и во времени, а, следовательно, поперечная магнитная волна, записанная таким образом, осуществляет перенос энергии в пространстве, так как интеграл за период от знакопостоянной функции, отличной от нуля, не равен нулю.

Проведенный анализ решения системы уравнений магнитного поля для плоской поперечной магнитной волны показал, что теория магнетизма дает описание поперечных радио- и световых волн более простыми средствами, чем теория электромагнетизма, но, в отличии от последней, обладает непротиворечивой физической моделью процесса распространения магнитных волн.

2. Расчет Э.Д.С. магнитной индукции во вторичной обмотке катушки индуктивности при протекании переменного во времени тока в первичной обмотке.

Как известно, при протекании электрического тока по первичной обмотке катушки индуктивности внутри и вокруг витков катушки параллельно им образуется поле векторного потенциал A , в виде замкнутых колец. В этом поле размещена обмотка вторичной катушки. Как было показано раньше, на покоящиеся электрические заряды в таком поле действует сила равная:

Под действием силы со стороны изменяющегося во времени поля векторного потенциала A происходит смещение свободных электрических зарядов внутри провода вторичной обмотки катушки индуктивности, что приводит к разведению в нем разноименных зарядов и возникновению электрической напряженности E, препятствующей дальнейшему разведению электрических зарядов. Условием равновесия, согласно третьему закону Ньютона, является равенство нулю суммы магнитной (Fм) и электрической (Fэ) сил действующих на свободные заряды в проводнике. Запишем это условие:

откуда:

 но т. к.

то внутри провода выполняется равенство:

И, следовательно, Э. Д. С. магнитной индукции равна:

Но, полученный интеграл скалярного произведения векторного потенциала A на элемент провода вторичной обмотки катушки (d1), в случае цилиндрической катушки с числом витков вторичной обмотки равной "n", есть циркуляция вектора A и, согласно теореме Стокса, может быть преобразован следующим образом:

Где: ds — бесконечно малый элемент поверхности, охватывающий элементарный поток вектора магнитной индукции dФ нормальный к нему, Ф — поток магнитной индукции.

Учитывая последнее соотношение можно получить окончательное выражение для Э.Д.С. магнитной индукции во вторичной обмотке с числом витков равным "n", возбуждаемым переменным во времени магнитным поле первичной обмоткой цилиндрической катушки индуктивности:

что хорошо известно, как закон индукции в переменном во времени магнитном поле.

Данная методика позволяет без каких либо допущений и дополнений, рассчитывать в векторной форме, различные электро- и радиотехнические устройства, опираясь на доступные физические модели процессов взаимодействия электрических зарядов с магнитным полем, основанные на фундаментальных законах классической механики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методология анализа

В данной работе в качестве критерия строгости исследуемых положений теории электромагнетизма, а также, при выводе системы уравнений магнитного поля, в основу анализа положено требование жесткого выполнения условия классического "триединства" результатов эксперимента, модели описываемого процесса и избранной формы математической записи.

При этом предполагалось что:

а) используемые при анализе результаты экспериментов не подлежат сомнению,

б) модели описываемых процессов строго согласованы с уже известными законами природы,

в) применение математического аппарата не предполагает деформацию каких–либо основополагающих принципов самого математического аппарата.

Выводы

Реализация в данной работе избранной методологии анализа позволила установить следующее:

а) в рамках теории электромагнетизма не существует никакой непротиворечивой физической модели распространения в пространстве световых и радиоволн, и природа их требует уточнения;

б) из проведенного рассмотрения классической методики получения выражения для Э.Д.С. электромагнитной индукции следует, что в рамках электродинамики Максвелла не существует непротиворечивой физической модели, способной дать описание процессов электромагнитной индукции, а предлагаемый приём искуствен и приводит к неустранимым противоречиям с экспериментом, третьим законом Ньютона и принципом причинности;

в) методы решения уравнений Максвелла предполагали широкое использование неоднозначностей в определении векторных полей и их потенциалов, якобы существующих в классической теории поля, что приводило к неограниченному "размножению" калибровочных соотношений, в корне противоречащих основным положениям классической теории поля и затрудняющих использование системы уравнений электродинамики в практической деятельности;

г) введенное Максвеллом в обращение вихревое электрическое поле породило неустранимые противоречия физических моделей процессов распространения электрического и магнитного полей и их взаимодействия с привнесенными физическими объектами, с экспериментальными результатами, математическим аппаратом теории поля, третьим законом Ньютона и принципом причинности,

д) различия между электрическим и магнитным полями в классическом случае фундаментальны:

1) электрическое поле имеет строго градиентный характер, т.е.:

2) магнитное поле полностью описывается с помощью векторного магнитного потенциала A и имеет строго вихревой характер, т.е.:

е) теория электромагнетизма, иначе называемая электродинамикой Максвелла, содержит в себе для описания электрического поля только систему уравнений электростатики:

и не представляет никакой информации о динамике электрического поля. Этот вопрос нуждается в дополнительной проработке.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.
а) И. Е. Тамм. “Основы теории электричества”, "Наука" 1976г.
б) Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. “Теория поля”, "Наука" 1973г.
в) И. В. Савельев. “Курс общей физики”, "Наука" 1978г.
2.
а) Б. М. Яворский, А. А. Детлафф. “Справочник по физике”, "Наука" 1979г.
б) Г. Корн и Т. Корн. “Справочник по математике для инженеров и научных работников” (перевод с анг-лийского), "Наука" 1978г.
в) А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. "Уравнения математической физики", "Наука" 1972г.
г) Ли Цзун - дао, “Математические методы в физике”, “Мир”1965г. (“Mathematical methods of physics”. A course of lectures given at the Columbia University by T. D. LEE Professor of Physics. Columbia University, New York.)

Автор: З.И. Докторович

Разместил статью: balledvision
Дата публикации:  25-09-2008, 16:23

html-cсылка на публикацию
⇩ Разместил статью ⇩

avatar

З.И. Докторович

 Его публикации 


Нужна регистрация

Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию
Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!

Модельное представление уравнений Максвела
В представленной на данном сайте работе З.И. Докторовича "Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупика" проведен анализ системы уравнений Максвелла. Автор приходит к следующим выводам:...

Дешевый топливный газ и водород из водных фекалийных растворов. Эффективное получение водорода из воды с помощью капиллярного электроосмоса жидкостей
В статье обсуждается новое перспективное научно- техническом направление водородной энергетики- новейшая электрокапиллярная технология получения н2 и топливных газов. В ее основе заложен экспериментально апробирован новый электрофизический эффект интенсивного “холодного” испарения и диссоциации водно-органических растворов в топливные газы в сильном электрическом поле. Открытый эффект является физической основой многих новых “прорывных” технологий в топливной и...








 
Hаписал: Pavel_Merkel, Комментариев: 23, Новостей: 6 | ссылка на данный комментарий
Т.е. вывод: все правильно, но что-то не правильно. Все правильно!
Коментирование через Мой мирmailru не работает. Опять подсунули не отлаженную библиотеку?
цитировать


Hаписал: Gennadiy, Комментариев: 0, Новостей: 0 | ссылка на данный комментарий
У автора большие проблемы с математикой. Откровенно делать выводы на пустом месте и называть белое черным. Особенно красиво про синфазность E И B якобы вытекающее из уравнений Максвелла (да засуньте туда синус и посмотри на "хренфазность")... и так далее по тексту. Конечно многие теряются видя такие страшные математические кульбиты, но написаное словами не соответствует примененному векторному математическому апарату. Зачем вводить людей в заблуждение?
цитировать


Hаписал: Densin, Комментариев: 3, Новостей: 0 | ссылка на данный комментарий
На мой взгляд, как практика, существенно расчеты упрощает для прикладных несложных разработок. Без всех этих "эмпирических затычек" - поправок - коэффициентов... Надо будет проверить на расчет противо ЭДС, "эффекте Ленца". Благо моторчики под рукой есть, несколько типов, с известными параметрами. Как реальные импедансы роторов и статоров, индукция постоянных магнитов и все такое.
В принципе, несложно все это загнать в Маткад, сравнить реально.
В этом концепте есть один "баг". НЕТ разноименных электрических зарядов. Есть их избыток и недостаток. Если выкинуть эту "сущность", все намного упрощается и становится понятным. Но для этого надо заодно признать, что "пустоты и дальнодействия" не существует. Статическое электричество (эффект) присутствует как в любой точке планеты, так и в ближайшем космосе. "Диск Фарадея" так же работает в космосе, даже еще эффективней. Как говорил Тесла, "энергия вокруг нас". Если изобразить любой "вихрь", чего то покрутить, то это взаимодействие сразу проявляется. Инерция, гравитация и пр.
цитировать


Оставьте свой комментарий на сайте

Имя:*
E-Mail:
Комментарий (комментарии с ссылками не публикуются):

Ваш логин:

Вопрос: (3+3)/2=?
Ответ:*
⇩ Информационный блок ⇩

Что ищешь?
⇩ Реклама ⇩
Loading...
⇩ Категории-Меню ⇩
  • Новейшие исследования и открытия в физике
  • Альтернативная физика
  • Полезная информация для студентов
⇩ Интересное ⇩
О природе электромагнетизма. Аннотация

О природе электромагнетизма. Аннотация Статья была написана по результатам многочисленных опытов и экспериментов автора с электромагнитными аппаратами – трансформаторами и…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
A method for the production of thermosetting polymeric composites

A method for the production of thermosetting polymeric composites Producing polymeric composites (PCMs) is extremely expensive and the technology is temperature and time dependent. This work presents an approach for…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
Новое об излучениях сотового телефона (сенсация или ошибка?)

Новое об излучениях сотового телефона (сенсация или ошибка?) О вредном влиянии электромагнитных полей (ЭМП) на функциональное состояние организма человека ученые знали давно. Однако, серьезные исследования в…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
Путь к комнатной сверхпроводимости

Путь к комнатной сверхпроводимости В природе всё устроено гораздо проще, чем предполагает человек в своём мышлении. К примеру, все мучаются вопросом,- что такое сверхпроводимость?…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
Волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса

Волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса Устройство относится к области квантовой электроники. Полностью волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса содержит лазер накачки,…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
О кольце Мёбиуса. Часть 1.

О кольце Мёбиуса. Часть 1. Это небольшой очерк о малоизвестных сюрпризах, которые встречаются при изучении геометрии ленты Мёбиуса. В литературе встречается несколько…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
Машина времени. Механизм перемещения в пространстве и времени

Машина времени. Механизм перемещения в пространстве и времени Роман Герберта Уэллса "Машина времени", как сейчас становится понятным, внедрил в сознание многих людей идею о реальности проекта создания…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
О кавитационных эффектах в теплогенераторах

О кавитационных эффектах в теплогенераторах В последние годы появилось много сообщений о высокоэффективных кавитационных теплогенераторах. Авторами проектов декларируется, что на каждый…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
Наблюдение шаровой молнии в экспериментах с плазмой

Наблюдение шаровой молнии в экспериментах с плазмой Приведены результаты исследования фрактальной плазмы, которая имеет особенную структуру и представляет собой системы вложенных сопряженных конусов.…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
Почему компьютеры опасны для здоровья и как их сделать безопасными

Почему компьютеры опасны для здоровья и как их сделать безопасными Авторы предлагают новую концепцию создания биологически безопасных электронных устройств – компьютеров, телевизоров, мобильных телефонов. Новая…
читать статью
Новейшие исследования и открытия в физике
⇩ Вход в систему ⇩

Логин:


Пароль: (Забыли?)


 Чужой компьютер
Регистрация
и подписка на новости
⇩ Ваши закладки ⇩
Функция добавления материалов сайта в свои закладки работает только у зарегистрированных пользователей.
⇩ Новые темы форума ⇩
Stature squalid product prescription
Pecking order tight-fisted issue medicament
Pre-eminence tight-fisted output hallucinogenic
Status tight-fisted upshot instruction
Status disreputable product instruction
Guideline tight-fisted upshot instructions
Guideline stingy upshot instruction
Stature stingy product redress
Единый алгоритм эволюции Вселенной
Stature cheap issue instruction
⇩ Каталог организаций ⇩
- Добавь свою организацию -
Страна Заборов
Ингардия
Амтек Окна Киев
Отличная СПЕЦОДЕЖДА №1 - одежда для РЫБАЛКИ, ОХРАНЫ, ТУРИЗМА и ОХОТЫ
Детский Центр ЛОГОС
⇩ Комментарии на сайте ⇩

  • Ulibka 22.04.2016
    Схема электронного стабилизат ... (2)
    Ulibka-фото
    Добрый день, можно у Вас готовую плату заказать/купить

  • filin 09.04.2016
    Гравитация имеет электромагнит ... (10)
    filin-фото
    Ошибочно считать, что гравитация имеет полностью электромагнитное явление. Интересно при этом мы могли бы например наблюдать перемещение планет от звезды к звезде, если например произошло поляризация систем как при электрическом токе. А как тогда объясните наличие гравитации на марсе и ее только частичное слабое магнитное поле? Все дело не в поле, а во взаимосвязи планет и систем. Искать ответ нужно в пространстве. 

  • Substantia_Substance 08.03.2016
    Судьба пионерских изобретений ... (27)
    Substantia_Substance-фото
    В поисковике наберите \"О критике и критиках безопорного движения\" или \"Безопорное движение: семь доказательств\" и многие вопросы снимутся, но новые появятся:
    - а что теперь делать с ракетами, самолётами, автомобилями?
    - а что делать с наукой?
    - а что делать с теми комментариями, которые появятся здесь, прежде чем будут открыты ссылки на сайты.
     
     

  • Александр1 23.02.2016
    Необычная модель вечного двига ... (8)
    Александр1-фото
    Привет! Посмотрев данную модель генератора, увидел как его можно доработать. 
    Реализация первой демонстрационной модели будет не столь затратна.

  • Pavel_Merkel 17.02.2016
    Периодическая таблица химическ ... (7)
    Pavel_Merkel-фото
    Пользуюсь mendeleev 2, увы ссылки писать нельзя. Вот такую бы с переключением вариантов ... было бы самый ништяк.

  • Dgobs 11.02.2016
    Вселенная. Тёмная материя. Гр ... (3)
    Dgobs-фото
    Как то притянуто все это,честно говоря.

    Господа, верну вас с облаков бесконечных рассуждений.. Так что было в начале все таки? 0 или минус?

  • nookosmizm 30.01.2016
    Вселенная, материя, гравитация (1)
    nookosmizm-фото
    Электромагнитные волны распространяются в пустоте и в газовых средах. Так что все эти измышления о пустоте изначальной не состоятельны, т.к. безконечный космос заполнен безконечными ЭМВ. которые распространяются  в космосе безконечное время. То есть время, пространство и ЭМВ существуют изначально.

  • nookosmizm 30.01.2016
    Вселенная. Тёмная материя. Гр ... (3)
    nookosmizm-фото
    Всё это бредни о создании вселенной из ничего или из большого взрыва. Взрывы во вселенной происходят постоянно в разных её частях. Космос (вселенная) существуют изначально как и время, как и электромагнитные волны, которыми заполнено всё космической пространство. Именно ЭМВ являются единственными источниками энергии. движения. творцом материи и самой жизни на многочисленных планетах космоса.  изучайте Ноокосмизм.

  • nookosmizm 30.01.2016
    Новая теория мироздания - прир ... (1)
    nookosmizm-фото
    Чем сложнее теория, тем большая вероятность её ложности, т к. всё гениальное - просто. Источником гравитации является атом. изучай \"Ноокосмизм\"

  • Olya 16.01.2016
    Цифровая полиграфия (1)
    Olya-фото
    Спасибо! Полезная очень статья!
    Оперативность типографии BravoPrin - это один из преимущественных факторов , который свидетельствует о пользе цифровой полиграфии.
    Сама убедилась в этом. Когда обратилась к их услугам
    Очень доступные цены, индивидуальные подход к  каждому клиенту , безупречное исполнение заказов!

⇩ Топ 10 авторов ⇩
miha111
Публикаций: 1422
Комментариев: 0
pi31453_53
Публикаций: 9
Комментариев: 0
volodia.roshin
Публикаций: 3
Комментариев: 1
Yuri_Solo
Публикаций: 1
Комментариев: 0
Igor_Dmytriv
Публикаций: 0
Комментариев: 0
barmost
Публикаций: 0
Комментариев: 0
Ramallfelp
Публикаций: 0
Комментариев: 0
Eniliomob
Публикаций: 0
Комментариев: 0
DosephBiag
Публикаций: 0
Комментариев: 0
RamdallPt
Публикаций: 0
Комментариев: 0
⇩ Лучшее в Архиве ⇩

Нужна регистрация
⇩ Реклама ⇩

Внимание! При полном или частичном копировании не забудьте указать ссылку на www.ntpo.com
NTPO.COM © 2003-2019 Независимый научно-технический портал (Portal of Science and Technology)
Содержание старой версии портала
  • Уникальная коллекция описаний патентов, актуальных патентов и технологий
    • Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электроэнергии
    • Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения тепловой энергии
    • Двигатели, работа которых основана на новых физических или технических принципах работы
    • Автомобильный транспорт и другие наземные транспортные средства
    • Устройства и способы получения бензина, Дизельного и других жидких или твердых топлив
    • Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза
    • Насосы и компрессорное оборудование
    • Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки
    • Устройства и способы переработки и утилизации
    • Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов
    • Инновации в медицине
    • Устройства, составы и способы повышения урожайности и защиты растительных культур
    • Новые строительные материалы и изделия
    • Электроника и электротехника
    • Технология сварки и сварочное оборудование
    • Художественно-декоративное и ювелирное производство
    • Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла
    • Подшипники качения и скольжения
    • Лазеры. Лазерное оборудование
    • Изобретения и технологии не вошедшие в выше изложенный перечень
  • Современные технологии
  • Поиск инвестора для изобретений
  • Бюро научных переводов
  • Большой электронный справочник для электронщика
    • Справочная база данных основных параметров отечественных и зарубежных электронных компонентов
    • Аналоги отечественных и зарубежных радиокомпонентов
    • Цветовая и кодовая маркировка отечественных и зарубежных электронных компонентов
    • Большая коллекция схем для электронщика
    • Программы для облегчения технических расчётов по электронике
    • Статьи и публикации связанные с электроникой и ремонтом электронной техники
    • Типичные (характерные) неисправности бытовой техники и электроники
  • Физика
    • Список авторов опубликованных материалов
    • Открытия в физике
    • Физические эксперименты
    • Исследования в физике
    • Основы альтернативной физики
    • Полезная информация для студентов
  • 1000 секретов производственных и любительских технологий
    • Уникальные технические разработки для рыбной ловли
  • Занимательные изобретения и модели
    • Новые типы двигателей
    • Альтернативная энергетика
    • Занимательные изобретения и модели
    • Всё о постоянных магнитах. Новые магнитные сплавы и композиции
  • Тайны космоса
  • Тайны Земли
  • Тайны океана
Рейтинг@Mail.ru