 |
7.4. Влезай – не убьёт!
|
|
|
|
Много пришлось потрудиться нескольким поколениям экспериментаторов, чтобы прийти к выводу: электрические явления обусловлены не флюидами какими-нибудь, а частицами вещества, которые являются носителями особого свойства – электрического заряда.
Но что такое электрический заряд, физике до сих пор неизвестно. Здесь физика ведёт себя как медицина, которая работает с симптомами, а причины заболевания не понимает. Заряженные частицы ведут себя так, как будто оказывают друг на друга силовые воздействия, которые худо-бедно описаны математически. Но откуда они физически берутся? Нам объясняют:
- Каждым зарядом порождается электромагнитное поле. А уж поле действует на заряды на расстоянии.
– А как действует-то? Почему оно тянет?
- А просто тянет, и всё. Свойство такое!
Сравните этот лепет с концепцией «цифрового» физического мира. Согласно ей, электрические заряды не оказывают друг на друга никакого физического воздействия – ни непосредственного, ни через придуманное поле. Потому что электрические заряды – это просто метки для пакета программ, который рулит частицами, имеющими эти метки, и обеспечивает всё то, что называется электромагнитными взаимодействиями. Эти метки (двух типов) физически организованы до смешного просто. Но такая метка у частицы либо есть, либо её нет. Зарядов, дробных от элементарного, которые приписывают кваркам, в Природе не бывает!
Но, опять же, мы обещали убийственные экспериментальные факты.
Вот, считается доказанным, что электричество в металлах переносится свободными электронами. Это правда, но это далеко не вся правда. В лучших проводниках, даже при предельных токах, скорость продвижения роя свободных электронов не превышает нескольких миллиметров в секунду [М. И. Каганов. Электроны, фононы, магноны. «Наука», М., 1979.; Р. В. Поль. Учение об электричестве. «Физматгиз», М., 1962].
|
|
|
Теперь представьте: длинная двухпроводная линия, к дальним выводам которой присоединён разряженный конденсатор. А на ближние выводы мы вдруг подаём постоянное напряжение. Хорошо известно: после этой подачи напряжение на конденсаторе (уменьшенное из-за падения напряжения на линии) появится молниеносно – спустя время, равное длине линии, делённой на скорость света. Конечно, это молниеносное напряжение обеспечивается не притоком-оттоком свободных электронов, которые движутся с черепашьей скоростью. Приток-отток электронов, дающий настоящую, силовую зарядку конденсатора, происходит за время, совсем не зависящее от длины линии. Это время есть произведение омического сопротивления цепочки на ёмкость конденсатора. Чем больше ёмкость, тем, при той же цепочке, дольше заряжается конденсатор! Тогда какими же носителями электричества обеспечивается появление напряжения «со скоростью света»? Причём, ведь на одной пластине конденсатора появляется отрицательное электричество, а другой – положительное!
Вы скажете, что в металлах нет мобильного положительного электричества? Ошибаетесь! Вот – замечательное явление: эффект Холла. При прохождении тока через образец в поперечном магнитном поле заряды обоих знаков сносятся к одной и той же грани образца, поэтому через холловскую разность потенциалов любят определять, носители какого знака доминируют в том или ином образце. И вот, есть металлы (например, цинк и кадмий), в которых доминирует мобильное положительное электричество. Заметьте, доминирует – это аномалия. А когда мобильное положительное электричество в металле не доминирует, но всё-таки есть – это норма!
|
|
|
Прежде чем сказать, что же оно собой представляет, вспомним ещё про полупроводники. У них доминирование мобильного положительного электричества встречается в доброй половине случаев. Долго думали физики, что же это за свободные частицы с положительным зарядом, которые мельтешат в твёрдых телах. Хотя, что тут думать: нет в твёрдых телах таких частиц. Корифеи это прекрасно понимали, поэтому договорились называть как бы свободный как бы носитель положительного электричества высоконаучным термином «дырка». Непротиворечивого определения того, что такое «дырка», мы нигде не нашли. Вся теория «дырочной проводимости» строилась по принципу: «чтобы объяснить вот это, нужно сделать вид, что мы забыли вон про то, и наоборот».
А до жизни такой дошли из-за того, что думали: раз носителями электричества являются заряженные частицы, то для переноса электричества непременно требуется перенос вещества. Отнюдь: электричество отлично переносится без переноса вещества – с помощью связанных в атомах зарядов. Эту тему физика откровенно прошляпила из-за своих никуда не годных представлений об атомных структурах. Теоретики же полагают, что электроны и протоны, входящие в состав атомов, имеют свои заряды постоянно. И якобы каждый с каждым постоянно взаимодействует. Только этот подход отчего-то не даёт разумной физической модели устойчивых атомных структур, так что здесь потребовались мутные квантово-механические подпорки.
А в «цифровом» физическом мире всё гораздо прозрачнее. Каждый атомарный электрон связан только с одним протоном ядра благодаря работе специального алгоритма, который «подвешивает» их на конкретном расстоянии друг от друга. Механизм формирования этой связки «протон-электрон» подразумевает, что их электрические заряды попеременно отправляются в небытие: когда есть заряд протона, нет заряда электрона, и наоборот. Если оба они находятся в бытии в течение своих полупериодов этого циклического процесса, то в среднем заряд связки «протон-электрон» является нулевым.
Но у некоторых связок «протон-электрон» (конкретно – у валентных) допускается сдвиг этого равновесия. Скажем, заряд электрона находится в бытии треть периода, а заряд протона – две трети. Тогда в связке «протон-электрон» имитируется ненулевой электрический заряд. Это явление мы называем «зарядовым разбалансом». Имитированные таким образом заряды участвуют в электромагнитных взаимодействиях, как и обычные заряды. На внешние воздействия свободные заряды откликаются своими подвижками, а связанные – зарядовыми разбалансами. Причём зарядовый разбаланс может быть передан с одного атома на другой и так далее. Вот вам и перенос электричества без переноса вещества.
|
|
|
Модель зарядовых разбалансов оказалась базовой для понимания физики множества электрических явлений. Эта модель помогла дать наконец разумное объяснение ослабления электрического поля в объёме диэлектрика, ведь традиционные представления о выстраивании молекулярных диполей против внешнего поля не выдерживают никакой критики.
Модель зарядовых разбалансов помогла объяснить, наконец, различия в электропроводности у металлов, полупроводников и диэлектриков – и дать, наконец, правдоподобную теорию электрического пробоя твёрдых диэлектриков. Она дала качественное объяснение феноменам пьезоэлектричества и сегнетоэлектричества. Она позволила дать, наконец, разумное объяснение явления намагниченности.
На намагниченности мы остановимся особо. С некоторых пор её считают результатом упорядочивания собственных магнитных моментов электронов, т. н. спинов. Понятие спина электрона было введено чисто формально, чтобы связать концы с концами в атомной спектроскопии. Но придумка оказалась настолько удачной, что теоретики сваливают на спин электрона ответственность за всё, что только можно; не имея для спина никакой физической модели и прекрасно зная, что у свободного электрона спин никак не проявляется на опыте. Поэтому можно смело сказать, что в ортодоксальной физике нет объяснения намагниченности.
А у нас оно есть. Магнитное действие порождается токами, т. е. упорядоченными движениями электричества. Но в постоянном магните не могли бы годами циркулировать свободные электроны – из-за потерь на джоулево тепло. А при переносе электричества зарядовыми разбалансами потерь на джоулево тепло нет! Создайте в образце циркуляцию зарядовых разбалансов, вот вам и постоянный магнит. У металлов такое возможно из-за важной особенности их структуры. Атомы металлов имеют минимальные количества валентных электронов; недостаточные, чтобы построить кристаллическую решётку на стационарных химических связях с соседями. Поэтому кристаллическая структура металлов является динамической. Она держится на переключаемых химических связях. При высокой упорядоченности этих переключений можно говорить о миграциях химических связей в образце. Намагничивающее поле порождает миграции зарядовых разбалансов вместе с миграциями химических связей по замкнутым цепочкам атомов. Убрали намагничивающее воздействие, а циркуляции зарядовых разбалансов сохранились. И они сами оказывают магнитное действие. Годами!
|
|
|
Мы это всё вот к чему. При подвижках в металлах зарядовых разбалансов нет потерь на джоулево тепло, а при подвижках в металлах свободных электронов эти потери есть всегда . Явления сверхпроводимости, т. е. упорядоченного движения электронов в образце в условиях нулевого омического сопротивления при субкритической температуре – этого явления в Природе нет, а за него нам выдают нечто иное.
Блестящий анализ В. К. Федюкина показал, что в первой волне опытов по «сверхпроводимости» имела место, в действительности сверхнамагниченность образцов, а упорядоченного движения электронов в свинцовом кольце не было! «Казалось, что ток должен прекратиться; в действительности, однако, отклонение магнитной стрелки, регистрировавшей силу тока, при перерезке кольца нисколько не изменилось – так, как если бы кольцо представляло собой не проводник с током, а магнит. »
В режиме сверхнамагниченности работали первые «сверхпроводящие» устройства – короткозамкнутые соленоиды. Но, начиная с достаточно большой длины обмотки, короткозамкнутые соленоиды отказались переходить в режим генерации сильного магнитного поля при, казалось бы, субкритической температуре. По-честному, это был крах концепции сверхпроводимости. Поэтому специалисты принялись откровенно дурачить публику. Они стали подключать обмотки больших соленоидов ко внешним источникам тока. Теперь в цепи электроны двигались принудительно, и публику уверяли в том, что хотя в источнике тока и в токоподводах электроны движутся в режиме обычной проводимости, в охлаждённом соленоиде-то они движутся в режиме сверхпроводимости.
Между тем, имеются чёткие указания на то, что здесь и в соленоиде имеет место обычная проводимость с выделением джоулева тепла. В т. н. «сверхпроводящих соленоидах» (токамаках, Большом адронном коллайдере и др. ) это тепло выделяется в огромных количествах, но оно отводится эффективным низкотемпературным хладагентом. А если хладагент не справляется, «сверхпроводящие» обмотки весело горят, как и положено обычным проводникам. Для справочки: короткозамкнутые соленоиды, генерировавшие сильное поле, не горели ни разу. Ведь тока электронов в них не было!
Публику обмануть можно, но Природу – нет.
|
|
|
