 |
Глава 16. Индукция заряда
|
|
|
|
Глава 16
Индукция заряда
Прояснение структуры уравнения гравитации и применение новой информации к формулированию уравнения первичной силы открывает дверь к пониманию уравнения кулона F = QQ’/d2, выражающего электростатическую силу. Это уравнение установлено на эквивалентной основе без числового коэффициента; то есть, числовая величина заряда Q определяется самим уравнением. Поэтому казалось бы, если другие величины в уравнении, сила F и расстояние d, выражены в терминах сгс эквивалентов естественных единиц, то и Q тоже должно принимать сгс величину надлежащей естественной единицы. Но размерности заряда – это t/s, а естественная единица t/s в единицах сгс – это 3, 334 x 10-11 сек/см, в то время как экспериментальная единица заряда обладает другой числовой величиной 4, 803 x 10-10. В традиционной физике это не проблема, поскольку единица заряда рассматривается как независимая величина. Но в контексте теории вселенной движения, где все физические величины выражаются только в терминах пространства и времени, это стало головоломкой, которую мы смогли разгадать лишь недавно. Одним из новых положений информации, выведенным из самого недавнего анализа уравнения гравитации и введенным в уравнение первичной силы, явилось то, что отдельные уравнения силы имеют дело лишь с одной силой (движением). Сила, оказываемая зарядом А на заряд Б, и сила, оказываемая зарядом Б на заряд А, не являются отдельными сущностями, как казалось бы; это просто разные аспекты одной и той же силы. Причины такого вывода объяснялись в обсуждении гравитации.
Второе положение, также выведенное в результате изучения гравитации, описанного в главе 14, хотя к нему мы пришли независимо, таково. В обычном выражении каждого из уравнений сил имеется упущенный термин. Чтобы сбалансировать уравнение, должен быть термин, обозначенный как 1/s x (s/t)n-1. В уравнении гравитации это термин ускорения. В уравнении Кулона это величина, обратная пространству, 1/s.
|
|
|
Здесь мы сталкиваемся с разницей между двумя уравнениями, которые мы исследовали. В уравнении гравитации единица массы определяется независимо от уравнения. Однако в уравнении Кулона единица заряда определяется уравнением. Следовательно, любой термин, опущенный в уравнении, автоматически комбинировался с зарядом вместо того, чтобы вводиться отдельно, что необходимо в случае термина ускорения уравнения гравитации. Величина 1/s, которая, как мы видели, требуется для размерного равновесия, становится компонентом величины, которая называется “зарядом” в уравнении. На самом деле, это величина t/s (истинные размерности заряда), умноженная на 1/s (опущенный термин), что создает t/s2.
Те же соображения относятся к размеру единицы этой величины. Поскольку заряд не определяется независимо от уравнения, тот факт, что имеется лишь одна вовлеченная сила, означает, что выражение QQ’ на самом деле является Q¹ /2Q’¹ /2. Из этого следует: Пока в уравнение Кулона не вводится некий структурный коэффициент (как определено ранее), величина естественной единицы Q, выведенная из этого отношения, должна быть второй степенью естественной единицы t/s2. Производя вычисления, мы нашли, что в уравнение входит коэффициент 3. Возможно, он имеет то же происхождение, что и коэффициенты той же величины, относящиеся к ряду базовых уравнений, исследованных в томе 1. Бесспорно, он имеет размерное значение, хотя полного объяснения еще нет.
Как определялось в томе 1, естественная единица t/s2 составляет 7, 316889 x 10-6 сек/см2. На основании открытий, приведенных в предыдущих параграфах, величина естественной единицы заряда составляет
|
|
|
Q = (3 x 7, 316889 x 10-6)2 = 4, 81832 x 10-10 эсе
Между этой величиной и величиной, предварительно вычисленной из константы Фарадея, имеется небольшое расхождение (порядка 1, 0032). Подобно аналогичному расхождению между величинами для гравитационной константы, расхождение в величинах заряда пребывает в сфере эффектов вторичной массы. Возможно, оно будет рассматриваться тогда, когда будет предприниматься систематическое изучение соотношений вторичной массы.
Эквивалентность скалярных движений АБ и БА, играющая важную роль в отношениях сил, ответственна и за существование уникальной характеристики статического электричества – индукции зарядов. Одна из основных характеристик скалярного движения, возникающая в результате эквивалентности - оно равнодушно к положению в системе отсчета. С векторной точки зрения положения очень значимы. Векторное движение, возникающее в положении А и продолжающееся в направлении АБ, конкретно определяется в системе отсчета и резко отличается от подобного движения, возникающего в положении Б и продолжающегося в направлении БА. Поскольку скалярное движение обладает только величиной, скалярное движение атома А к атому Б просто уменьшает расстояние между А и Б. Как таковое, оно не может отличаться от подобного движения Б к А. Оба движения имеют одинаковую величину и не обладают никаким другим свойством.
Конечно, скалярное движение плюс соединение с системой отсчета обладают конкретным положением в системе: конкретной точкой отчета и определенным направлением. Но соединение не зависит от движения. Факторы, определяющие его природу, не обязательно постоянны, поскольку движение АБ не обязательно продолжается на основе АБ. Изменение в соединении может превратить его в БА или движение может быть альтернативой между этими двумя.
Вращательный момент скалярного движений заряженного атома поддерживает одинаковую связь с атомом в любом положении. Половина элементов вращательного движения достигает второго атома, а другая половина удаляется в эквивалентных направлениях и с эквивалентными скоростями. Но это не относится к вибрации вращения, составляющей заряд. В этом случае связь движения (заряда) с удаленным атомом непрерывно меняется; то есть, относительное движение двух атомов носит тот же вибрационный характер, что и сам заряд. Как было установлено, скалярное движение А (такое как заряд) к или от атома Б неотличимо от аналогичного движения Б к или от А. Следовательно, представление такого движения в пространственной системе отсчета может принимать любую форму.
|
|
|
Обычно для замены одного представления движения другим требуется перераспределение энергии, поэтому такие изменения обычно не происходят без внешних сил. По существу, первый закон движения Ньютона требует, чтобы движение в направлении АБ продолжалось в этом направлении бесконечно, пока не подвергнется действию какой-либо силы. Однако из общего правила есть исключения из-за существования класса феноменов, которые мы называем процессами нулевой энергии. Большинство физических процессов, исследованных на предыдущих страницах, работают либо посредством приложения энергии, либо происходят спонтанно с высвобождением энергии. Например, между атомами твердого тела имеется сила сцепления, и чтобы их разделить, следует приложить энергию. Если им позволяется перестраиваться, высвобождается определенное количество энергии. Но разные компоненты комбинации базовых движений не связаны друг с другом подобным образом во всех случаях. Часто они просто объединяются и свободны разделяться или комбинироваться без обретения или потери энергии.
Одним из процессов нулевой энергии является одновременное создание или разрушение зарядов одинаковой величины, но противоположной полярности. Именно существование этого процесса, наряду с эквивалентностью скалярных движений АБ и БА, делает возможным индукцию электрических зарядов. Как мы уже видели, все материальные объекты содержат концентрацию незаряженных электронов, являющихся вращающимися единицами пространства. В каждом случае, если в атоме материи существует электрон, атом существует и в единице пространства, составляющей электрон. Это можно сравнить с раствором спирта в воде. Атом спирта существует в воде, но справедливо и то, что атомы воды существуют в спирте.
|
|
|
Сейчас давайте рассмотрим пример, в котором положительно* заряженное тело X располагается вблизи изолированного металлического объекта Y. Скалярное направление вибрационного движения (заряд) атома А в объекте Х периодически переворачивается. И при каждом перевороте точка отсчета движения А относительно любого свободно движущегося атома Б определяется случайно; то есть, в системе отсчета движение может возникать либо как движение А к Б, либо как движение Б к А. С помощью этого случайного процесса, в конце концов, движение распределяется поровну между АБ и БА.
Атом В, находящийся в пространстве продолжений, не движется свободно, поскольку для движения потребовалась бы энергия. Но атом Б в объекте Y, расположенный в пространстве электрона, не подвергается энергетическому ограничению, поскольку вращательные движения атома и связанного электрона направлены противоположно, и то же движение, которое составляет положительный* заряд атома, составляет и отрицательный* заряд электрона, потому что в данном случае он относится к другой точке отсчета. Создание противоположно направленных зарядов и есть процесс нулевой энергии. Отсюда следует, что атом В свободен отвечать на периодические изменения направления скалярного движения, возникающего в А. Иными словами, положительный* заряд атома А в объекте Х индуцирует подобный положительный* заряд атома В в объекте Y и отрицательный* заряд в связанном электроне.
Электрон легко отделяется от атома, и, следовательно, притягивается к ближней стороне объекта Y положительным зарядом объекта Х, покидая атом Б в единице пространства продолжений и с положительным* зарядом. Положения положительно* заряженных атомов фиксируются межатомными силами, и такие атомы не способны двигаться под действием отталкивающих сил, оказываемых заряженным объектом Х, но положительные* заряды передаются удаленному концу объекта Y посредством процесса индукции. Остаточный положительный* заряд атома Б индуцирует аналогичный заряд в соседнем атоме Г, расположенном в пространстве электрона. Электрон в Г, сейчас с отрицательным* зарядом, притягивается к атому Б, где нейтрализуется положительным* зарядом и восстанавливает нейтральный статус атома. Процесс повторяется, с каждым шагом все дальше и дальше отодвигая положительный* заряд от объекта Х до тех пор, пока не достигается удаленная сторона объекта Y.
Если начальный заряд объекта Х отрицательный, * отрицательный* заряд индуцируется в электроне, связанном с атомом Б. Это эквивалент положительного* заряда атома. В этом случае отрицательно* заряженный электрон отталкивается отрицательным* зарядом объекта Х и движется к удаленной стороне объекта Y. Остаточный, положительный* заряд атома передается ближайшей стороне объекта посредством процесса индукции.
|
|
|
Если металлический объект Y заменить диэлектриком, ситуация меняется, потому что в этом случае электроны больше не обладают способностью свободного движения. Индуцированный заряд атома и противоположный заряд электрона (или наоборот) остаются связанными. Однако такой атом может участвовать в относительной ориентации движений с нейтральной атомно-электронной единицей, с которой пребывает в контакте. В результате возникает двухатомная комбинация, в которой отрицательный* полюс одного атома нейтрализуется контактом с положительным* полюсом другого, оставляя одну атомно-электронную единицу заряженной положительно, * а другую отрицательно* (то есть, заряд находится в электроне).
Под влиянием внешнего заряда оптимальное разделение между непохожими частицами (условие, которое достигается, если носители отрицательных* зарядов свободно двигаются) максимально. Следовательно, ситуация в двухатомной комбинации благоприятнее, чем в единичном атоме, то есть комбинация обладает преимуществом. Еще большее разделение достигается тогда, когда между атомами заряженной комбинации располагается один или более нейтральных атомов. Каждое событие такого вида двигает либо положительный, * либо отрицательный* заряд в направлении, определенном индуцированным зарядом. Отсюда влияние индуцированного заряда на диэлектрик – разделение положительного* и отрицательного* зарядов, - аналогичное, но менее завершенное, чем разделение, которое имеет место в проводнике, потому что длина цепей атома ограничивается температурными силами.
На основании предшествующего объяснения, заряды создаются индукцией. Последующее разделение достигается за счет действия индуцированного заряда на вновь созданные заряды. Традиционная теория диэлектриков основана на концепции атомного ядра - гипотетической структуры, в которой компоненты удерживаются вместе притяжением между положительными* и отрицательными* зарядами. Допускается, что заряды обладают ограниченным количеством свободы движения и легко могут разделяться под действием внешнего заряда. Наше наблюдение, интерпретированное как подкрепляющие допущение, что в атоме всегда существуют пары положительных* и отрицательных* зарядов, состоит в следующем. Если заряженный диэлектрик разделяется, каждая из частей содержит положительные* и отрицательные* заряды. Это очень отличается от поведения зарядов в проводниках. Если металлический объект разрезается перпендикулярно линии силы, находясь под влиянием индуцированного заряда, две части объекта заряжены противоположно и остаются таковыми даже после удаления индуцированного заряда. Если та же процедура проделывается с диэлектриком, обе части обладают положительными* и отрицательными* зарядами на противоположных сторонах, как в первичном объекте до разделения. Когда индуцированный заряд убирается, обе части возвращаются к нейтральному статусу. Нынешняя интерпретация этих результатов, как говорится в современном учебнике, такова:
“Вывод таков: Изоляторы содержат заряды, способные проходить небольшие расстояния так, что еще имеет место притяжение, но они связаны равными и противоположными количествами так, что никакое расщепление тела не может разделить два вида заряда”. 57
Величина разделения зарядов, которая может иметь место так, как предполагается этой теорией, считается очень маленькой. Ее трудно рассматривать как создающую любые значительные силы притяжения или отталкивания. Но силы такой природы действительно существуют. Маленькие статические заряды, обычно создаваемые трением, характерны для земного окружения; они создают достаточно заметные эффекты. Простое хождение по ковру комнаты в холодную сухую погоду может создать заряд, достаточный для появления неприятного ощущения при соприкосновении с металлическим объектом, когда происходит разряд. Аналогично, поведение современного синтетического волокна демонстрирует эффект статических зарядов, включая индукцию, часто заметным и неприятным образом. Волокна ведут себя так, как заряженные проводники. Они притягивают такие вещи как кусочки бумаги и деревянные опилки, а сами притягиваются мебелью или стенами комнаты.
Расхождение между очень маленьким теоретическим разделением зарядов и относительно большим эффектом индукции вынудило теоретиков призвать на помощь побочные факторы, такие как существование примесей, чтобы объяснить наблюдения. Например, нижеприведенное утверждение, заимствованное из учебника по физике, ссылается на способность электрически заряженных непроводящих объектов притягивать кусочки бумаги и дерева так:
“Чип, сделанный из совершенного изолятора, вряд ли будет демонстрировать какой-либо эффект, а кусочки дерева или бумаги всегда достаточно влажные, что делает их немного проводниками”. 58
Намного большее разделение зарядов, возникающее в результате процесса индукции, описанного в этой главе, разрешает эту проблему, оставаясь согласованным с появлением зарядов на обоих концах каждого кусочка, когда разделяется диэлектрик, находящийся под влиянием силы индукции. До того, как происходит разделение, значительное число атомов диэлектрика существует в многоатомных комбинациях с положительно* и отрицательно* заряженными концами. Хотя разделение зарядов во многих комбинациях велико по сравнению с расстоянием между атомами, оно очень мало по сравнению с размерами обычного заряженного диэлектрика. Таким образом, когда происходит разделение, в каждом фрагменте имеются заряженные комбинации такого вида. Соответственно, каждый фрагмент обладает теми же характеристиками заряда, что и первичный, цельный объект.
Как указывалось в томе 1, существование положительных* и отрицательных* зарядов в тесной близости, что требуется ядерной теорией атома, не совпадает с наблюдаемым поведением зарядов противоположной полярности. Наблюдения показывают, что такие заряды нейтрализуют друг друга задолго до того, как достигают таких маленьких разделений, которые существовали бы в гипотетическом ядре атома. Это решающий аргумент против правомочности ядерной теории. Поэтому уместно заметить, что существование положительных* и отрицательных* зарядов в объектах под влиянием индуцированных зарядов не противоречит нашему открытию наличия минимального расстояния (определенного как естественная единица расстояния, 4, 56 x 10-6см), внутри которого не могут сосуществовать заряды противоположной полярности. Сосуществование индуцированных положительных и отрицательных зарядов возможно потому, что им принудительно мешают достигать предельного расстояния, на котором они бы комбинировались. Если внешняя сила убирается, индуцированные заряды комбинируются и нейтрализуют друг друга.
При зарядке посредством индукции часто удобно пользоваться заземлением. Заземление – это связывание индуктивно заряженного объекта с землей с помощью проводника. Земля электрически нейтральна и настолько велика, что нечувствительна к обретениям или потерям заряда в количествах, реально встречающихся в практике. Если объект Y заземлен, находясь под влиянием отрицательного* индуцированного заряда, отрицательно* заряженные электроны на дальнем конце объекта уходят по проводнику в землю. Тогда разрыв связи с землей оставляет на объекте Y лишь положительные* заряды, и этот объект остается положительно заряженным* после того, как объект Х, содержащий индуцированный заряд, убирается. Если процесс индукции инициируется положительным зарядом на объекте Х, заземление позволяет электронам вытягиваться из земли и заряжаться отрицательно, чтобы нейтрализовать положительные* заряды на Y, оставляя лишь отрицательные* заряды. Тогда, прерывание заземления оставляет Y отрицательно* заряженным.
Положения, занимаемые зарядами любого заряженного проводящего объекта, не подвергающегося силам индукции, определяются отталкиванием между зарядами, работающим для создания максимального разделения. Если объект находится под влиянием внешних зарядов, положение зарядов определяется итоговым потенциалом индукции и отталкиванием одноименных зарядов. В любом случае, результат – заряды ограничены внешними поверхностями проводящих материалов и, за исключением локальных разновидностей в очень неправильных телах, внутри зарядов нет. То же относится и к полым объектам. Внутренние стенки таких объектов не несут зарядов. Стенки можно зарядить помещением изолированного заряженного объекта в полый интерьер. Но в таком случае, с точки зрения индуцированного заряда, внутренние стенки станут “внешними”; то есть, станут положениями, ближайшими к заряду.
Наблюдаемая концентрация заряда на поверхностях проводника – еще одно прямое противоречие общепринятой теории электрического тока, рассматривающей ток как движение зарядов. Концентрация на поверхности возникает за счет взаимного отталкивания между частицами, которое смещает их к противоположным сторонам проводника. Отталкивающая сила не меняется, если заряды движутся по проводнику, поскольку направление силы перпендикулярно к направлению движения. Не меняет ситуацию и присутствие положительных* зарядов на внутренних атомах проводника, если любые такие заряды существуют. Если бы электроны или любая их часть прочно удерживались притяжением гипотетических зарядов протонов, они не могли бы двигаться как электрический ток. Если они свободно движутся в ответ на разность электрического потенциала, тогда они свободны двигаться к поверхностям проводника под влиянием взаимного отталкивания.
Из этого следует: Если бы современная электрическая теория была корректной, ток тек бы лишь вдоль внешних поверхностей проводников. Однако факт, что электрическое сопротивление обычно пропорционально площади поперечного сечения проводника, указывает на то, что движение постоянно имеет место по всему поперечному сечению. Это еще одно свидетельство, подтверждающее открытие, что электрический ток – это движение незаряженных электронов, а не зарядов.
Поскольку внешние заряды не индуцируют заряды внутри полого проводника, любой объект внутри проводящей оболочки изолирован от влияний электрического заряда. Подобное устранение или уменьшение влияний достигается с помощью проводников других форм, расположенных между зарядом и рассматриваемыми объектами. Этот процесс известен как экранирование, которое имеет место в широком разнообразии применений в электрической практике.
В пределах выполнения настоящего исследования электрических явлений представляется, что в традиционные размерности не входят любые большие ошибки, кроме ошибок, обсужденных на предыдущих страницах. Кроме выявленных ошибок, система СИ размерно согласована и согласуется с механической системой величин. Пространственно-временные размерности большинства широко используемых электрических единиц приведены в таблице 28. Первая колонка таблицы демонстрирует символы, использованные в данной работе. Другие колонки объясняют себя сами.
|
|
|
