Два типа бифилярных катушек — бифиляр Тесла и бифиляр Купера
Функционально можно выделить два особых типа бифилярных катушек параллельной намотки: у катушек первого типа токи в соседних витках направлены в одну и ту же сторону, тогда как у катушек второго типа токи соседних витков текут в противоположных направлениях. Яркой представительницей катушек первого типа является знаменитая бифилярная катушка Николы Тесла, пример катушки второго типа — бифилярная катушка Купера.
Оба типа катушек необычны тем, что вместо того чтобы быть намотанными виток к витку одним проводом, данные катушки наматываются одновременно двумя проводами, после чего эти провода соединяются последовательно: у катушки по типу «бифиляр Тесла» конец (условно) одной части катушки соединяется с началом другой ее части, при этом свободные выводы готовой катушки оказываются с разных ее сторон, а у бифиляра Купера концы двух частей катушки объединяются с одной стороны, свободные же выводы ее оказываются с другой стороны. Описанные способы намотки применяются как в цилиндрическом, так и в плоском исполнении бифилярных катушек.
В результате получаются катушки, ведущие себя принципиально по разному в цепях постоянного и переменного тока. Давайте рассмотрим, в чем же заключаются особенности данных намоток, и как данные катушки поведут себя при различных типах тока через них.
Бифиляр Тесла в цепи постоянного тока
При прохождении постоянного тока через катушку, вокруг каждого ее витка возникает постоянное магнитное поле, пропорциональное величине данного тока. И сложив магнитные поля (магнитные индукции B) каждого последующего витка с магнитными полями предыдущих витков, получим суммарное магнитное поле катушки.
Бифиляр Тесла в цепи переменного тока
При прохождении через катушку типа «бифиляр Тесла» переменного тока, характерная намотка начинает проявлять себя ярко выраженной межвитковой емкостью, которая даже в состоянии «нейтрализовать» индуктивность на резонансной частоте. Витки, расположенные по отношению друг к другу так, что разность потенциалов между ними в каждой паре максимальна, представляют собой аналог параллельно подключенного к катушке конденсатора.
Выходит, что переменный ток определенной (резонансной) частоты такая бифилярная катушка пропустит беспрепятственно, оказав лишь активное сопротивление, словно это параллельный колебательный контур высокой добротности, а не катушка. Будучи включена в цепь параллельно источнику переменной ЭДС, такая катушка в состоянии накапливать энергию на резонансной частоте как параллельный колебательный контур, где энергия пропорциональна квадрату разности потенциалов между соседними витками.
Бифиляр Купера в цепи постоянного тока
У бифилярной катушки, где постоянные токи в соседних витках имеют противоположные направления и одинаковую величину (а именно такая картина наблюдается при постоянном токе в катушке, выполненной по типу «бифиляр Купера»), суммарное магнитное поле катушки окажется равно нулю, так как магнитные поля в каждой паре витков друг друга нейтрализуют. В итоге катушка данного типа будет вести себя по отношению к постоянному току как проводник с чисто активным сопротивлением, и никакой индуктивности не проявит. Так наматывают проволочные резисторы.
Бифиляр Купера в цепи переменного тока
При подаче переменного тока через катушку, витки которой расположены по отношению друг к другу по типу «бифиляра Купера», картина магнитного поля будет зависеть главным образом от частоты тока. И если длина провода в такой катушке окажется соизмерима с длиной волны пропускаемого через нее переменного тока, то и внешнее магнитное поле на такой катушке может быть реально получено как на длинной линии или антенне.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Магнитное поле плоских катушек
Интересная особенность простых и бифилярных катушек.
Способов намотки катушек, одного из основных элементов электротехнических и радиотехнических устройств, существует множество. Кто как хочет, так и наматывает, преследуя определенные цели. В данной статье мы проведем анализ некоторых свойств простых и бифилярных катушек. Упрощённо способ намотки этих катушек показан на рис.1.
Рис.1 Бифилярная и простая катушка
Обычная намотка, при которой витки проводника равномерно наматываться на круглый (или иной формы) каркас либо по часовой, либо против часовой стрелке применялась давно, например, в первых селеноидах или электромагнитах. Основная цель, которую преследовали создатели таких катушек – получить устройство, с помощью которых можно получить магнитное поле, аналогичное тому, что образует постоянный магнит. А если внутри такой катушки разместить сердечник из мягкого железа. То есть, можно получить электромагнит с такими показателями, которые получить от постоянных магнитов невозможно.
Бифилярную намотку начали использовать широко только в последнее время. Причем особого порядка здесь не просматривается. И в основном считается, что бифилярная намотка используется тогда, когда по каким-то причинам надо создать катушку с минимальной или нулевой индуктивностью. Свою версию бифилярной плоской катушки использовал Тесла в качестве вторичной катушки своего трансформатора.
Но я хотел бы обратить внимание читателей на такие факты, которые нигде еще никто не рассматривал. И, естественно, на те следствия, которые получаются из этого. Рассмотрим сечение части витков обычной катушки (рис.2). В соответствии с законом Ампера магнитные поля витков с током, который на рис.2. течет от читателя, между витками направлены навстречу друг другу. Это приводит к тому, что с позиций классической электродинамики, напряженность магнитного поля между витками снижается, а с позиций эфирной теории между витками формируется область с пониженным эфирным давлением. И с любых позиций между витками простой катушки появляются силы, которые будут сжимать катушку вдоль её оси. И если катушка при этом будет сделана из упругого металла, то при пропускании тока по катушке её длинна будет уменьшаться, а при выключении тока пружина будет стремиться возвратиться к первоначальному состоянию. При совпадении частоты подаваемого тока с частотой колебаний такой упругой пружины-катушки можно ввести систему в резонанс. Но это уже следствие и только один из вариантов применения этого эффекта. А пока запомним, что между витками простой катушки при протекании тока в любом направлении тока между витками катушки формируются области с пониженным давлением эфира.
Рис.2 Разрез витков простой катушки с силовыми линиями магнитного поля.
Теперь посмотрим на сечение части витков бифилярной катушки (рис.3). Обратим внимание на то, что теперь направление тока между соседними витками противоположно. А это по закону Ампера приводит к тому, что с позиций классической электродинамики между витками формируются области с повышенной напряжённостью магнитного поля, а с позиций эфирной теории имеет место создание областей с повышенным эфирным давлением. Подавая импульсы тока на бифилярную катушку можно получить своеобразный генератор ударных эфирных волн, если правильно подобрать форму высоковольтных импульсов с крутыми передними и задними фронтами.
Рис.2 Разрез витков бифилярной катушки с силовыми линиями магнитного поля.
Если бифилярные катушки намотать на концах ротора в форме свастики, то соединив их параллельно и подавая на них ток любой направленности и формы – синус, импульсы и т.д., можно между витками катушки получить пульсирующее повышенное давление эфира. И, значит, при определенных параметрах катушек и подаваемого тока можно заставить свастику вращаться вокруг оси, проходящей через центр свастики. Можно поступить проще, если катушку сделать в варианте магнитного хранителя, используя в качестве проводника мягкое железо. Тогда после «зарядки» магнитного хранителя между его витками будут иметь место области с повышенным давлением эфира. И тогда без дополнительной «подзарядки» такая свастика будет вращаться практически вечно.
Можно на общий каркас намотать две катушки, одну бифилярную, а вторую обычную. Если их соединить последовательно, то в области бифилярной катушки один и тот же ток будет создавать между витками области с повышенным давлением эфира, а между витками обычной катушки давление эфира будет пониженным относительно среднего давления эфира. В итоге в такой конструкции появится сила, направленная от бифилярной катушки к катушке обычной, что заставит всю конструкцию перемещаться в пространстве. Вот вам и безопорное движение.
Такая конструкция из бифилярной и обычной катушки может быть положена в основу детской игрушки. Например, можно на коромысле разместить две ракеты, внутри которых будут размещены бифилярная и простая катушка. Для питания таких игрушек можно использовать самые обычные батарейки. Но сам факт вращения таких ракет заставит детей задуматься о природе безопорного вращения, на такой простой игрушке вырастет поколение, свободное от догм, которые пока еще блокируют сознание взрослых. Всем новаторам, которые хотят, чтобы их идеи и изобретения получили широкое распространение наперекор противодействию разного рода академиков и чиновников, можно предложить реализовывать изобретения в виде детских игрушек. Правда при этом придется забыть о гонорарах и прибылях, но дети, повзрослев, сумеют превратить свои игрушки в устройства, с помощью которых они смогут реализовать мечту и планы изобретателя. Причем ждать реализации придется уже не 50 и более лет, а гораздо меньше. Дети растут быстро.
Никола тесла
История
Бифилярная катушка упоминается Николой Тесла в патенте Соединенных Штатов под номером 1894 года. Тесла объясняет, что при использовании катушки для электромагнитов её самоиндукция может быть нежелательна и может быть нейтрализована как с помощью подключения внешнего конденсатора, так и с помощью собственной ёмкости катушки специальной конструкции, которой и посвящён патент. Бифилярная катушка имеет бо́льшую собственную ёмкость, чем обычная, таким образом можно сэкономить на стоимости конденсаторов, — говорится в патенте. Следует отметить, что это применение бифилярной катушки отличается от современных.
Описание и применение
Бифилярная намотка, не обладающая индуктивностью
Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:
Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой, складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к взаимонейтрализации магнитных полей. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль.
Бифилярная катушка (чаще называемая бифилярной обмоткой) используется в современной электротехнике как способ создания проволочного резистора с незначительной паразитной индуктивностью.
Другой тип бифилярной катушки применяется в обмотках некоторых реле и трансформаторов, используемых в импульсных источниках электропитания для подавления обратной ЭДС. В этом случае две обмотки близко расположены и намотаны параллельно, но электрически изолированы друг от друга. Основная обмотка управляет реле, а вспомогательная замкнута накоротко внутри корпуса. Когда ток через первичную обмотку прерывается, как случается, когда реле отключается, большая часть магнитной энергии поглощается вспомогательной обмоткой и превращается в тепло на её внутреннем сопротивлении. Это — только один из нескольких способов поглощения энергии от катушки для защиты устройства (обычно полупроводникового, уязвимого к скачкам напряжения), которым управляет реле. Главный недостаток этого метода состоит в том, что сильно увеличивается время переключения реле.
При применении в импульсном[источник не указан 1195 дней] трансформаторе одна обмотка бифилярной катушки используется для рассеяния энергии, запасённой в магнитном потоке. Из-за их близости, обе обмотки катушки пронизывает один и тот же магнитный поток. Один провод заземлён (обычно через диод) так, что когда на другом, основном, проводе бифилярной катушки отключается напряжение, магнитный поток создаёт ток через вспомогательную (ограничивающую) обмотку. Напряжение на этой обмотке равно падению напряжения на диоде (в прямом направлении) и равное напряжение появляется на основной обмотке. Если бы ограничивающая обмотка не использовалась, паразитный магнитный поток попытался бы индуцировать ток в основной обмотке. Так как эта обмотка отключена, и коммутационный транзистор находится в закрытом состоянии, высокое напряжение, которое появилось бы на транзисторе, могло бы превысить его пробивное напряжение и повредить его.
Магнитное поле плоских катушек
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Электромагнитная индукция ч.3. Н. Тесла и его загадки
Один из ранних патентов Николы Тесла описывает новый способ намотки катушек. Этот способ он назвал бифилярной намоткой, т.к. катушка мотается сразу двумя параллельными проводами и считал эту намотку очень важным изобретением:
«Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки.
Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:
1. параллельная намотка, последовательное соединение;
2. параллельная намотка, параллельное соединение;
3. встречно намотанная катушка, последовательное соединение;
4. встречно намотанная катушка, параллельное соединение.
Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль».
На рисунке выше изображена катушка первого вида и в ней магнитные поля обмоток складываются. Тесла указывал на то, что магнитное поле такой катушки намного больше, чем у обычной.
Вот так выглядит катушка с нулевой самоиндукцией (второй вид):
Любому специалисту по одному её виду становится сразу понятно, что в такой катушке не может появиться индукционный ток, т.к. он будет направлен в обоих проводах в одну сторону и на концах проводов никакой разности потенциалов не будет. Такая катушка будет только греться, но никакой энергии не выдаст. Два оставшихся вида намотки – это частные случаи двух первых и особого интереса не представляют.
Т.к. безындукционная намотка слишком наглядна, то все известные мне изобретатели вечных двигателей сконцентрировались на первом виде намотки, дающем большое магнитное поле. Однако мне долго не давало покоя совершенно не понятное описание катушки в патенте. Вот этот текст:
«Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий».
И в конце что-то вроде предупреждения:
«Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая».
Действительно, у каждой катушки есть ещё и своя небольшая ёмкость, которая скорее создаёт дополнительные проблемы, чем помогает их решить. К тому же, никто не делает конденсаторы из провода. В общем, стало понятно только то, что патент серьёзно правили и не оставили в нём самой главной информации, до которой, без глубокого понимания процесса, дойти невозможно.
Возможно, что на этом всё и закончилось бы, но мне взбрело в голову намотать катушку первого вида, чтобы проверить, на сколько сильнее магнитное поле она создаст, по сравнению с обычным электромагнитом.
Я нашёл катушку от старого реле длиной 5 см и с сопротивлением обмотки 300 Ом. При подаче на неё постоянного напряжения в 12 В контакты немного искрили и к сердечнику притягивалась железная шайба. Не очень сильно, но наглядно. Ток в цепи был около 40 мА, что соответствует закону Ома.
Т.к. катушка Тесла рассчитана на переменный ток, не подразумевает размещение нескольких дисков из обмоток рядом, а намотка проводом имела бы очень низкое сопротивление и просто сгорела бы от постоянного напряжения, я решил увеличить площадь сечения провода и намотал около 40-50 витков фольгой из старого электролитического конденсатора (очень сложно было ровно мотать сразу два слоя фольги с бумажными изоляторами, поэтому витки не считал). Соединил я обмотки по первому виду. Получилась катушка такой же длины, в два раза толще и с суммарным сопротивлением 7 Ом. По закону Ома ток в такой катушке должен был быть чуть меньше 2 А и фольга при подключении если и не сгорит сразу, то может сильно нагреться.
Однако, меня ждал сюрприз. При подключении питания была чуть заметная искра, а железная шайба даже не шелохнулась. Я сначала решил, что сработала защита от короткого замыкания, но оказалось, что нет. Тогда я померял сопротивление катушки и просто не поверил прибору: оно постоянно менялось от 1-2 Ом до 700 Ом и полного разрыва цепи. Пришлось вскрывать изоляцию катушки и мерять сопротивление каждой обмотки отдельно. Тут всё было в полном порядке: 3 и 4 Ома. Однако сопротивление всей цепи так и прыгало дальше. Вот тут-то я и вспомнил про текст из патента и какие-то упоминания про увеличенную ёмкость такого вида катушек. Я померял ёмкость своей катушки и прибор показал ровно 30 мкФ! Это при том, что обе обмотки соединены вместе!
Тогда я подключил питание, что бы померять ток и оказалось, что ток через неё практически не проходит (нужно будет проситься к товарищу с осциллографом и более точными приборами). Железная шайба не притягивалась вообще и магнитного поля я не обнаружил. Это было странно хотя бы потому, что все пишут про значительное увеличение магнитного поля.
После этого, раз это наполовину конденсатор, я стал мерять напряжение на отключенной катушке. Тут возникла ещё одна загадка: я ожидал, что напряжение будет порядка нескольких вольт и постепенно падать, как на обычном конденсаторе, а оказалось, что оно тоже постоянно колеблется, причём в бОльшую сторону. Сразу после отключения питания я увидел на контактах 0.5 В и оно начало расти до 0.8 В. Когда катушка пролежала сутки на контактах всё равно было остаточное напряжение в 0.2 В, которое в ходе измерения достаточно быстро опять доросло до 0.8 В. Это не так много, но тут дело в том, что катушка никак не хочет разряжаться. Даже после короткого замыкания она довольно быстро набирает свои 0.8 В. Возможно, это наводка от радиоволн, но на обычной катушке от реле, у которой витков раз в 30 больше ничего такого не наблюдается. Буду разбираться. Зато про намотку бифилярной катушки лентой и её свойствах я нигде упоминаний не нашёл, так что возможно буду первооткрывателем 🙂
С другой стороны, это ведь элементарно! Если Тесла хотел создать катушку с большой ёмкостью, то он просто обязан был делать её из ленты, как и конденсаторы, а не из провода. К тому же, он постоянно писал, что его катушка позволяет накапливать в себе намного больше энергии. Именно накапливать. Почему об этом не сохранилось никакой информации? Получается, что он создал LC колебательный контур без отдельных конденсаторов. Всё в одном устройстве!
Теперь становится немного понятнее, каким образом эта энергия накапливалась в катушке: ток индукции был в магнитном поле, а ток самоиндукции накапливался в ёмкости между витками. Получается, что Тесла придумал, как зарядить конденсатор сразу от магнитного поля без преобразователей и потерь! На резонансной частоте реактивное сопротивление этой катушки должно падать до нуля, токи складываться, а не мешать друг другу и резко увеличиваться. А т.к. на этой частоте она не будет создавать помех другим катушкам индуктивности, то сможет служить источником энергии и трансформатор опять превратится в генератор.
Всё это буду проверять уже после отпуска, а в следующем посте расскажу про загадки генератора Фарадея.
Впервые в мире раскрывается механизм самоиндукции!
Продолжаю цикл статей, посвящённых становлению так называемой современной физики, скрывающей от нас многие истины об устройстве Природы. Начало здесь: 1, 2, 3, 4, 5, 6.
Сегодня читателю предлагается разобраться с явлением САМОИНДУКЦИИ. Разобраться в буквальном смысле по понятиям!
Свой предыдущий рассказ я завершил историей про открытие американским учёным Джозефом Генри явления самоиндукции, а в самом конце я там написал: «осталось теперь поинтересоваться, что именно аккумулирует в вихревом магнитном поле кинетическую энергию (энергию движения, связанную с движением некоторой массы, присущей магнитному полю, и разогнанной подобно маховику до определённой скорости вращения)? Однако, на этот вопрос наука вот уже 88 лет не даёт ответа. Не даёт потому, что дать его — значит признать, что вся так называемая «современная физика» построена на ложном фундаменте!»
Причём эта ложь не случайно закралась в неё. Построение науки о Природе на ложном фундаменте было сделано злонамеренно с единственной целью — скрыть от людей «тайну Бога, который есть дух» (Ин. 4: 24).
Как я и обещал читателю, сегодня я расскажу и про сам механизм образования магнитного поля при движении свободных электронов по телу провода и про обратный механизм преобразования магнитной энергии в ток самоиндукции.
Давайте для лучшего понимания моих слов откроем учебное пособие для абитуриентов и старшеклассников «ФИЗИКА ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА» автора И. А. Соловейчик.
Там написано: «Когда неподвижный маховик «подключают» к источнику энергии, например, когда рукой начинают разгонять маховик, то вначале рука расходует энергию не только на преодоление трения, но и на увеличение кинетической энергии маховика. Потом за счёт накопленной энергии маховик может некоторое время вращаться «сам», отдавая накопленную энергию… (например, в виде звука сирены).
Аналогично при нарастании тока протекающего через катушку, часть энергии источника расходуется на создание магнитного поля катушки, а после выключения источника за счёт магнитной энергии может некоторое время выделяться тепло» (или зажигаться подключенная к катушке лампочка).
Давайте следом откроем другой учебник физики, например «Элементарный учебник ФИЗИКИ», том II, «Электричество и магнетизм», написанный коллективом авторов под редакцией академика Г. С. Ландсберга, и прочтём там:
«Возьмём катушку J с несколькими сотнями витков, надетую на замкнутый железный сердечник.
Вспышка лампочки происходит при исчезновении тока в катушке, а следовательно и при исчезновении магнитного поля этой катушки. Мы приходим, таким образом, к заключению, что энергия, поглощаемая лампочкой в момент размыкания тока, была раньше запасена в виде энергии магнитного поля. Когда мы подключали катушку к аккумулятору, мы создавали магнитное поле, на что тратился определённый запас энергии, заимствовавшийся от аккумулятора. А когда мы выключаем ток, магнитное поле стремиться исчезнуть, и запасённая в нём энергия превращается в энергию электрического тока в лампочке».
Превращение энергии вихревого магнитного поля обратно в энергию электрического тока, протекающего в той же самой катушке, которая породила этот вихрь, стали называть самоиндукцией. Как удалось выяснить из опытов, при исчезновении из пространства обладающего кинетической энергией вихревого магнитного поля в проволочной катушке возникает электрический ток того же направления, что было у тока, который до того тёк из батареи и раскрутил вокруг катушки это вихревое магнитное поле.
Спрашивается, если всё так обстоит, что же тогда такое, это «вихревое магнитное поле»?
Попытаемся узнать об этом в любом справочнике по физике.
Читаем: «Вихревой характер магнитного поля заключается в непрерывности линий индукции любого магнитного поля при отсутствии начала и конца, так как они либо замкнуты, либо уходят в бесконечность. Векторные поля, обладающие непрерывными силовыми линиями, называются вихревыми полями. Магнитное поле также можно считать вихревым. Линии магнитного поля замкнуты. Это говорит об отсутствии магнитных зарядов в природе. Электрический ток образуется благодаря движению электрических зарядов. Так как магнитных зарядов нет, это объясняет отсутствие магнитного тока. Магнитное поле считается вихревым при наличии токов. Электрические токи являются источниками поля. Магнитное поле считается вихревым, так как его дивергенция везде равна нулю. Его также называют соленоидальным…» Источник.
Я лично вижу, что в этом тексте многое сказано «эзоповым языком». А про то, что магнитное поле обладает какой-то распределённой в пространстве массой и что оно реально вращается как маховик — не сказано ни слова! Нет даже намёка! Особенно улыбнуло в этом тексте объяснение, что в природе отсутствует «магнитный ток» по причине отсутствия «магнитных зарядов». Такое мог написать человек, который совершенно не понимает природы магнитного поля! И что интересно, понятие «магнитный поток» (не ток, но поток — суть одна!) в науке и в радиотехнике есть, и он измеряется в Веберах (Вб)!
Поэтому, если мы сейчас видим и понимаем, что в науке о Природе имеется дезинформация, давайте попробуем разобраться и, наконец, выяснить, что же такое «магнитное поле», обладающее вихревым характером, который проявляется (буквально очевидным образом!) при возникновении самоиндукции.
Поскольку магнитное поле порождается движением электрических зарядов, то есть, при протекании электрического тока, давайте для начала вспомним, что представляет собою процесс протекания электрического тока по проводу.
Напомню прекрасную аналогию, приведенную в книге Виктора Ивановича Гапонова, автора книги «ЭЛЕКТРОНЫ» 1949 года издания: «поток электронов в проводе подобен течению воды в заполненной камнями трубе».
«Наша труба с уложенными в ней камнями уже заполнена водой, но пока кран закрыт, вода в ней никуда не течёт. Нет напора воды — нет и течения воды в правый резервуар. Быстрым поворотом крана создадим напор. Он распространится по трубе, конечно, не мгновенно, но всё же с большой скоростью — около одного километра в секунду (со скоростью распространения звука в воде. Эта скорость определяется плотностью и упругостью воды. Комментарий — А.Б.).
Значит, если труба не очень длинна, то почти сразу вода потечёт по всей трубе. Отдельные молекулы воды всегда находятся в непрерывном и беспорядочном движении. В потоке воды беспорядочное движение, при котором каждая молекула движется сама по себе, вовсе не прекратится. Но это совершенно не мешает воде всей массой, общим потоком, течь по трубе. Движение молекул воды можно сравнить с роем мошек. Если рой мошек уносится потянувшим их ветерком, беспорядочное движение отдельных мошек не прекращается, а весь рой целиком летит по ветру. «
Поток электронов в проводнике (электрический ток) очень похож на поток воды в трубе. Причём если поток воды в трубе создаётся напором воды (давлением), то электрический ток в проводе создаётся «электрическим напором» в виде электрического поля, основной характеристикой которого является так называемая «напряжённость» (аналог давления воды в трубе).
Ещё из опытов прошлых веков известно, что электрическое поле в телах и в пространстве можно создавать разными путями. Например, электрическое поле (потенциально способное привести в упорядоченное движение электроны в каком-либо проводнике) можно создать, просто зарядив электричеством плоский конденсатор, изобретённый ещё в 1745 году Бенджамином Франклиным и состоящий из двух параллельно расположенных металлических пластин.
Заряжание плоского конденсатора электричеством состоит в том, что с одной его металлической обкладки снимаются тем или иным путём свободные электроны (в металле создаётся их разрежение), а на другую металлическую обкладку они переносятся (в металле создаётся повышенная концентрация свободных электронов).
Это аналогично тому, что взять два воздушных баллона-ресивера, взять насос и с его помощью воздух из одного баллона перекачать в другой, создав в одном баллоне-ресивере — вакуум, а в другом — сжатый воздух. И если для закупорки баллонов-ресиверов служат специальные механические вентили (клапаны), то для «закупорки» открытой электрической ёмкости требуется всего лишь размыкатель электрической цепи — выключатель.
Давайте вспомним сейчас, что нам рассказал ранее Виктор Иванович Гапонов в своей книге «ЭЛЕКТРОНЫ» по поводу того, почему электроны обычно не покидают поверхность металлов, и в каких случаях они всё-таки покидают её:
«…Среди беспорядочно движущихся электронов всегда есть такие, которые летят по направлению к поверхности металла. Будут ли они вылетать из металла? Ведь если оставить открытым сосуд с газом, молекулы которого также находятся в беспорядочном движении, как и электроны в металле, то молекулы газа быстро рассеются в воздухе. Однако в обычных условиях электроны не вылетают из металла. Что же их удерживает? Притяжение ионами. Когда электрон поднимается немного над поверхностью металла, над ним уже нет ионов, а внизу, на поверхности, есть. Эти ионы притягивают поднявшийся электрон, и он падает обратно на поверхность металла, как падает на землю брошенный вверх камень.
Только очень быстрые электроны могут преодолеть силы электрического притяжения и покинуть металл. Это и происходит при нагревании. При нагревании металла усиливается движение не только атомов, но и электронов, и при высокой температуре из металла вылетает столько электронов, что их поток можно обнаружить.
Увеличить (кинетическую) энергию электронов и заставить их вылетать из металла можно не только нагреванием, но и освещением. Такие явления изучил в 1888-1890 годах русский физик, профессор Московского университета А. Г. Столетов. Поток световых лучей несёт энергию, и если свет падает на металл, то часть этой энергии поглощается металлом и передаётся электронам. Получив добавочную энергию, некоторые электроны преодолевают притяжение ионов и вылетают из металла. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом…»
В случае с нашим заряженным плоским конденсатором будем считать, что его металлические обкладки имеют небольшую температуру (она равна температуре окружающего воздуха), и на них не падает свет ультрафиолетовой лампы, обладающий высоким разряжающим эффектом.
При этом одна обкладка плоского конденсатора после его зарядки содержит в себе избыточное количество свободных электронов, и между ними и ионами металла, из которого сделана эта обкладка конденсатора, из-за этого возникает нечто вроде «электрического давления», а другая обкладка содержит в себе недостаточное количество свободных электронов, и между ними и ионами металла, из которого сделана эта вторая обкладка конденсатора, из-за этого возникает нечто вроде «электрического вакуума». А в целом, поскольку обе обкладки плоского конденсатора — это единая электрическая система, между ними возникает «электрическое поле», обладающее потенциальной энергией.
Напоминаю, что мы разбираемся по понятиям! Поэтому я должен ещё напомнить, что термин «электрическое поле» вместе с термином «магнитное поле» придумал знаменитый экспериментатор и учёный Майкл Фарадей (Michael Faraday, годы жизни 1791-1867), который долгое время и очень успешно изучал явления электромагнетизма.
В 1831 году М.Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, природу которого он объяснил следующим образом.
Окрестность всякого заряженного тела пронизана электрическими силовыми линиями, которые передают «силу», и аналогично энергия магнитного поля течёт вдоль магнитных силовых линий. Эти линии не следует рассматривать как условные абстракции, они представляют собой физическую реальность. При этом: всякое изменение электрического состояния среды порождает магнитное поле, а всякое изменение магнитного состояния среды порождает электрическое поле.
Итак, вооружаемся этим знанием и возвращаемся к нашему заряженному плоскому конденсатору, у которого одна обкладка содержит в себе избыточное количество свободных электронов, находящихся под высоким «электрическим давлением», а другая — содержит недостаточное количество свободных электронов, в силу чего там имеется «электрический вакуум».
Теперь надо озадачиться вопросом: если пространство, окружающее обкладки заряженного конденсатора, пронизано электрическими силовыми линиями, которые передают силу», тогда что представляют собой эти силовые линии, которые мы должны воспринимать как физическую реальность?
Я обязан сейчас заметить читателю, что до Фарадея в европейской науке главенствовала «теория дальнодействия», которой придерживались многие известные европейские учёные того времени. Они полагали, что «электрическое действие передается мгновенно на сколь угодно большие расстояния, при этом промежуточная среда может отсутствовать вовсе». Точнее, они были даже убеждены в отсутствии оной. По их мнению, «один заряд мгновенно ощущает присутствие другого непосредственно…» Хотя, замечу, издревле просвещённым людям была известна идея эфира, промежуточной мировой среды, матери всякого вещества. Но это мировоззрение всегда было как тест на «арийскость», принадлежность к античной культуре, и оно не приветствовалось в Европе! Не так давно даже «гелиоцентрическая система», обоснованная античным «арийцем» Аристархом Самосским, жившим в Элладе ещё до новой эры, была под строжайшим запретом! И она была бы ещё долго под запретом со своим утверждением, что Земля обращается вокруг Солнца, а не наоборот, если бы не итальянский учёный Галилео Галилей со своим убедительным «принципом относительности»! Вот такое мракобесие всегда имело место в послепотопной Европе!
Вот и Майкл Фарадей (подобно Галилею) своими убедительными опытами и открытиями заставил сложившуюся в Европе порочную систему миропонимания хотя бы слегка измениться!
Фарадей доказал: заряд создаёт протяжённое электрическое поле, и уже с ним взаимодействует другой заряд. Никакого непосредственного (между зарядами) дальнодействия на расстоянии нет!
«Веским основанием для отказа от господствующей теории дальнодействия были опыты Фарадея с диэлектриками и диамагнетиками — они ясно показали, что между зарядами есть промежуточная среда, и она активно участвует в электромагнитных процессах. Более того, Фарадей убедительно показал, что в ряде ситуаций электрические силовые линии искривляются, подобно магнитным. Например, экранировав два изолированных шара друг от друга и зарядив один из них, можно наблюдать индуктивные заряды на втором шаре. Из полученных результатов Фарадей сделал важный вывод: «сама обычная индукция во всех случаях является действием смежных частиц и что электрическое действие на расстоянии (то есть обыкновенное индуктивное действие) происходит только благодаря влиянию промежуточной материи». Источник.
Эй, кто там врёт в учебниках по физике, что Фарадей не признавал существование эфира?! Вот оно, разоблачение вашей лжи!
Таким образом, благодаря М.Фарадею и разбираясь по понятиям, мы приходим к пониманию, что электрические и магнитные силовые линии — не просто физическая реальность, а это определённым образом структурированная «промежуточная материя», о которой в своём монументальном труде «Экспериментальные исследования по электричеству» Фарадей написал: «Пустота это нонсенс! Мир целиком заполнен проницаемой материей, и влияние каждой материальной частицы близкодейственно, то есть распространяется на всё пространство с конечной скоростью (а не с бесконечной, как уверяли сторонники «теории дальнодействия». Комментарий — А.Б.) Наблюдатель воспринимает это влияние как разного рода силы, но нельзя сказать, что одна из сил первична и является причиной других, все они находятся во взаимной между собой зависимости и имеют общую природу».
Из выше сказанного следует, что под термином «электрическое поле», который используется в современной физике, равно как и под термином «магнитное поле», мы должны представлять себе бесконечную по своей протяжённости материю, буквально мировую среду, принимающую в силу тех или иных обстоятельств (по причине силового воздействия на неё в каком-то конкретном месте) ту или иную «особую форму» в виде локальной однородности, отличной от всей остальной однородности бескрайнего поля материи.
Заглянем для интереса в учебник Г.Я.Мякишева «Физика — учебник для 11 класса» и прочтём: «Электрические и магнитные поля — проявление единого целого — электромагнитного поля. Электромагнитное поле — особая форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными частицами. Оно существует реально, то есть, независимо от нас и наших знаний о нём. Но в зависимости от того, в какой системе отсчёта рассматриваются электромагнитные процессы, проявляются те или иные стороны единого целого — электромагнитного поля. Все инерциальные системы отсчёта равноправны. Поэтому ни одному из обнаруживающих проявлений электромагнитного поля не может быть отдано предпочтение».
Вроде бы, здесь написано всё то же самое, что и М.Фарадей написал в своём великом труде «Экспериментальные исследования по электричеству», и есть в этом учебнике физики как будто бы даже признание существования материи, мировой среды! Ведь электромагнитное поле понимается сегодня как «особая форма материи»! Вот только строгая научная логика Фарадея чудовищным образом нарушена современной физической парадигмой!
Великий естествоиспытатель Фарадей считал, что мир целиком заполнен проницаемой материей, и эта материя при движении зарядов сквозь неё или при статическом расположении зарядов в ней может локально менять свои физические качества, структуру (или «форму»). В ней могут возникать области, «поля», пронизанные реальными силовыми линиями. Причём, как выяснилось из опытов, силовые линии магнитного поля несут в себе кинетическую энергию, а силовые линии электрического поля несут в себе потенциальную энергию. И соответственно, они принципиально разные.
