О ПРИРОДЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА
Аннотация к статье: О природе
электромагнетизма. Аннотация
Занимаясь своей будущей « Электромагнитной теорией», Д.Максвелл никак не мог найти нужного ему переносчика взаимодействия между переменным магнитным потоком и индуктируемой в катушке Э.Д.С. После долгих раздумий и колебаний Д.Максвелл, опираясь на кажущуюся симметричность электрических и магнитных явлений и советы К.Неймана, искусственно ввел в свою теорию т.н. «вихревое электрическое поле», снабдив его свойствами, обеспечивающими возможность взаимной обратимости электрических и магнитных полей, совершенно необходимыми ему для создания математического аппарата своей теории… За полторы сотни лет своего развития электромагнитная теория превратилась, с чьей–то «легкой руки», в «феноменологическую» (божественную) и «фундаментальную», надежно отгородившись от всякого посягательства на себя своими статусами.
Но, любая теория остается непогрешимой и верной, пока не обнаружится хотя бы один факт практического опыта, противоречащий этой теории, одно единственное сомнение в ее достоверности. Это должно насторожить, заставить нас пристальней взглянуть на то, что считается абсолютной истиной.
И такие сомнения есть…
Парадокс трансформатора
Взглянем на давно известный электромагнитный аппарат – трансформатор (рис.1):
Зная его принцип действия, можно без особого труда проследить цепочку энергетических преобразований в нем:
электрическая энергия Ээ в первичной обмотке w1 трансформатора преобразуется в энергию Эм магнитного потока Ф сердечника, которая во вторичной обмотке w2 трансформатора вновь преобразуется в электрическую энергию ЭЭ (рис
2).
Теперь рассмотрим эту энергетическую цепочку в динамике:
ЭЭ может изменяться в очень больших пределах – от 0 до ЭЭ mах. Соответственно, от 0 до Эм max синхронно должна изменяться и Эм – мы это вправе ожидать, ведь Эм есть звено в энергетической цепочке трансформатора. Но теория (и реальный факт) говорят о том, что магнитный поток трансформатора, а соответственно и его энергия, есть величина постоянная и никоим образом не зависящая от уровня энергии, проходящей через трансформатор. Таким образом, выстроенная нами логическая энергетическая цепочка работы трансформатора не согласуется с теоретической посылкой о роли магнитопровода в общем устройстве трансформатора. Мы наблюдаем нарушение причинно - следственных связей, т.е.
ПАРАДОКС. И как бы это не выглядело странным и действительно парадоксальным, приходится признать:
магнитный поток в сердечнике трансформатора участия в передаче энергии через трансформатор не принимает.
Э.Д.С. самоиндукции
Рассмотрим цепь переменного тока с индуктивностью L (рис.3). Согласно теории, в катушке L создается противоЭ.Д.С. -UL, по величине равная сетевому напряжению, но направленная встречно ему - так называемая уравновешивающая Э.Д.С. или Э.Д.С. самоиндукции.
Но в таком случае вольтметр V должен показывать нуль или величину близкую к нулю. Прибор же всегда показывает напряжение сети.
Почему? И под действием какой силы, в таком случае, в цепи течет ток, ведь напряжения
уравновешены?
Эффекты на трансформаторе
Обычный двухобмоточный трансформатор подключим к сети переменного тока. В цепь первичной обмотки ω1 включим лампочку L1, а в цепь вторичной обмотки ω2 включим лампочку L2. Условимся, что лампочки горят в полнакала. Снабдим трансформатор третьей обмоткой ω3, охватывающей весь трансформатор.
При подаче на обмотку ω3 переменного напряжения Uy от стороннего источника той же частоты обнаружим , что в зависимости от величины напряжения Uy или фазы между напряжениями Uy и Uc лампочки L1 и L2 или гаснут или разгораются до полной яркости свечения. Тем самым мы обнаружили
эффект влияния «нелогичной» обмотки ω3 на режим работы трансформатора. При манипулировании типами и расположением обмоток ω1 и ω2 на стержнях магнитопровода выясняется, что
эффект влияния распадается на 2 части:
-
Синхронный эффект – лампочки L1 и L2 погасают или разгораются одновременно;
-
Асинхронный эффект – одна из лампочек гаснет, в то время как другая разгорается;
Между тем находится такая конструкция и место расположения обмоток, когда эффекты влияния не проявляются вовсе.
Если на «нелогичную» обмотку ω3 не подавать напряжение Uy а подключить к ней измерительный прибор – вольтметр, то обнаружим
генераторный эффект, который опять же в зависимости от конструкции обмоток и их расположения распадается на:
Прямопропорциональный генераторный эффект – в «нелогичной» обмотке генерируется ЭДС (и выделяется мощность) прямо пропорциональная мощности, проходящей через трансформатор.
Обратнопропорциональный эффект.
И также, как и в эффектах влияния, есть случай, когда генераторные эффекты не возникают вовсе.
Изменение яркости свечения, по крайней мере лампочки L1 в эффектах влияния, можно объяснить лишь одним: наблюдается эффект изменения индуктивности первичной обмотки ω1 трансформатора.
Т.е. индуктивность обмоток трансформатора (дросселя), полученная, как факт при его изготовлении,
изменяется (регулируется) как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения ?!! от своего номинала.
О природе электромагнетизма
Чтобы выяснить реальную картину физических процессов, протекающих в работающем трансформаторе, сделаем лишь одно допущение: линии магнитной индукции (ЛМИ) не «возникают» (по Максвеллу),
а генерируются ускоренно движущимися электронами и распространяются в окружающее пространство последовательным механическим перемещением, при торможении электронов ЛМИ, опять же, не «исчезают», как у Максвелла, а в обратной последовательности сходятся, свертываются на электронах, их породивших. Иными словами:
электрон и магнитное поле, им рожденное, образуют жесткую механическую систему со всеми свойствами, присущими таким системам (закон сохранения импульса, закон сохранения энергии).
Рассмотрим принцип работы трансформатора с позиции выдвинутой версии: при росте тока в первичной обмотке w1 от нуля, генерируемые электронами ЛМИ перемещаются от проводника в магнитопровод, связываясь там магнитными доменами материала. По пути следования от центра генерации (электрона в первичной обмотке w1 ) в магнитопровод, ЛМИ пересекают витки вторичной обмотки w2 , создавая в ней Э.Д.С. При убывании тока в обмотке w1 происходит обратный процесс—ЛМИ освобождаются, выходят из сердечника и сворачиваются на электронах, их породивших. При этом ЛМИ вновь пересекают витки вторичной обмотки w2 , создавая в ней такую же Э.Д.С., только противоположного направления. На зажимах вторичной обмотки w2 появляется переменная Э.Д.С. – напряжение холостого хода Uхх.
Процессы генерации и сворачивания ЛМИ сопровождаются отбором энергии из сети и последующим возвратом ее в сеть. Это есть режим холостого хода трансформатора. Из установившегося режима холостого хода следует обязательность равенства энергий преобразований:
количество энергии, затраченное сетью на генерацию ЛМИ, равно количеству энергии, полученное сетью от свертывания ЛМИ.
Процесс генерации ЛМИ сопровождается противодействием первичной цепи трансформатора источнику питания, нам это противодействие известно как «индуктивное сопротивление». При сворачивании ЛМИ на электронах первичной обмотки происходит «подхлестывание» электронов (идет возврат энергии в сеть), воспринимаемое нами как Э.Д.С. самоиндукции.
Появление тока во вторичной цепи трансформатора приводит к нарушению баланса энергий преобразований, т.к. ЛМИ часть своей энергии отдают электронам вторичной обмотки (в сеть вторичной обмотки). Недобор энергии от свертывания ЛМИ немедленно восполняется отбором соответствующего количества ее из питающей сети. Баланс энергий преобразований восстанавливается.
Таким образом, заменив лишенные какого-либо физического смысла понятия «возникновение» и «исчезновение» магнитного поля понятиями «генерация» и «свертывание», мы описали принцип действия трансформатора, не изобретая новые поля и частицы. Мы лишь взглянули на давно известное под другим углом зрения. При этом выяснилось следующее:
1. Исчез парадокс трансформатора – теперь мы знаем, что магнитный поток сердечника трансформатора действительно не участвует в процессе передачи энергии от первичной обмотки к вторичной,
переносчиком энергии являются ЛМИ.
2. Э.Д.С. во вторичной обмотке трансформатора создается не вихревым электрическим полем (по Максвеллу), а хорошо известной
силой Лоренца.
3. В цепи переменного тока с индуктивностью действует только одно напряжение – напряжение сети,
никаких противоЭ.Д.С. не существует.
Для чего трансформатору магнитопровод?
Удалим сердечник из состава трансформатора и опробуем его на работоспособность. Трансформации энергии нет. На экране осциллографа характерная кривая (Рис.5)
Острые пики показывают момент срыва генерации ЛМИ – происходит разрушение механической системы «электрон – ЛМИ» – идет «пробуксовка» ЛМИ на электронах. Причина – «магнитное давление» в токонесущем контуре обмотки (это в равной степени относится и к первичной и ко вторичной обмоткам) - жесткости системы «электрон – ЛМИ» недостаточно для генерации и «упаковки» в контур необходимого количества ЛМИ. Трансформатор переходит в режим короткого замыкания по первичной цепи, т.к. нет условий для создания достаточного по величине индуктивного сопротивления.
Из этого опыта становится понятным обязательное наличие ферромагнитного сердечника в составе трансформатора. Его назначение – плотная «упаковка» ЛМИ.
Здесь отчетливо виден физический смысл относительной магнитной проницаемости m. Она показывает, во сколько раз большее число ЛМИ поместится в данном магнитопроводе, чем в контуре такого же сечения в воздухе.
Вернемся к эффектам на трансформаторе. Становится понятным механизм влияния «нелогичной» обмотки на режимы работы трансформатора – электроны обмоток взаимодействуют со сторонними ЛМИ с той лишь разницей, что
сторонние ЛМИ не могут свернуться на этих электронах.
Опыт по обнаружению факта перемещения ЛМИ в пространстве,
график-прогноз и осциллограмма
Версии о способности ЛМИ перемещаться в пространстве требуется качественное инструментальное подтверждение. Выясним форму графика скоростей ЛМИ взяв за основу график тока в первичной обмотке- Im sin ωt .( Рис.6)
Совершенно очевидно, что при всех нулевых значениях тока в первичной цепи будущий график скоростей ЛМИ тоже будет иметь нулевые значения. В точках максимума, когда ускорение электронов равно нулю, скорости перемещения ЛМИ опять же будут равны нулю. Таким образом, через каждую четверть периода график скоростей ЛМИ должен иметь нулевые значения. На каждом таком участке, ограниченном нулевыми значениями, скорость ЛМИ должна вырасти от нуля до максимального значения и снизиться опять до нуля. Во второй половине периода графика тока график скоростей также будет расположен под временной осью - меняется направление ЛМИ. В итоге формируется приближенная форма графика – он похож на некую двугорбую синусоиду (см. рис.7). Но аналогов полученной кривой,
полностью подтвержденной осциллограммой, автору ни в математике, ни в физике найти не удалось.
РЕЗЮМЕ
На основании результатов опытов выявились
новые, ранее закрытые понятием «вихревое электрическое поле» свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле рождается (генерируется) ускоренно движущимися электронами и исчезает
свертыванием на этих же электронах при торможении последних –
электрон и магнитное поле образуют жесткую механическую систему. Способность к перемещению поля в пространстве есть необходимое условие возникновения генерации.
2. Магнитное поле поддается фокусировке в данную точку пространства – это, по сути дела, есть следствие его способности к перемещению.
3. Магнитное поле обладает высочайшей проникающей способностью, материальных экранов для него не существует, остановить его перемещение возможно лишь связыванием его в замкнутом ферромагнитном контуре (случай трансформатора).
4. При рассмотрении принципа работы трансформатора по предложенной версии рождения и распространения магнитного поля, нам не пришлось прибегать к понятию «вихревое электрическое поле»
за ненадобностью. Отсюда вывод – т.н. «вихревое электрическое поле», как физическая реальность,
не существует.
Версия для печати
Авторы: Золотухин Владимир Алексеевич
Дата публикации 24.05.2007гг
вверх
|
