Аналитика

Есть вещи настолько простые и очевидные, настолько вошедшие в наш быт, кажется мы все о них знаем, давайте посмотрим подробнее, что входит в это множество «все», по отношению к электрическим явлениям. Главное какого качества это «все». Мнение совершенно личное.

Эпиграф

К верхнему днищу приварено треугольное отверстие диаметром три на четыре.

Экзаменационная мудрость.

Освежить память

Так вышло что двадцатый век стал веком электричества. Нефть дала нам огромные количества энергии, но применить ее эффективно мы смогли только с помощью электричества. Наверное, нет ни одной сферы деятельности человека куда электричество не проникло бы в 19-20 веках и которую оно не изменило бы революционно.

Что послужило причиной столь бурного развития использования электричества последнее время, конечно же революционные открытия в области электрических явлений, я имею в виду не теоретические открытия, а именно практику использования электрических явлений. Теория электричества попросту ужасна, дальше мы остановимся на этом подробнее.

Сами электрические явления были известны очень давно, уверен, что первобытные люди наблюдали грозы, а в древнем Египте с помощью неких аналогов электрических батарей осуществляли гальванопластику (что можно считать уже практически доказанным). Однако, само по себе электричество не особенно находило применение, потому, что не было его надежного источника.

Первоначально человечество познакомилось с явлениями трибоэлектричества, и хотя сами по себе эти явления бывают весьма впечатляющими, например грозы, но они нестабильны, и не позволяют делать электрические устройства с воспроизводимыми режимами работы. Трибоэлектричество и сейчас является головной болью всех инженеров связанных с электричеством, вечно от него всякие сюрпризы, которых никто не ждет.

Первым стабильным устройством дающим электричество можно назвать вольтов столб, по сути это электрохимическая батарея, которая преобразует химическую энергию веществ в электрическую. Данное устройство требовало редких в то время химикатов и было весьма дорого в эксплуатации. Хотя нам всем теперь хорошо известны пальчиковые батарейки, аккумуляторы, но все эти устройства вошли в практику много позднее, когда электричество научились добывать преобразованием механической энергии с помощью генераторов.

Первым стабильным генератором электричества можно назвать электрофорную машину (генератор Вимшурста). С помощью этого устройства можно было механическую работу преобразовывать в электрический потенциал. Наверное именно с этого устройства и началось плотное изучение электричества, потому, что ничто не иллюстрирует электрические явления лучше электрофорной машины. Именно с помощью этого устройства, были выявлены первые закономерности касающиеся электричества.

Одним из базовых законов описывающих электричество, является закон Кулона. Формулировка его проста: «Сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна произведению их величин и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними».

Математически это можно выразить элегантной формулой:

F = k*q1*q2/r(1)

(Где k — некий параметр зависящий от условий проведения опыта)

Данный закон является феноменологическим, то есть он получен непосредственно из опытных данных. Основные исследования проводились именно на генераторе Вимшурста, потому что он обеспечивает все необходимые для исследования физические явления, хотя сам закон был открыт несколько раньше.

Собственно все наши знания об электричестве базируются именно на этой формуле, за исключением нескольких дополнительных вещей относящихся к электродинамике. Физически модель базируется на понятии электрических зарядов, без частностей. Я не знаю другого фундаментального отношения в физике, которое было бы столь востребовано в разных ее областях.

Как водится с началом двадцатого века, физики решили навести порядок в электрических явлениях, потому, что физика их чрезвычайно разнообразна. Для «облегчения жизни» теоретики от физики решили отказаться от эфира, который раньше исполнял роль среды распространения электрических явлений, взамен был выдуман электрон, как носитель всех электрических явлений.

«Тут-то приехал Ржевский все и заверте…» - как говорится в известном анекдоте.

Чему не учат в школе

Прежде чем мы перейдем к конкретным физическим явлениям, я хотел бы немного поговорить об эстетике теоретезирования, так сказать. Потому, что чистоплотность физиков-теоретиков лично у меня вызывает серьезные сомнения, объясню почему.

Начнем с простого, когда-то и я учился в школе, пусть многие на АШ не верят этому, но это факт. Среди прочих различных предметов у нас была математика, которую вела злющая математичка (да простит меня эта добрейшая женщина, но с другим характером математичками ИМХО быть не положено, а то все забалуют), так вот не было более тяжкого преступления, чем решая задачу посмотреть в ответ и подогнать решение.

Она могла простить ошибки в вычислениях, помарки, запинания при ответе, ну то есть ругалась не очень сильно, подгон решения под готовый результат в ее табели о рангах был как инцест осложненный богохульством в престольный праздник, а то может что и похуже. Совершивший это преступление доложен был решить десяток задач при ней, в свое и ее свободное время и при этом еще выслушать о себе много нелестного. Поэтому я всегда отношусь с трепетом к логике решения задач, ибо цифры конечно важны, но логика решения гораздо важнее, ИМХО.

Так уж вышло, что в 19 веке теоретическим основанием, для науки об электричестве являлся эфир, это нетрудно выяснить прочитав например труды М.Фарадея или Н.Теслы. Собственно именно эти два человека практически подарили знакомое нам всем электричество человечеству, они были сторонниками эфира. Труды Фарадея обобщил Д.Максвелл, он вывел на основании его опытных данных и некоей математической модели эфира свои знаменитые уравнения, на которые все физики-теоретики так любят молиться, еще раз замечу, что эти уравнения феноменологические, то есть полученные в результате обобщения наблюдений, они не теория, они чистая практика.

Пришел 20 век-чародей, эфир как основание электрических явлений канул в лету, теоретики от него отказались, потому, «что они в нем не нуждались». Хозяин-барин,- это вообще не важно как вы интерпретируете данные, главное чтобы было удобно работать, но первое, что вы должны сделать отказавшись от основания некой теории, - это отказаться от ее следствий, в том числе и математического аппарата, построенного на неверных моделях, - это было бы логично и честно.

Но честь и логика это не про физиков-теоретиков 20 века, к чему отказываться от уравнений которые так хорошо работают, давайте все исходники выкинем, а уравнения оставим и не беда, что они выводились для совсем других физических моделей, главное же работают. Жаль, что тогда моя математичка наверное была еще очень мала, и не могла поучить их рейсшиной по горбу, им определенно было бы полезно. Люди банально подогнали решение задачи под имеющийся у них ответ.

Другая несуразица теории электромагнетизма, практически незаметна, но от этого не стала приятнее. Как известно, ошибка допущенная в первом шаге решения задачи делает задачу неразрешимой. У электричества есть целый ряд процессов, идущий в вакууме, без посредства вещества, пока на страже был эфир - все было в порядке, это были волны эфира, ну и под эту модель как-то подтягивали математический аппарат.

Потом эфира не стало, а аппарат остался, только теперь появился загадочный термин - «электро-магнитное поле». Вы никогда не добьетесь у физиков ответа что такое «поле», они завалят вас математикой присыпанной сверху благими рассуждениям, но ни за что не скажут в чем заключается физическая модель этого самого «поля», каковы его физические основания. То есть, мы опять видим как наши бравые теоретики взяли на вооружение следствие чужих моделей и получили свои нобелевки.

Их не волнует, что без эфира сама модель поля нефизична. Ведь если нет среды контролирующей распространение волны своими физическими особенностями, то совершенно непонятно, что руководит распространением волны в ту или иную сторону? Почему амплитуда повышается а потом понижается, волна что заранее знает какому закону ей подчиняться или заглядывает в будущее? То есть долблестные теоретики пропустили еще как минимум одну степень свободы системы, а теперь усиленно ковыряются в носу городя зубодробительную математику, которая нужна только за тем чтобы скрыть незнание описываемых процессов?

Можно было бы долго ругаться на то, что мне не нравится в том отвратительном передергивании которое физики называют теорией ЭМ явлений, но в общем случае я редко видел чтобы один теоретик хвалил другого, так что главное в теории чтобы она охватывала максимум физических явлений в своей области имела минимум аксиом и была относительно удобна в использовании. В случае если появляется какое-либо новое физическое явление теорию необходимо пересматривать. Поэтому мерилом удобства любой теории будет практика, давайте рассмотрим некоторые явления электромагнетизма.

Возможно, уважаемый читатель найдет какие нибудь разумные объяснения наблюдаемым фактам в рамках текущей теории, тогда прошу изложить их в комментариях, потому что у меня таких объяснений нет. Сразу оговорюсь, парадоксов в науке об электричестве, что на шелудивой шавке блох, поэтому здесь я привел только то, что особенно покоробило меня, при надлежащем интересе вы можете обнаружить еще множество странных вещей связанных с электричеством.

Немного практики

Закон Ома для участка цепи

Да вы не ошиблись, это действительно простейшее явление из наших розеток(ну почти), физическая суть которого отражена формулой:

I = U/R (2)

Где соответственно I – ток зарядов, U – напряжение, а R – сопротивление проводника току.

Закон этот феноменологический, то есть основан на наблюдениях, только уже не Фарадея, а Ома, точно так же как и закон Кулона (1), а что не так с этими законами спросите вы, давайте разберемся. Если верить теоретикам то законы Ома неким относительно несложным преобразованием должны переводиться в законы Кулона, потому, что причина у них одна.

Для начала давайте построим физическую модель проводника с током соответствующую закону Кулона.

Носитель электричества у нас электрон. По сути (с точки зрения закона Кулона), проводник это пространство заполненное подвижными электронами, а ток(I) — это движение этих самых электронов через сечение проводника, в то время как напряжение(U) — это плотность электронов на единицу объема проводника, сопротивление(R) — это ширина канала проводника пропускающая электроны, никакой другой модели на таких данных не построить. То есть, проводник это по сути дела конвейер электронов, электроны никуда не деваются из проводника и напряжение на всех участках проводника одинаково.

Однако, исходя из опытных данных с проводниками под током, мы знакомы с явлением «падения напряжения». То есть если верить Кулону, напряжение в проводнике падать не должно, а вот Ом утверждает что оно падает, и оно реально падает, такое впечатление будто часть электронов при путешествии через проводник куда-то исчезают, а взамен выделяется тепло, соответственно напряжение в проводнике падает по мере прохождения тока. Кроме того, как мы знаем из опытов Кулона электроны могут иметь разные скорости, однако в проводниках никаких физических явлений отвечающих этой концепции нет, у нас нет больших токов при больших скоростях электронов и низких напряжениях и обратно, у нас нет малых токов при больших напряжениях. Скорость распространения электрического импульса в проводнике вообще константа. То есть, законы Кулона неприводимы к законам Ома и обратно, вероятнее всего они описывают совершенно разные явления.

Скопление зарядов на диэлектриках

Современная физика полагает. что заряды скапливаются в проводниках, однако досужие экспериментаторы выяснили, что заряд скапливается почему-то на диэлектрике. Этот любопытный факт был известен оказывается очень давно, с начала 20 века, и что бы вы думали, как физики справились с противоречием? Какой-то британский ученый сказал, что все это происходит потому, что на поверхности диэлектриков есть пленка воды, и заряд скапливается в ней, если все хорошо осушить, то никакого накопления заряда на диэлектрике не происходит, надо думать на поверхности проводников пленки воды нет.

И этому прощелыге все немедленно поверили, никто не стал ничего проверять, а зачем? Однако, а если среда неводная, тогда как? Вообще появляется множество если. Однако, в обычных условиях заряд скапливается именно на диэлектрике и никогда в проводниках.

И тут я вспомнил. Есть же простой школьный опыт электризации, тот самый где наэлектризованная палочка диэлектрика притягивает мелкие кусочки бумаги. Повторить этот опыт просто.

Для тех кто интересуется можно увидеть чудо, берем два кусочка бумаги (диэлекрика), свободно закрепляем их на ниточке, касаемся наэлектризованной палочкой, они послушно отталкиваются, как нам говорит Кулон, а что если мы возьмем вместо них два кусочка фольги (проводника) приблизительно того же веса, на той же ниточке, технических различий быть не должно.

Удивительно, такой опыт почему-то не показывают в школе, если вы его воспроизведете, то легко поймете почему. Листочки фольги с удовольствием притягиваются к наэлектризованной палочке, но практически мгновенно теряют полученный заряд, куда он девается? Уходит через ниточку? Спросите у физиков. Почему на диэлектриках заряд достаточно хорошо держится, а на проводниках нет, причем для разных проводников эффект этот разный, по крайней мере на первый взгляд. Я уж не горю, что при определенных обстоятельствах диэлектрики которые только что отталкивались, начинают с таким же усердием притягиваться, а потом снова отталкиваться, описывая это явление физики что-то говорят про переполяризацию, очень удобно. Очевидно, данный комплекс явлений носит гораздо более сложный характер, чем нам пытаются изобразить.

Электролиз

Электролиз — это явление происходящее в электролитах под действием электрического тока. Современное объяснение электролиза сводится к тому, что электролит распадается на ионы (заряженные частицы) которые потом отдают или поглощают электроны на электродах и выделяются там в виде электронейтральных веществ, - этот процесс и называется электролизом, особо отмечается, что электронной проводимости через растворы электролитов нет (есть экзотические исключения типа растворов щелочных металлов в жидком аммиаке, но это другая история).

Вы спросите, ну что не так с электролизом, ведь все же школьные учебники подробнейшим образом расписывают это процесс. Не так один единственный факт, при электролизе всегда тратится больше тока, чем идет на выделение веществ на электродах, недостающая часть тока идет на нагревание раствора, более того можно создать такие условия, что большая часть тока будет тратиться на нагревание раствора (студенческий кипятильник на двух лезвиях все помнят).

Ну и что, скажете вы, ну идет и бог с ней. Однако, если электрон ушел с электрода в раствор, то он может сделать это только в виде иона(по современным понятиям), а все ионы обязаны разрядиться на противоположном электроде, - это закон природы.

Простой вопрос куда деваются электроны пошедшие на тепло? Ответа на этот вопрос вы не найдете нигде. Ответа просто нет, все мои знакомые электрохимики при попытке задать им этот вопрос уходят в глубокую несознанку, наверное это какая-нибудь страшная профессиональная тайна, не иначе.

Притяжение проводников с током

Из опытов известно, что проводники с одинаково направленными токами притягиваются. Сразу встает вопрос, а как же кулоновское отталкивание одноименных зарядов? Оказывается есть и отталкивание для этого надо чтобы токи были встречные.

Знатоки немедленно поправляют меня, что я вижу только магнитную составляющую токов, потому что кулоновская составляющая нивелирована ядрами кристаллической решетки проводников. Знаете, я им практически верю, если бы не один маленький факт. Я еще застал телевизоры на лучевых трубках (кинескопах), так вот пучки электронов летящих из электронной пушки всегда давали отчетливый «пиксель», электроны никуда не спешили уйти из канала луча, более того были много апертурные электронные пушки, которые давали несколько параллельных пучков электронов, и пучки эти тоже не торопились расходиться, хотя никаких положительных ионов компенсирующих силы Кулона, в вакууме очевидно нет или все таки есть? А может быть нет самих сил Кулона для этих явлений? В общем фактология не ясна.

Скорость распространения электрического сигнала в проводниках

Как всем известно скорость распространения электрического сигнала(ток к стати тоже с такой скоростью распространяется) в проводнике, равна скорости света. В то же время доказано, что электроны движутся в проводнике весьма медленно. У знатоков на это готов ответ, они передают электромагнитное взаимодействие по эстафете, механизм этого странного явления никто из физиков никогда не описывает. Создается такое впечатление, что электроны передают свое электромагнитное поле соседям, а себе берут чужое, как эстафетную палочку, то есть поле не связано с электронами намертво, как нас убеждают современные физики.

Однако, если немного подумать, то становится очевидной вещь, электроны не принимают никакого участия в электрической проводимости, электрическое поле есть и у электронейтральных веществ, очевидно, что его тоже можно передавать эстафетой, никакой нужды в электронах для этого нет. По крайней мере все так выглядит, у нас все атомы имеют ядра и электроны, что им мешает передавать электрический импульс по эстафете, зачем нужны непременно «свободные» электроны?

Сверхпроводимость

Природное явление наступающее при охлаждении проводящих веществ ниже определенной температуры. Суть его в том, что сила тока перестает подчиняться закону Ома и проводник теряет сопротивление. Современная точка зрения опирается на то, что при низких температурах электроны претерпевают фазовый переход (что само по себе говорит о том, что есть различные аллотропические модификации электронов, про которые современная физика ничего не знает) объединяются в «куперовские пары» которые собственно и обеспечивают сверхпроводимость.

Ни один физик еще никогда не сказал, что кулоновские силы связаны с температурой, тем не менее мы видим факт. При низкой температуре эти силы очевидно ослабевают, иначе каким образом образуются эти таинственные «куперовские пары»?

Это явление еще более любопытно, что фазовый переход электронов происходит при существенно разных температурах для разных веществ, то есть, это видимо фазовый переход веществ, но не электронов в них, иначе температура фазового перехода находилась бы в какой-то узкой области (см. коллигативные свойства растворов) или зависела от количества свободных электронов в веществе. Все это намекает на то, что электроны никак не связаны со сверхпроводимостью, а возможно ей и вредят.

Уравнение Шредингера

Этот позор физиков 20 века, который отбросил развитие химии на столетие, минимум. У меня много цветистых эпитетов на счет этой фигни, но я остановлюсь на самом вопиющем с моей точки зрения.

Очевидно, что электроны подчиняющиеся силам Кулона, не могут образовывать тех орбиталей, что им приписывает Шредингер, - это технически невозможно. Все кулоновские силы имеют шаровую симметрию и никакой другой, шаровая симметрия не характерна для облаков электронной вероятности уравнения Шредингера. Знатоки конечно тут же закричат, а как же s-орбитали? Уважаемые знатоки читайте учебники и учите термин «гибридизация орбиталей», больше мне вам сказать нечего. Технически, решения уравнения Шредингера противоречат законам Кулона.

Однако, самое отвратительное, то что химическая связь в точки зрения современных физиков, это некое подобие «куперовской пары», когда электроны «притягиваются» друг к другу, как они это делают с точки зрения законов Кулона, остается загадкой, видимо для «объяснения» этого парадокса и была придумана квантовая механика. Но если электроны в атомах ведут себя квантово-механически, а в проводниках они себя так не ведут, то где гарантия, что мы вообще говорим об одном и том же явлении?

Пузырьковые камеры

Это изобретение служит для регистрации треков (путей пролета) различных частиц, в том числе и электронов. Работа этого устройства основана на том, что рабочее тело (обычно в случае электронов это жидкий водород) приводят в специфическое неравновесное состояние которое нарушается при пролете частицы, и по всему пути пролета возникают пузырьки газа которые регистрируются камерой.

Все верно скажете вы, так все и должно быть, все совершенно логично. Некоторая логика действительно есть пока мы не вспомним о законе сохранения импульса. Следует напомнить что атом водорода примерно в 6000 раз тяжелее электрона. Что тут можно представить в качестве примера из макромира. Допустим, патрон мелкашки весит примерно 6 грамм, тогда молекула водорода будет весить 36 кг (36000 грамм).

Вы можете что угодно делать с патроном мелкашки стрелять его куда хотите в молекулу (36 килограммовую гирю), но даже ядра водорода (12 кг при наших допущениях) он поколебать не сможет, то есть при любом столкновении электрон будет отброшен от ядра под самыми разными немыслимыми углами. Это гарантирует закон сохранения импульса. То есть, трек электрона должен быть похож на забег запойного пьяницы по кабакам, его беднягу должно швырять от ядра к ядру. Вы можете мне соврать, как это делают современные физики, что типа ядра водорода настолько малы что электрон в них банально не попадет, но как же он тогда организует пузырьки?

Если исходить из известных нам законов сохранения импульса, электрон ни на каких материальных носителях не может оставлять прямых треков. Это мы еще не затрагиваем кулоновского взаимодействия, которое должно было бы останавливать электрон в любой среде практически мгновенно, путем обмена импульсами с электронами других атомов на расстоянии. Однако физики пытаются нас убедить в обратном, что те прямые просеки которые что-то оставляет в пузырьковой камере принадлежат электронам, а почему собственно у физиков такая убежденность? И чего тогда стоят все их расчеты масс частиц? Чего стоит закон сохранения импульсов?

Электрон — элементарная частица

Но самое прекрасное знание я получил на АШ, от господина Vneroznikov. Заключается это знание в том, что размеры электрона физически определить нельзя. Более того у него нет никакой внутренней структуры за которую можно зацепиться, господин Vneroznikov считает это признаком элементарной частицы, но возможно это признак чего-то совсем другого.

Я уже достаточно взрослый мальчик чтобы помнить те времена когда физики на полном серьезе обсуждали возможность того, что электрон,- это не самостоятельная частица, а пакет электромагнитного излучения генерируемый атомом. Спор это был долгий, как я понимаю закончился он ничем. Все остались при своем мнении, но в учебники почему-то попал «электрон», хотя строго говоря никаких доказательств существования электрона как единой сущности у физиков нет.

Судите сами, у электрона непостоянная масса, она зависит от его скорости движения, это значит что все эти мантры про то что он в ~2800 раз «легче» протона, все это по большому счету ложь, масса электрона может изменяться в очень широких пределах. Как можно выделить постоянный «электронный заряд» заряд если вы не знаете сколько частица весит? Кроме того, для электронов характерна черта, когда они появляются когда надо и исчезают когда не нужны физикам-теоретикам, прям очень удобные частицы.

Заключение

Как ни печально, но теоретическая наука об электричестве является одной из самых неточных, в то время как электрическая практика — одна из самых точных наук. Недостаток знаний о явлении пытаются заменить зубодробительной математикой, однако, физических знаний не заменить никаким воображением. Науки об электричестве как никакие другие нуждаются в аудите своей теоретической части, потому, что она просто отвратительна и триумф отдельных инженерных решений никак не касается теоретического безобразия царящего в науке об электричестве. Такого сборища взаимоисключающих вещей я пожалуй не видел нигде кроме физики электричества, а каково ваше мнение по этому поводу уважаемый читатель.

Источник: Афтершок

Поделитесь материалом в социальных сетях.

 

 

Читайте также

Также вы можете выбрать удобную форму участия и поддержки нашего проекта по ссылке ниже

Участие в проекте "Закон Времени"