Научное открытие - электродинамическая индукция

Доступен только на StudyGur

Тема:
Скачиваний: 0
Страниц: 4
Опубликован:
ЧИТАЙТЕ ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА

ПРЕДПРОСМОТР

Научное открытие - электродинамическая индукция
Дюдкин Дмитрий Александрович, профессор, д.т.н.,
Государственной премии Украины в области науки и техники.
Лауреат
Для современного уровня познания физики возникновения электрических токов
является аксиомой невозможность обеспечения кулоновским электрическим полем (поле,
создаваемое
электрическими
зарядами,
электростатическое
поле)
устойчивого
электрического тока в проводнике. Перенос носителей в цепи постоянного тока возможен
лишь с помощью сил не электростатического происхождения. Это, так называемые,
сторонние силы. Природа сторонних сил может быть самой разнообразной. Например, в
движущемся проводнике это сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля на
электроны, в генераторах электричества сторонняя сила имеет магнитную природу; в
гальваническом элементе типа элемента Вольта действуют химические силы. В
электромагнитной теории сторонние силы определены следующим положением: "Любые
силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением потенциальных
сил электростатического происхождения, т.е. кулоновских, называют сторонними силами"
[1,2].
Отметим, что сила Лоренца в электромагнитной индукции, сама по себе не может
обеспечить постоянного тока в проводнике – для возникновения тока необходимо
относительное перемещение магнитного поля и проводника.
Вопреки существующему положению покажем, что при относительном перемещении
кулоновского (электростатического) поля и проводника в системе также имеет место
перемещение носителей зарядов.
Исследования по изучению взаимодействия зарядов проводника и кулоновского поля
при их относительном перемещении [3], проводились на разработанных и изготовленных, не
имеющих аналогов, экспериментальных моделях с использованием проводников различной
формы (сферические, плоские и др.), с электронной и ионной проводимостью. Установки
были снабжены или неоновой лампочкой, загорание которой служило индикатором наличия
тока, или использовались стандартные приборы (электрометр, гальванометр), которые
фиксировали наличие тока, его величину и направление.
В данном изложении приводится описание одного из экспериментов, наиболее просто
демонстрирующем суть полученных результатов. Известно, что если токопроводящий шар
внести в потенциальное электростатическое поле, то в нем произойдет перераспределение
зарядов по закону электростатической индукции (рис. 1). В наших экспериментах шару
придали вращение, что ранее никем не рассматривалось.
Рис. 1. Экспериментальная
токопроводящем шаре
модель
возбуждения
индукционного
тока
в
В процессе вращения перераспределенные заряды, под действием внешнего поля будут
оставаться на стороне, обращенной к внешнему полю. В данном случае заряды остаются на
месте, а проводник, которому принадлежат эти заряды, движется. В шаре возбуждается ток.
Для демонстрации возбуждения в шаре тока поверхность шара, изготовленного из
диэлектрика, была обклеена полусферами из алюминиевой фольги с зазором 3 мм и
произведено их соединение через неоновую лампочку, которая являлась индикатором тока.
При вращении шара лампочка горит!
Нетрудно представить, что при вращении источника кулоновского поля вокруг
проводника (шара) лампочка также будет гореть. В этом случае источник внешнего поля
"тянет" за собой свободные заряды проводника.
Для определения количественных характеристик индукционного тока в проводнике
изготовили подобную установку, в которой индуцированные кулоновским полем заряды
перемещались по замкнутому контуру через гальванометр [4]. При этом изменяли скорость
вращения шара и напряженность электростатического поля. Результаты экспериментов
показали, что величина возникающего электрического тока прямо пропорциональна частоте
вращения проводника и растет с увеличением напряженности кулоновского поля. Этим
свойствам удовлетворяет
, т.е. скорость изменения потока вектора
пронизывающего поверхность проводника (фиксированного сегмента). При этом
,
, (1)
где Sc – площадь поверхности сегмента;
a – угол между направлением вектора
и нормалью к рассматриваемой
поверхности.
Действительно:
, (2)
где En = E× cosa .
При стационарном кулоновском поле
поэтому
, (3)
. (4)
Это выражение доказывает характерность выделенных свойств для величины N и
справедливо для произвольного проводника, который движется во внешнем кулоновском
поле. Если проводник сферический и вращается с постоянной частотой, то из (4) следует:
(5)
Здесь: w – частота вращения сегмента (проводника);
R – радиус сферы;
– единичный вектор угловой скорости вращения;
– единичный радиус-вектор точек поверхности сферы.
Градиент величины Е, т.е.
Э.Д.С. ~ I ~
, возрастает, как известно, при увеличении Е. Итак:
. (6)
Из выражения (5) следует, что Э.Д.С., I и
увеличиваются при росте
– модуля
скорости относительного перемещения проводника и источника кулоновского поля.
С учетом всех проведенных экспериментальных исследований сформулировано
основное положение: "Электродвижущая сила, возникающая в контуре, прямо
пропорциональна скорости изменения потока напряженности электростатического поля
через любую поверхность, опирающуюся на данный контур. При возбуждении тока
существенно лишь относительное перемещение проводника и электрического поля
кулоновской природы".
В октябре 2000 г. Международной Ассоциацией авторов научных открытий (г. Москва)
на основании результатов экспертизы заявки на открытие выдан диплом № 149 на открытие
"Явление возбуждения электрического тока в проводнике, движущемся
в
электростатическом поле". Авторы научного открытия Дюдкин Д.А. и Комаров А.А. [5].
Таким образом, в настоящее время можно считать твердо установленным, что
электрический ток в проводниках может возникать не только под действием магнитного
поля, но и под действием сил электрического поля кулоновской природы, при условии
относительного перемещения поля и проводника.
При этом возбуждение тока в проводнике происходит вследствие электрического
взаимодействия свободных зарядов проводника и источника кулоновского поля в динамике
их относительного перемещения без участия магнитной составляющей. Здесь направление
возникающего тока в системе отсчета, тесно связанной с проводником, совпадает с
направлением движения источника кулоновского тока.
Соотношение (6) по форме аналогично уравнению для э.д.с. электромагнитной
индукции, возникающей при ненулевом значении
, где Ф – магнитный поток,
пронизывающий поверхность, опирающуюся на контур проводника
Ф=
dS, где В – индукция магнитного поля.
Однако, рассматриваемое явление по своей природе (механизм и правило определения
направления тока) отлично от электромагнитной индукции, а подобие о необходимости
относительного перемещения поля и проводника подтверждает, что экспериментально
обнаруженное новое явление не противоречит, а углубляет и расширяет познание
фундаментальных законов электродинамики, раскрывает ранее неизвестные объективно
существующие закономерности, вносит коренные изменения в уровень познания законов
природы.
С нашей точки зрения, этот новый вид индукции тока в проводнике, имеющей
электродинамическую природу, в отличие от индукции электромагнитной, целесообразно
классифицировать как индукцию электродинамическую.
Открытие принципиальным образом изменяет ранее известные представления в теории
электричества об индукции токов. Исходя из проведенных экспериментальных и
теоретических исследований можно констатировать, что индукционный ток (в определенных
случаях – это ток проводимости) может возникать и без наличия замкнутой цепи, и без
наличия привычных источников тока (гальванических элементов, аккумуляторов и т.п.). В
представленных экспериментах, как было показано, для возникновения индукционного тока
существенно лишь относительное перемещение источника электрического поля и
проводника.
На созданной научной основе целесообразно провести теоретическую проработку
нового
раздела
теории
электричества,
рассматривающего
закономерности
электродинамической индукции.
В ходе проведения исследований были обнаружены и другие, ранее не известные,
закономерности.
Экспериментальным моделированием было выявлено инверсионное взаимодействие
заряженных тел. Тела, заряженные одноименным зарядом могут не только отталкиваться, но
и притягиваться.
Было также обнаружено, что при определенных условиях, в результате относительного
перемещения двух несоприкасающихся проводников, имеющих нескомпенсированные
заряды, также возникает индукционный ток.
Научные результаты имеют и прикладное значение. Например, разработаны новые
способы электрофизического воздействия на движущийся металлический расплав.
Открываются новые возможности создания генераторов электрического тока на основе
электродинамической индукции. В природе такой генератор существует – электропроводная
Земля вращается в мощном электростатическом поле ионосферы.
Список литературы
Буховцев Б.Б., Климантович Ю.А., Мякишев Г.Л. Физика. – М.: Просвещение, 1976. –
165 с.
Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. – М.: Наука, 1989. –
576 с.
Дюдкин Д.А., Комаров А.А. Электродинамическая индукция. Новая концепция
геомагнетизма // Препринт НАНУ, ДонФТИ-01-01, 2001. – 70 с.
Дюдкин Д.А., Чиликин А.И. Возбуждение тока в системе проводник – электрическое
поле // Актуальные проблемы фундаментальных наук: Материалы междун. науч.-техн. конф.
– М.: МГТУ, 1991. Т. 3. С. 131 – 134.
Научные открытия (Сб. кратких описаний, 2000 г.) // Межд. академия авторов научных
открытий и изобретений. Москва. 2001.
ЗАРЕГИСТРИРУЙТЕСЬ - ЭТО БЕСПЛАТНО

Похожие документы