Реферат : Научное открытие - электродинамическая индукция 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Математика


Научное открытие - электродинамическая индукция




Научное открытие - электродинамическая индукция

Дюдкин Дмитрий Александрович, профессор, д.т.н., Лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники.

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 модель возбуждения индукционного тока в токопроводящем шаре

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 , (3)

поэтому . (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. , возрастает, как известно, при увеличении Е. Итак:

Э.Д.С. ~ I ~ . (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.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciteclibrary.ru/

Похожие работы:

  • Научный подвиг «Ньютона электричества»

    Статья >> История техники
    ... . Сегодня речь пойдет о научных достижениях знаменитого ученого, который ... Ампер уже был занят исследованиями электродинамических взаимодействий токов и магнитов и, ... получения известия об открытии Фарадеем в 1831 г. явления электромагнитной индукции Ампер с ...
  • Исследование работ Фарадея по электричеству

    Дипломная работа >> Физика
    ... и о возможности свести все явления магнетизма к электродинамическим взаимодействиям. Амперова молекулярная теория магнетизма ... замыкания и размыкания. Открытие явления электромагнитной индукции сразу же приобрело огромное научное и практическое значение ...
  • О скрытых возможностях физического содержания уравнений Максвелла классической электродинамики

    Статья >> Математика
    ... после триумфа теории Максвелла - открытия электромагнитных волн (Герц, 1888г ... прямое экспериментальное воплощение: это эффекты электродинамической индукции в металлах [11] и динамического ... представленных здесь работах научных достижений Докторовича будет для ...
  • Закон Ленца

    Статья >> История техники
    ... активизацией научных исследований в области электромагнетизма, связанной с обнаружением электродинамических явлений, открытием важнейших ... направления гальванических токов, возбуждаемых электродинамической индукцией». Поскольку в литературе нередко неточно ...
  • О физической значимости векторных потенциалов в классической электродинамике

    Статья >> Математика
    ... экспериментальное воплощение: это эффекты электродинамической индукции в металлах [7] и динамического ... таких волн остается открытым. Иллюстрацию физической ... 11. Сидоренков В.В. // Современные естественно-научные и гуманитарные проблемы: Сборник трудов. М.: ...
  • Классическая физика: самоорганизующиеся системы и микромир

    Доклад >> Математика
    ... школы сегодня называют веком великих научных открытий. Эта школа, малочисленная и ... обычную электромагнитную систему с взаимной индукцией. Система в целом движется к ... только силами инерции, но и электродинамическими силами отталкивания. Поскольку электроны ...
  • Нобелевские лауреаты в области физики

    Реферат >> Физика
    ... нали­чие какой-нибудь связи между электродинамическими силами и диэлектрической поляризацией диэлектриков». ... ее передачи? Или это электрическая индукция, согласно теории Гельмгольца, или ... не только за их выдающиеся научные открытия, они дороги нам как ...
  • Джеймс Клерк Максвелл

    Реферат >> Биографии
    ... уравнение выражало электромагнитную индукцию Фарадея; 2-е — магнитоэлектрическую индукцию, открытую Максвеллом и основанную ... еще Максвелл, создав электродинамическую теорию света, ... электромагнетизма. Это открытие имело большое научное и техническое значение ...
  • Концепции современного естествознания

    Учебное пособие >> Биология
    ... включить работу соответствующего гена (индукция). 2) Посредством ингибирования (подавления ... частей. С именем Фарадея связано формирование электродинамической картины мира. А с 1910 ... не мешала им делать эпохальные научные открытия. Оппозиция “наука-религия” ...
  • "Магнетизм вращения" Франсуа Араго

    Статья >> История техники
    ... -то сказал, что всякое научное открытие вначале проходит через три фазы ... Ампер зачитал свой доклад об электродинамических действиях токов, один из ... Самым выдающимся открытием великого физика М. Фарадея считается открытие им электромагнитной индукции. Известно, ...