Эффекты, связанные с катушкой отрицательной энергии (КОЭ)

Энергия катушки индуктивности

Энергия катушки индуктивности (W) — это энергия магнитного поля, порождаемого электрическим током I, текущим по проводу данной катушки. Главная характеристика катушки — ее индуктивность L, то есть способность создавать магнитное поле при похождении по ее проводу электрического тока. У каждой катушки индуктивность и форма свои, поэтому и магнитное поле для каждой катушки будет отличаться величиной и направлением, хотя ток может быть абсолютно одинаковым.

В зависимости от геометрии конкретной катушки, от магнитных свойств среды внутри и около нее, – создаваемое пропускаемым током магнитное поле в каждой рассматриваемой точке будет обладать определенной индукцией B, как и величина магнитного потока Ф — тоже будет определенной на каждой из рассматриваемых площадок S.

Если попытаться объяснить совсем просто, то индукция показывает интенсивность магнитного действия (связанного с силой Ампера), которое способно оказать данное магнитное поле на проводник с током, в это поле помещенный, а магнитный поток обозначает то, как распределена магнитная индукция по рассматриваемой поверхности. Таким образом, энергия магнитного поля катушки с током локализована не непосредственно в витках катушки, а в том объеме пространства, в котором существует магнитное поле, c током катушки связанное.

То, что магнитное поле катушки с током обладает реальной энергией, можно обнаружить экспериментально. Соберем схему, в которой параллельно катушке с железным сердечником подключим лампу накаливания. Подадим на катушку с лампочкой постоянное напряжение от источника питания. В цепи нагрузки тут же установится ток, он потечет через лампочку и через катушку. Ток через лампочку будет обратно пропорционален сопротивлению ее нити накала, а ток через катушку — обратно пропорционален сопротивлению провода, которым она намотана.

Ежели сейчас резко разомкнуть тумблер между источником питания и цепью нагрузки, то лампочка кратковременно но довольно заметно вспыхнет. Это значит, что когда мы отключили источник питания, ток из катушки устремился в лампу, а значит данный ток в катушке был, он имел вокруг себя магнитное поле, и в момент исчезновения магнитного поля в катушке возникла ЭДС.

Данная индуцированная ЭДС называется ЭДС самоиндукции, поскольку навелась она собственным магнитным полем катушки с током на саму эту катушку. Тепловое действие Q тока в данном случае можно выразить через произведение величин тока, который был установлен в катушке на момент размыкания тумблера, сопротивления R цепи (провода катушки и лампы) и продолжительности времени исчезновения тока t. Напряжение, которое возникло на сопротивлении цепи, можно выразить через индуктивность L, полное сопротивление цепи R, а также с учетом времени исчезновения тока dt.

Применим теперь выражение для энергии катушки W к частному случаю — к соленоиду с сердечником, обладающим определенной магнитной проницаемостью, отличной от магнитной проницаемости вакуума.

Для начала выразим магнитный поток Ф через площадь сечения S соленоида, количество витков N и магнитную индукцию B по всей его длине l. Распишем сначала индукцию B через ток витка I, число витков на единицу длины n, и магнитную проницаемость вакуума.

Подставим затем сюда объем соленоида V. Мы нашли формулу для магнитной энергии W, и имеем право взять отсюда величину w – объемную плотность магнитной энергии внутри соленоида.

Джеймс Клерк Максвелл в свое время показал, что выражение объемной плотности магнитной энергии справедливо не только для соленоидов, но и для магнитных полей вообще.

5. Состояния с отрицательной энергией. Положительный электрон

5. Состояния с отрицательной энергией. Положительный электрон

Уравнения теории Дирака проявляют особые свойства, допуская решения, соответствующие состояниям частицы, энергия которой может быть отрицательной. Электрон в одном из этих состояний должен обладать довольно странными свойствами. Чтобы увеличить его скорость, у него нужно отнять энергию. И, наоборот, чтобы его остановить, нужно сообщить ему некоторую энергию. В эксперименте электрон никогда не вел себя так странно. Поэтому вполне законно было считать, что состояния с отрицательной энергией, существование которых допускает теория Дирака, в действительности в природе не реализуются. Можно было бы сказать, что в этом смысле теория дает слишком много, по крайней мере на первый взгляд.

Читайте также:
Бестопливный генератор Мотор Дяди Васи своими руками

То, что уравнения Дирака допускают возможность существования состояний с отрицательной энергией, это, несомненно, результат их релятивистского характера. Действительно, даже в релятивистской динамике электрона, развитой Эйнштейном в рамках специальной теории относительности, обнаруживается возможность движения с отрицательной энергией. Однако в то время в динамике Эйнштейна трудность была не очень серьезной, ибо она, как и все предыдущие теории, предполагала, что все физические процессы непрерывны. А так как собственная масса электрона конечна, то он всегда обладает конечной внутренней энергией в соответствии с релятивистским принципом эквивалентности массы и энергии. Поскольку эта внутренняя энергия не может исчезать, то мы не можем непрерывным образом перейти от состояния с положительной к состоянию с отрицательной энергией. Таким образом, предположение о непрерывности физических процессов полностью исключает такого рода переход.

Следовательно, достаточно предположить, что в начальный момент времени все электроны находятся в состояниях с положительной энергией, чтобы увидеть, что состояние всегда остается таким же. Трудность становится гораздо более серьезной в механике Дирака, ибо это механика квантовая, допускающая существование дискретных переходов в физических явлениях. Можно легко видеть, что переходы между состояниями с положительной и отрицательной энергией не только возможны, но и должны происходить довольно часто. Клейн привел интересный пример того, как электрон с положительной энергией, попав в область, где действует быстро меняющееся поле, может покинуть эту область в состоянии с отрицательной энергией. Следовательно, то, что экспериментально электрон с отрицательной энергией ни разу не был обнаружен, оказывалось очень опасно для теории Дирака.

Чтобы обойти эту трудность, Дирак выдвинул очень остроумную идею. Заметив, что согласно принципу Паули, о котором мы поговорим в следующей главе, в одном состоянии не может находиться более одного электрона, он предположил, что в нормальном состоянии окружающего мира все состояния с отрицательной энергией заняты электронами. Отсюда следует, что плотность электронов с отрицательной энергией везде одинакова. Дирак выдвинул предположение, что эту однородную плотность наблюдать невозможно. В то же время электронов существует больше, чем необходимо для заполнения всех состояний с отрицательной энергией.

Этот избыток и представляют собой электроны с положительной энергией, их-то мы и можем наблюдать в наших экспериментах. В исключительных случаях электрон с отрицательной энергией может под действием внешней силы перейти в состояние с положительной энергией. При этом мгновенно появляется наблюдаемый электрон и в то же время образуется дырка, пустое место, в распределении электронов с отрицательной энергией. Дирак показал, что такая дырка может наблюдаться экспериментально и должна вести себя подобно частице с массой, равной массе электрона и равным ему, но противоположным по знаку зарядом. Мы будем воспринимать его как антиэлектрон, положительный электрон. Эта неожиданно образовавшаяся дырка не может долго существовать. Она будет заполнена электроном с положительной энергией, который испытает спонтанный переход в пустое состояние с отрицательной энергией, сопровождающийся излучением. Итак, Дирак объяснил не наблюдаемость состояний с отрицательной энергией и в то же время предсказал возможность, пусть редкого и эфемерного существования, положительных электронов.

Несомненно, гипотеза Дирака была очень проста, однако на первый взгляд она казалось несколько искусственной. Возможно, что большое число физиков оставалось бы настроенными в этом отношении несколько скептически, если бы эксперимент немедленно не доказал существования положительных электронов, характерные свойства которых только что предсказал Дирак.

Действительно, в 1932 г. сначала тонкие эксперименты Андерсона, а затем и Блэкетта и Оккиалини обнаружили, что при распаде атомов под действием космических лучей появляются частицы, которые ведут себя в точности как положительные электроны. Хотя абсолютно строго еще и нельзя было утверждать, что масса новых частиц равна массе электрона, а их электрический заряд равен и противоположен по знаку заряду электрона, последующие эксперименты делали это совпадение все более вероятным. Далее, оказалось, что положительные электроны имеют тенденцию быстро исчезать (аннигилировать), приходя в соприкосновение с веществом, причем аннигиляция сопровождается излучением. Эксперименты Тибо и Жолио-Кюри, казалось, не оставили в этом вопросе никакого сомнения.

Читайте также:
Альтернативная энергия своими руками. Фонарик, работающий на воде

Исключительные обстоятельства, при которых появляются положительные электроны и их способность к аннигиляции, сокращающая время их существования, – это как раз и есть те свойства, которые предвидел Дирак. Таким образом, ситуация оказалась обратной: существование решений уравнений Дирака с отрицательной энергией не только не ставит их под сомнение, но, наоборот, показывает, что эти уравнения предсказали существование и описали свойства положительных электронов.

Тем не менее мы должны признать, что дираковские представления о дырках приводят к серьезным трудностям, касающимся электромагнитных свойств вакуума. Вполне вероятно, что теория Дирака будет преобразована и установит большую симметрию между электронами обоих типов, в результате чего идея о дырках вместе со связанными с ней трудностями будет отброшена. В то же время несомненно, что экспериментальное открытие положительных электронов (ныне носящих название позитронов) представляет собой новое и замечательное подтверждение идей, лежащих в основе механики Дирака. Симметрия между обоими типами электронов, которая устанавливается в результате более тщательного исследования некоторых аналитических особенностей уравнений Дирака, представляет большой интерес и несомненно ей предстоит сыграть важную роль в дальнейшем развитии физических теорий.

Читайте также

ЛЕКЦИЯ № 1. Идеальный газ. Уравнение состояния реального газа

ЛЕКЦИЯ № 1. Идеальный газ. Уравнение состояния реального газа 1. Элементы молекулярно-кинетической теории Науке известно четыре вида агрегатных состояний вещества: твердое тело, жидкость, газ, плазма. Переход вещества из одного состояния в другое называют фазовым

2. Уравнение состояния идеального газа

2. Уравнение состояния идеального газа Изучение эмпирических газовых законов (Р. Бойль, Ж. Гей-Люссак) постепенно привело к представлению об идеальном газе, поскольку обнаружилось, что давление данной массы любого газа при постоянной температуре обратно пропорционально

4. Уравнение состояния реального газа

4. Уравнение состояния реального газа Исследования показали, что уравнение Менделеева – Клапейрона не очень точно выполняется при исследовании разных газов. Голландский физик Я. Д. Ван-дер-Ваальс первым понял причины этих отклонений: одна из них состоит в том, что

Как атомы обмениваются энергией?

Как атомы обмениваются энергией? В первом опыте были взяты пары ртути. Энергия снарядов-электронов увеличивалась постепенно. Оказалось, что при малых энергиях электронов никакого возбуждения атомов ртути не наступало. Электроны ударяли в них, но отскакивали с той же

XII. Состояния вещества

XII. Состояния вещества Железный пар и твердый воздух Не правда ли – странное сочетание слов? Однако это вовсе не чепуха: и железный пар, и твердый воздух существуют в природе, но только не при обычных условиях.О каких же условиях идет речь? Состояние вещества определяется

Электрон появляется

Электрон появляется В то время, как развивались атомные и молекулярные теории в химии, в исследованиях в области электрической проводимости в жидкостях и электрических разрядов в газах при низком давлении обнаружилось, что атом вовсе не «неделимый», но содержит в себе

Эффекты, связанные с катушкой отрицательной энергии (КОЭ)

Выше было показано, что уравнение Дирака для свободной частицы имеет ненулевые решения лишь при выполнении условия

Физический смысл состояний с положительной энергией совершенно ясен, но этого нельзя сказать о состояниях с отрицательной энергией.

В свое время Шредингер предлагал просто исключить такие состояния из теории, как не имеющие физического смысла. Однако по поводу такого исключения было высказано два существенных возражения.

Первое из них — физическое, точнее, теоретическое. Уравнение Дирака допускает возможность переходов системы, находящейся в (начальном состоянии с положительной энергией, в конечные состояния с отрицательной энергией. Исключение из теории таких переходов привело бы к внутреннему противоречию теории. Второе возражение является математическим. Оно заключается в том, что исключение состояний с отрицательной энергией приводит к нарушению полноты набора волновых функций. Разложение произвольной функции по неполному набору функций невозможно. Указанные обстоятельства шривели Шредингера к непреодолимым трудностям.

Задача. Пусть при частица, движущаяся по оси находилась в состоянии с положительной энергией и со спином . В момент времени включается постоянный потенциал который в момент выключается. Найти вероятность того, что в момент времени частица будет находиться в состоянии с отрицательной энергией.

Читайте также:
Солнечная печь своими руками

Следует заметить, что при Однако, когда , обращаются в нуль также и компоненты дираковского спинора а, поэтому такой предельный переход в окончательных формулах всегда возможен. Правильные результаты можно получить, не прибегая к такому предельному переходу, а просто в компонентах дираковского спинора и положить и нормирующий множитель опустить.

В области положительных значений уровни энергии свободной частицы образуют непрерывный спектр, простирающийся от области отрицательных значений, если таковые допустить, — непрерывный спектр от до

Между уровни энергии свободной частицы отсутствуют (см. фиг. 9). Дирак высказал идею, что все состояния с отрицательной энергией обычно заняты.

Все объяснения довольно туманного резервуара состояний с отрицательной энергией, если он и существует, как правило, содержат элементы чисто психологического характера, и поэтому не очень убедительны. Тем не менее, если встать на эту точку зрения, можно сделать несколько весьма важных выводов.

1. Так как все состояния с отрицательной энергией заняты, переходы электронов из состояний с положительной энергией в такие состояния происходить не могут.

2. Электроны в резервуаре состояний с отрицательной энергией не наблюдаемы. При переходе электрона в состояние с положительной энергией в резервуаре образуется «дырка», которая обнаруживает себя. Такая «дырка» ведет себя как позитрон, т. е. электрон с положительным зарядом.

3. Принцип Паули позволяет говорить о заполненности резервуара состояний с отрицательной энергией. Если бы в каждом состоянии могло находиться произвольное число электронов (а не только один), то такой резервуар состояний заполнить было бы невозможно.

В связи с этим теорию Дирака часто рассматривают как «доказательство» принципа Паули.

Иная интерпретация состояний с отрицательной энергией была предложена автором этих лекций. Основная идея этой интерпретации состоит в том, что состояния с отрицательной энергией рассматриваются как состояния, в которых движение электронов носит попятный характер во времени.

В классическом уравнении движения

изменение направления собственного времени 5 эквивалентно изменению знака заряда частицы, так что попятно движущийся электрон подобен позитрону, движущемуся в обычном направлении.

В элементарной квантовой механике при вычислении полной амплитуды вероятности перехода электрона из точки в точку производится суммирование по всем возможным траекториям электрона между этими точками при условии, что время для всех них течет в обычном направлении.

Такие траектории частицы представлены кривыми на фиг. 10. Изложенная же выше точка зрения автора на состояния с отрицательной энергией допускает также возможность существования траекторий вида, представленного на фиг. 11.

Для наблюдателя, воспринимающего течение времени обычным путем из прошедшего в будущее, последовательность событий на фиг. 11 выглядит следующим образом:

При квантовомеханических применениях изложенной идеи необходимо следовать двум правилам.

1. При вычислении матричных элементов перехода для позитронов волновые функции начального и конечного состояний необходимо поменять местами.

Так, матричный элемент перехода электрона из состояния прошедшего во времени в состояние будущего определяется выражением

Если же электрон совершает попятное движение из будущего в прошедшее, то для матричного элемента перехода имеем

2. Волновая функция свободного электрона в состоянии с положительной энергией Е имеет вид причем Если же энергия Е отрицательна, то волновая функция описывает позитрон с энергией — Е (т. е. ) и 4-импульсом — .

Эффекты, связанные с катушкой отрицательной энергии (КОЭ)

База самоделок для всех!

  • Главная
  • Самоделки
  • Дизайнерские идеи
  • Видео самоделки
  • Книги и журналы
  • Партнеры
  • Форум
  • Самоделки для дачи
  • Приспособления
  • Автосамоделки
  • Электронные самоделки
  • Самоделки для дома
  • Альтернативная энергетика
  • Мебель своими руками
  • Строительство и ремонт
  • Для рыбалки и охоты
  • Поделки и рукоделие
  • Самоделки из материала
  • Самоделки для ПК
  • Cуперсамоделки
  • Другие самоделки

Эффекты, связанные с катушкой отрицательной энергии (КОЭ)

Здесь я собрал эффекты, связанные с явлением – Катушка Отрицательной Энергии (КОЭ) – которые были опубликованы за несколько лет в интернете.

Скачать:

Как результат интерпретации по главному принципу относительности, может быть найдено, что явление противоположной самоиндукции вызвано изменением относительной величины потока между одинаковыми типами электрических зарядов. В качестве использования явления, было бы возможно произвести электроэнергию из пространства при уменьшении энтропии. Теперь я представлю основной элемент схемы, создающий это.

Читайте также:
Рабочая схема установки Донольда Смита (Donald L. Smith Device)

Ток проводимости это относительный поток между свободными электронами, несущими отрицательный заряд и ионами, несущими положительный заряд. Короче говоря, это относительный поток между различными видами зарядов. В этом случае, происходит нормальная самоиндукция.

Для получения катушки отрицательной энергии необходимо ослабить величину самоиндукции.

Чтобы сделать это, надо положительные ионы заменить на отрицательные ионы, или свободные электроны должны быть заменены на позитроны. Однако это невозможно, исходя из понимания материи.

В конструкции катушке отрицательной энергии центральный, внутренний цилиндр-проводник заряжен положительно, а внешний цилиндр – подложка катушки -отрицательно. При этом в качестве подложки можно использовать так же и сам проводник катушки. Электроны на поверхности проводника обращенной к внутреннему цилиндру будут выполнять функцию отрицательно заряженной подложки.

Как видно из рисунка движущиеся электроны в соленоиде будут «видеть» магнитное поле ими создаваемое значительно ослабленное. И как результат величина самоиндукции будет тоже ниже. Получается электростатический экран магнитного поля для движущихся электронов в проводнике – поле отрицательной энергии.

Катушка забирает энергию из пространства, где проявляется относительное магнитное поле, и как противодействие, при этом катушка индуктивности производит положительную энергию как электроэнергию. Свободные электроны, которые получили кинетическую энергию от пространства – как ускорение, возвращают кинетическую энергию пространству – как замедление. В нормальном проводнике, свободные электроны теряют кинетическую энергию, сталкиваясь с атомами. В этом случае, атомы, увеличивают энергию вибраций от столкновения со свободными электронами (повышают температуру). В электрическом проводе катушки отрицательной энергии, кинетическая энергия электронов входит и из пространства, так, чтобы электроны слабо влияли на атомы. По этой причине, свободные электроны работают на уменьшение тепловых колебаний атомов. То есть катушка отрицательной энергии, приведенная в действие, становится прохладной. То же самое явление происходит в отрицательном проводнике. Хотя свободные электроны в проводнике делают движения в случайном направлении при сталкивании с атомами, эти свободные электроны влияют на скорости друг друга так, что ток не проявляется макроскопически. При условии, что проводник заряжен отрицательно, каждый свободный электрон, имеющий тепловое движение может приносить противоположную самоиндукцию при ускорении или замедлении. Соответственно, проводник с отрицательным зарядом охлаждается, и поле отрицательной энергии появляется в пространстве.

Таким образом – проводник в соленоиде, который стал относительно отрицательно заряжен, может рассматриваться как работающий отрицательный проводник.

Эффекты, связанные с катушкой отрицательной энергии (КОЭ)

СЕКРЕТ 1.2

Генератор с искровым возбуждением (“SEG”) ( Подача зарядов в LC контур )

Возможная реализация SEG

(С русского форума)

SEG БЕЗ СИНХРОНИЗАЦИИ

От Дона Смита

Поочерёдный заряд обкладок конденсатора

вилка Авраменко устройство свободной энергии (. )

Простейшее устройство свободной энергии (. )

Асимметричный конденсатор

( усиление тока . )

Поле от внешней обкладки Поле от внутренней обкладки

Ёмкостной триод

( третий электрод в несимметричном конденсаторе )


ПРИНЦИП УСИЛЕНИЯ ТОКА В КОНДЕНСАТОРЕ – ТРИОДЕ


Комментарий о SEG:

Все схемы с противо ЭДС могут быть использованы в SEG

Для большей асимметрии SEG?

Возбуждение SEG одной искрой ?

По Дону Смиту

(нарушение симметрии искрой)

Современные версии SEG

Вернёмся к подавлению противо ЭДС в резонансной катушке

Версия 3

По Дону Смиту

Версия по Дону Смиту

Много катушечная схема для размножения энергии

Версия по Тариэлу Капанадзе

Нет описания, читай дальше.

ПРОЦЕСС КАПАНАДЗЕ

Процесс Капанадзе требует всего 4 шага :

Шаг 1

Шаг 2

ШАГ 3

ШАГ 4

Наконец, колебания сглаживаются путем фильтрации, и получается выходная энергия с частотой электросети.

Современный вариант

Снижения частоты LC- колебаний до частоты электросети

( модуляция )

Вариант Дона Смита ( предположение Патрика Келли )

ИЛЛЮСТРАЦИИ К ПОНИЖЕНИЮ ЧАСТОТЫ

Выигрыш в энергии

( Замечания на секреты 1,1 и 1,2)

Это “приманка” для привлечения зарядов из окружающего пространства.

Секрет 2

Переключаемая индуктивность

Индуктивность состоит из двух катушек, которые могут быть расположены близко друг к другу. Их включение показано на рисунке.

Читайте также:
Свободная энергия своими руками. Вечный фонарь от Акулы (схема, видео)

Примеры катушек реально изготовленных катушек


      — (b)

Точность перезарядки (а) была улучшена до 10 процентов. Для сравнения были проведены измерения (б) без шунтирования. По существу результат был аналогичен измерению (а), в котором использовался шунтирующий диод. Недостающие 10% напряжения могут быть объяснены как потери из-за распределённой ёмкости, и сопротивления катушки. Продолжение испытаний Полярность шунтирующего диода была изменена, и испытания повторились: (теперь катушка шунтируется в первоначальный момент)





Результат: : контур не расстраивается, частота не изменяется, но он сильно шунтируется



ИЛЛЮСТРАЦИЯ ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАЕМОЙ ИНДУКТИВНОСТИ



ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ МАССЫ К МЕХАНИЧЕСКОМУ ГЕНЕРАТОРУ

Явление самоиндукции

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Магнитный поток

Прежде чем говорить об электромагнитной индукции и самоиндукции, нам нужно определить сущность магнитного потока.

Представьте, что вы взяли в руки обруч и вышли на улицу в ливень. Потоки воды будут проходить через обруч.

Если держать обруч горизонтально, то через него пройдет много воды. А если начать его поворачивать — уже меньше, потому что он расположен не под прямым углом к вертикали.

Теперь давайте поставим обруч вертикально — ни одной капли не пройдет сквозь него (если ветер не подует, конечно).

Магнитный поток очень похож на поток воды, проходящей через обруч, только считаем мы величину прошедшего через площадь магнитного поля, а не дождя.

Магнитным потоком через площадь ​S​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению:

Магнитный поток

Ф — магнитный поток [Вб]

B — магнитная индукция [Тл]

S — площадь пронизываемой поверхности [м 2 ]

n — вектор нормали (перпендикуляр к поверхности) [-]

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​α магнитный поток может быть положительным (α 90°). Если α = 90°, то магнитный поток равен 0.

Изменить магнитный поток можно, меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).

В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в ходе серии опытов.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки таким образом, что витки одной катушки были расположены между витками второй. Витки первой катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушку замкнули на гальванометр, а магнит передвигали относительно катушки.

Вот что показали эти опыты:

  1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
  2. Направление тока различается при увеличении числа линий и при их уменьшении.
  3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. При этом как само поле может изменяться, так и контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна электродвижущей силе (ЭДС).

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Самоиндукция

Представим себе любую электрическую цепь, параметры которой можно менять. Если мы изменим силу тока в этой цепи — например, подкрутим реостат или подключим другой источник тока — произойдет изменение магнитного поля. В результате этого изменения в цепи возникнет дополнительный индукционный ток за счет электромагнитной индукции, о которой мы говорили выше. Такое явление называется самоиндукцией, а возникающий при этом ток — током самоиндукции.

Читайте также:
Уличный светильник на солнечных батареях

Формула магнитного потока для самоиндукции

Ф = LI

Ф — собственный магнитный поток [Вб]

L — индуктивность контура [Гн]

I — сила тока в контуре [А]

Онлайн-подготовка к ОГЭ по физике поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Самоиндукция — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Самоиндукция чем-то напоминает инерцию: как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет самоиндукции.

Представим цепь, состоящую из двух одинаковых ламп, параллельно подключенных к источнику тока. Если мы последовательно со второй лампой включим в эту цепь катушку, то при замыкании цепи произойдет следующее:

  • первая лампа загорится практически сразу,
  • вторая лампа загорится с заметным запаздыванием.


При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки так часто перегорают при отключении света.

ЭДС самоиндукции

ξis — ЭДС самоиндукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

ΔI/Δt — скорость изменения силы тока в контуре [А/с]

L — индуктивность [Гн]

Знак минуса в формуле закона электромагнитной индукции указывает на то, что ЭДС индукции препятствует изменению магнитного потока, который вызывает ЭДС. При решении расчетных задач знак минуса не учитывается.

Индуктивность

Индуктивность — это способность накапливать магнитное поле. Она характеризует способность проводника сопротивляться электрическому току. Проще всего это делать с помощью катушки, потому что катушка состоит из витков, которые представляют собой контуры. Вспомните про магнитный поток и обруч под дождем — в контуре создается магнитный поток. Где поток, там и электромагнитная индукция.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

Можно ли увеличивать индуктивность катушки?

Конечно! Можно увеличить число витков, например. Или поместить в центр катушки железный сердечник.

Как работает катушка

Вокруг каждого проводника, по которому протекает ток, образуется магнитное поле. Если поместить проводник в переменное поле — в нем возникнет ток.

Магнитные поля каждого витка катушки складываются. Поэтому вокруг катушки, по которой протекает ток, возникает сильное магнитное поле. При изменении силы тока в катушке будет изменяться и магнитный поток вокруг нее.

Задачка раз

На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 15 до 20 с. Ответ выразите в мкВ.

Решение

За время от 15 до 20 с сила тока изменилась от 20 до 0 мА. Модуль ЭДС самоиндукции равен:

Ответ: модуль ЭДС самоиндукции с 15 до 20 секунд равен 4 мкВ.

Задачка два

По проволочной катушке протекает постоянный электрический ток силой 2 А. При этом поток вектора магнитной индукции через контур, ограниченный витками катушки, равен 4 мВб. Электрический ток какой силы должен протекать по катушке для того, чтобы поток вектора магнитной индукции через указанный контур был равен 6 мВб?

Решение

При протекании тока через катушку индуктивности возникает магнитный поток, численно равный Ф = LI.

Отсюда индуктивность катушки равна:

Тогда для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб ток будет равен:

Ответ: для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб необходим ток в 3 А.

Эффекты, связанные с катушкой отрицательной энергии (КОЭ)

О том, что у частиц имеются двойники — античастицы, широко известно. Менее известно, что эта симметрия природы с необходимостью вытекает из свойств пространства и времени, установленных специальной теорией относительности. Этому вопросу посвящена настоящая статья.

Читайте также:
Как работает бифилярная катушка Теслы

Теория дирака

В 1928 году П.А.М. Дираку удалось объединить две великие теории XX века: квантовую механику и специальную теорию относительности. Дирак нашел уравнение, которое определяет волновую функцию электрона в релятивистской (то есть удовлетворяющей принципам теории относительности) квантовой механике. Решая это уравнение он столкнулся с неожиданным фактом. Оказалось, что наряду с решениями уравнения Дирака, отвечающими электрону, движущемуся с положительной полной энергией, существуют решения с отрицательной полной энергией. Оба этих решения являются разными корнями одного уравнения:
$$frac^2>-vec

^2=m^2c^2,

(1)$$
Уравнению (1) удовлетворяют известные формулы
$$mathcal=frac>,

где $m$ и$vec

$ — соответственно масса и импульс электрона, а $c$ — скорость света. С физической точки зрения отрицательные энергии недопустимы: частица с отрицательной энергией, сталкиваясь с другой частицей и передавая ей часть своей энергии, должна была бы в этом случае приобретать еще большее по абсолютной величине отрицательное значение энергии. Таким образом, она могла бы разгоняться до сколь угодно больших по абсолютной величине отрицательных значений энергии, совершая бесконечную работу над другими телами. Что делать, если в теории появились решения, отвечающие частицам с отрицательной энергией? Можно было, конечно, подумать, что неверна предложенная теория. Но тогда, в свою очередь, возникал бы вопрос: почему оказалось “неправильным” уравнение, основанное на двух хорошо проверенных к тому времени теориях: квантовой механике и специальной теории относительности? Надо было искать выход из этого противоречия. В классической (неквантовой) механике возможность существования частиц с отрицательной энергией можно было просто игнорировать. Области положительных и отрицательных энергий отделены друг от друга энергетической “щелью” (рис. 1). Поскольку в классической механике энергия частиц меняется непрерывно, скачок частицы из состояния с положительной энергией в состояние с отрицательной просто невозможен. Поэтому достаточно предположить, что все частицы вначале находятся в состояниях с положительными энергиями, чтобы полностью исключить их появление с отрицательными энергиями.

В квантовой механике, однако, нельзя игнорировать состояние с отрицательными энергиями. Прежде всего, потому, что квантовая механика допускает скачки и частицы с положительными энергиями, взаимодействуя с другими, могли бы перескакивать из состояний с положительными энергиями в состояния с отрицательными. Кроме того, выяснилось, что состояния с отрицательными энергиями в действительности нужны, так как только при их учете удается правильно (на основании теории Дирака) описать рассеяние света электронами. Таким образом, складывалось совершенно драматическое положение: с одной стороны, нельзя допустить существование состояний с отрицательными энергиями, а с другой — нельзя их игнорировать.

Соотношения неопределённостей – фундаментальные соотношения квантовой механики, устанавливающие предел точности одновременного определения так называемых дополнительных физических величин, характеризующих систему (например, координаты и импульса). В упрощённой формулировке эти соотношения утверждают, что дополнительные физические величины не могут быть одновременно точно определены. Неопределённостей соотношения являются следствием двойственной, корпускулярно-волновой природы частиц материи, отражением вероятностной (статистической) сути квантовой механики.
Неопределённостей соотношения имеют вид неравенств, например, $Delta x Delta p geq hbar=frac <2pi>$, где $Delta x $ – неопределённость координаты (частицы или системы), $ Delta p $ – неопределённость её импульса, а $h= 6.626 069 57(29)times10^<-34>$ Дж*с – постоянная Планка. Отсюда видно, что произведение неопределённостей координаты и импульса не может быть меньше $hbar$, и никаким усовершенствованием методов наблюдения нельзя преодолеть этот рубеж. Увеличение точности определения координаты неизбежно ведёт к потере точности определения импульса. Предельная точность одновременного определения координаты и импульса даётся соотношением $Delta x Delta p approx hbar .$
Другая важная пара дополнительных физических величин – энергия $Е$ и время $t.$ Соотношение неопределённостей для них имеет вид $Delta E Delta t geq hbar$. Это соотношение для релятивистских системы или частиц (двигающихся со скоростью близкой к скорости света с) может быть получено из соотношения неопределённостей для координаты и импульса простым преобразованием: $Delta x/c Delta pc geq hbar=Delta E Delta t geq hbar$. Полученное соотношение для времени и энергии можно трактовать следующим образом. Для того, чтобы определить энергию частицы (системы) с точностью $Delta E$, необходимо проводить измерения в течение промежутка времени $ Delta t geq frac$. Следствием этого соотношения является возможность виртуальных (ненаблюдаемых) процессов, лежащих в основе механизма взаимодействия частиц в квантовой теории поля. Две частицы взаимодействуют, обмениваясь с нарушением баланса энергии на величину $Delta E$ виртуальным (ненаблюдаемым) переносчиком взаимодействия, существующим в течение времени $ Delta t leq frac$
Другая трактовка соотношения $Delta E Delta t approxhbar $ связана с понятием времени жизни нестабильного (распадающегося состояния системы или частицы). Так, если квантовая система в дискретном энергетическом состоянии живёт в среднем время $tau approx Delta t$, то энергетическая ширина уровня $ Gamma$ даётся соотношением $$ Gamma approx Delta E approxfrac approxfrac. $$
В силу крайней малости константы Планка $hbar$, соотношения неопределённостей не играют практически никакой роли для макроскопических тел.

Читайте также:
Скалярное магнитное поле и униполярная индукция (эксперименты по Свободной энергии)

Для решения этого противоречия Дирак выдвинул очень смелую (многим казалось, просто безумную) гипотезу. Он предположил, что в вакууме (то есть при отсутствии частиц с положительными энергиями) все состояния с отрицательными энергиями уже заполнены находящимися в них электронами. Тогда, согласно принципу запрета В. Паули, электроны с положительными энергиями не смогут переходить в уже занятые состояния с отрицательными энергиями, и проблема будет решена (Принцип Паули запрещает находиться в одном и том же состоянии двум (или более) одинаковым частицам, имеющим внутренний момент количества движения (спин), равный полуцелому значению постоянной Планка $h$. Такие частицы называются фермионами. К ним, в частности, относятся электроны и протоны, имеющие спин $h/2.$) .

Безумие идеи Дирака заключалось в том, что вакууму при этом приписывался бесконечный отрицательный заряд от бесконечного числа существующих в нем электронов с отрицательными энергиями. Дирака это обстоятельство не очень смущало, так как он предложил считать, что все наблюдаемые явления происходят на фоне именно такого заполненного вакуума. Независимо от того, можно ли было идею Дирака считать безумной или нет, надо было рассмотреть различные следствия из этой идеи и сравнить их с существующими опытными данными, чтобы выяснить, не противоречит ли эта идея каким-то уже известным опытам, или, быть может, она предсказывает новые неизвестные явления, которые можно обнаружить экспериментально. (Именно таким подходом к безумным идеям отличается истинная наука от лженауки и прожектерства.) Прямым следствием гипотезы Дирака было следующее.

Рис. 1. а – электрон в вакууме Дирака. Все состояния с отрицательной энергией заняты. Импульсы частиц (горизонтальные красные стрелки) и проекции спинов (зеленые вертикальные стрелки) в вакууме скомпенсированы. Электрон с положительной энергией не может перейти в занятые состояния с отрицательной энергией; б – дырка в вакууме Дирака. Система имеет по отношению к заполненному вакууму положительную энергию, заряд $(-е),$ импульс $(-tilde<р>)$ и проекцию спина $(-s_z)$, то есть дырка ведет себя как частица с положительной энергией и противоположным зарядом (“позитрон”); в – электрон и дырка. Возможен переход электрона в состояние с отрицательной энергией, то есть аннигиляция электрона и позитрона

Допустим, что в заполненном дираковском вакууме (или, как говорят, в дираковском подвале (см. рис. 1, б)) исчез каким-то образом один электрон с отрицательной энергией. Образовавшееся тогда состояние (с дыркой в заполненном вакууме) приобретет по отношению к вакууму положительную энергию и положительный заряд (так как исчез электрон с отрицательной энергией и отрицательным зарядом). Это состояние будет также обладать по отношению к вакууму импульсом и проекцией момента (спина), противоположными исчезнувшему электрону (поскольку в заполненном вакууме импульс и спин исчезнувшего электрона компенсировались импульсом и спином других электронов). Другими словами, образовавшаяся дырка будет вести себя по отношению к дираковскому вакууму как частица с положительным зарядом и энергией. В первый момент, когда было получено это следствие, Дирак даже обрадовался, так как подумал, что дырка с положительным зарядом может быть протоном и, таким образом, его теория объясняет существование протона в качестве дырки в вакууме (напомним, что в то время известны были только две элементарные частицы: электрон и протон). Однако вскоре было показано, что, исходя из теории Дирака, дырка обязательно должна иметь ту же самую массу, что и электрон. Такой частицы (позитрона) в то время на опыте не наблюдали. Сомнения в правильности теории Дирака еще более усилились, когда выяснилось, что теория предсказывает совершенно необычное поведение дырки по отношению к электрону с положительной энергией. Действительно, если в вакууме имеется дырка (то есть незаполненное состояние с отрицательной энергией), то ничто не запрещает электрону с положительной энергией перейти в это состояние и заполнить дырку, передав выделяющуюся энергию на излучение $gamma$-квантов (см. рис. 1, в). В результате электрон и позитрон взаимно уничтожаются — аннигилируют.

Читайте также:
Солнечная батарея своими руками. Крутой мастер-класс (32 фото)

Были получены и другие совершенно необычные для современников следствия теории Дирака. Сомнения в справедливости теории исчезли после открытия позитрона, обнаружения процессов рождения электрон-позитронных пар и аннигиляции электрона с позитроном. Что же касается безумного дираковского вакуума с бесконечным зарядом, то более углубленное развитие теории позволило вовсе отказаться от него, сохранив основное следствие: исчезновение частицы с отрицательной энергией равносильно появлению античастицы с противоположным зарядом и положительной энергией, обладающей при этом импульсом и спином, противоположными исчезнувшей частице. Выяснилось, что существование античастиц и поразительная симметрия между движением частиц и античастиц являются прямыми следствиями специальной теории относительности и квантовой механики. Поэтому неудивительно, что теория Дирака, основанная на этих принципах, привела к открытию античастиц. Строгое доказательство этого требует привлечения специальных знаний, относящихся к квантовой теории поля. Постараемся, однако, дать упрощенную иллюстрацию, позволяющую пояснить, каким образом, исходя из свойств пространства и времени, можно прийти к идее о необходимости существования античастиц.

Пространство минковского и его симметрия

Суть теории относительности в том, что наше трехмерное пространство образует вместе со временем единую и неразделимую сущность — четырехмерное пространство (так называемое пространство Минковского), в котором мерой удаленности двух событий друг от друга служит величина $Delta s$, называемая интервалом между событиями. Квадрат интервала в инерциальной системе координат $$(Delta s)^2 = c^2(Delta t)^2 – (Delta x^2+Delta y^2+Delta z^2), $$ где $Delta t , Delta x, Delta y, Delta z -$ разности времен и декартовых координат двух событий, происходящих соответственно в двух пространственно-временных точках пространства Минковского $(t_1 , x_1, y_1, z_1)$ и $(t_2, x_2, y_2, z_2),$ так что $Delta t =t_2-t_1, Delta x =x_2-x_1$,и т.д.

Интервал между двумя событиями остается одинаковым, даже если они наблюдаются в разных системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга (хотя разности времен и пространственных расстояний между этими событиями в разных системах отсчета будут разными). Именно поэтому интервал и служит объективной (не зависящей от выбранной системы отсчета) мерой “удаленности” событий или, можно сказать, расстоянием между событиями в пространстве Минковского. Переход же от одной системы отсчета к другой представляет поворот в пространстве Минковского, при котором интервал между событиями (то есть “расстояние”) не меняется. (Если одна система отсчета движется, например, вдоль направления оси х другой системы, то переход от одной системы к другой представляет поворот в плоскости $(x,t)$ пространства Минковского.) Поскольку, согласно принципу относительности, все физические законы в обеих системах отсчета одинаковы, можно сказать, что они остаются неизменными (инвариантными) при поворотах в пространстве Минковского.

Наряду с поворотами в пространстве Минковского можно рассматривать так называемые дискретные преобразования: инверсию пространственных координат и обращения времени, то есть замену пространственных координат и времени событий на противоположные им значения: $xrightarrow-x;

zrightarrow –z.$ Какой смысл имеют эти преобразования? Замена одной из пространственных координат, скажем $zrightarrow –z$, (при сохранении всех остальных), означает, что наряду с рассматриваемым событием мы рассматриваем его зеркальное изображение относительно плоскости, перпендикулярной оси$z$ (то есть плоскости $ху$). Отражение всех пространственных координат представляет отражение в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Очевидно, что при таких отражениях скорости частиц (значит, и импульсы) меняются на противоположные.

Что означает формальная операция обращения времени $trightarrow –t ?$ Нетрудно понять, что и ей можно придать простой физический смысл. Он состоит в том, что наряду с реально существующим в природе движением рассматривается движение, обращенное во времени, то есть такое, в котором система проходит все ранее пройденные состояния в обратном порядке с противоположными скоростями. Обращенное по времени движение можно непосредственно наблюдать запустив видеофильм в обратном направлении. Подчеркнем, что обращенное по времени движение может в некоторых случаях действительно осуществляться в природе (тогда говорят, что оно обратимо по времени), а может и не осуществляться, быть некоторой фикцией. Это легко видеть при демонстрации в обратном направлении видеофильма с движением камня, брошенного вверх в поле земного тяготения. Если не учитывать сопротивления воздуха, то, изменив на какой-либо высоте скорость камня на противоположную, мы получим реально существующее движение падающего к Земле камня, обращенное по времени относительно брошенного вверх.
То же самое замечание надо сделать и к предыдущему рассмотрению зеркального отражения. Объект, получающийся благодаря зеркальному отражению реального предмета, может иногда реально существовать в природе, а иногда и не существовать. Так, в зеркальном изображении человека получается объект с сердцем в правой стороне груди. Такие люди если и встречаются в жизни, то только как очень редкая аномалия. Аналогичным образом зеркальным изображением винта с правой нарезкой будет винт с левой нарезкой. Такие винты, конечно, можно изготовить. Но изготавливаются они довольно редко. Если бы они вообще никогда не изготовлялись, то можно было бы сказать, что зеркальная симметрия для правых винтов нарушается максимальным образом: объект, полученный в результате зеркального изображения правого винта, вообще не существует.
Заметим теперь, что в нашем обычном трехмерном пространстве (с геометрией Евклида) четное число зеркальных отражений какого-либо объекта в различных плоскостях приводит к изображению, которое можно совместить с изображаемым объектом путем вращения в пространстве. Это иллюстрируется рис. 2.

Читайте также:
Сверхэкономичный нагреватель воды своими руками

Рис. 2. Если зеркальное изображение левой руки 1 относительно оси $Y$ представляет правую руку 2, которую путем вращения в плоскости $XY$ нельзя совместить с левой, то зеркальное изображение правой руки 2 относительно оси $X$ вновь представляет левую руку 3, которая может быть совмещена с 1 путем поворота в той же плоскости.

Точно также инверсия всех трех пространственных координат и времени математически может быть представлена как поворот в пространстве Минковского на некоторый (правда, мнимый) угол. Если теперь вспомнить, что, согласно теории относительности, все явления природы инвариантны относительно поворотов в пространстве Минковского, то можно заключить, что все законы природы должны быть симметричны относительно одновременной инверсии всех пространственных координат и обращения времени. (Первая из этих операций обозначается символом Р, а вторая — Т.) Таким образом, (PT)-симметрия должна точно соблюдаться даже в случаях, когда по отдельности не существует зеркальной симметрии (Р) или обратимости процесса по времени (T).

Посмотрим теперь, как должны изменяться энергия и импульс частиц при (РT)-преобразовании. Согласно теории относительности, энергия и импульс частицы составляют вместе так называемый 4-вектор $frac>,p_x,p_y,p_z$ который при преобразованиях в пространстве Минковского преобразуется точно также, как временная и пространственные координаты частиц $(ct, х, у, z).$ Это означает, что при (РТ)-преобразовании импульс и энергия частицы должны менять свой знак, то есть законы природы, согласно теории относительности, должны быть симметричны относительно частиц с положительными и отрицательными энергиями. Это общее рассуждение объясняет, почему уравнение Дирака дает решения как с положительными, так и с отрицательными энергиями частиц.

Но как же быть с отрицательными энергиями? Ведь мы убедились ранее, что они физически недопустимы. И тут на помощь приходит квантовое описание движений частиц, позволяющее изгнать отрицательные энергии ценой введения античастиц.

Квантово-полевое описание движения

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: