Электроны в проводе с постоянным напряжением

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 17Следующая ⇒

Как видно (рис. 9), электроны выстраиваются так, что векторы их магнитных моментов оказываются направленными от плюса к минусу. Таким образом, южные полюса S всех свободных электронов в проводе с постоянным напряжением оказываются сориентированными к плюсовому ( ) концу провода. Северные полюса N всех свободных электронов оказываются сориентированными к другому концу провода ( ) (рис. 9).

Рис. 9.Схема движения электронов в проводе с постоянным напряжением

от южного полюса S (+) к северному полюсу N (-) и формирования ими

постоянного во времени (t) напряжения V и схема движения электронов

в электронно-лучевой трубке

Чтобы понимать основания для введения представлений о том, что плюсовой конец провода соответствует южному магнитному полюсу, а минусовый – северному, надо иметь в виду, что в проводе нет свободных протонов, поэтому некому в нём формировать положительный знак заряда. Есть только свободные электроны, а они имеют один знак заряда, но два магнитных полюса: южный (S) и северный (N).

Нетрудно видеть, что переменное напряжение заставит электроны вращаться так, что концы векторов магнитных моментов электронов и общих моментов , а также спинов будут описывать окружности, изменение напряжённости магнитного поля возникающего при этом вокруг провода (рис. 9), принимает синусоидальный характер.

Электроны в проводе с переменным напряжением

Сейчас мы увидим, что изменение знака амплитуды синусоидального напряжения – результат изменения направления электронов в проводе в интервале одного периода колебаний, но не знака электрической полярности. Последовательность этих изменений представлена на рис. 10, a, b, c, d и e. Из них и следует закон формирования синусоидального характера изменения напряжения [3].

Рис. 10. Схемы изменения направления векторов магнитных

моментов и спинов свободных электронов в проводе

с переменным напряжением, которые формируют синусоидальное

изменение напряжения

Вполне естественно предположить, что при максимальном положительном напряжении все свободные электроны в проводе ориентированы одинаково и векторы их магнитных моментов и спинов направлены в сторону движения электронов вдоль провода (рис. 10, а) от южного полюса S (плюса) к северному N (минусу). В этот момент напряженность магнитного поля вокруг провода максимальна. Схема поворота векторов спинов и магнитных моментов электронов на и падение напряжения до нуля представлена на рис. 10, b. Вполне естественно, что в этом случае магнитное поле вокруг провода (рис. 9) отсутствует и напряжение равно нулю (рис. 10, b).

Чтобы понимать основания для введения представлений о том, что плюсовой конец провода соответствует южному магнитному полюсу, а минусовый – северному, надо иметь в виду, что в проводе нет свободных протонов, поэтому некому формировать в нём положительный знак заряда. Есть только свободные электроны, а они имеют один знак заряда, но два магнитных полюса: южный (S) и северный (N).

Дальше мы увидим, как из такой условности вытекают следствия, объясняющие такое обилие электрических эффектов, что данная гипотеза уверенно завоёвывает статус постулата.

Анализируя описываемый процесс движения свободного электрона в проводе, надо иметь представления о разнице между размерами атомов и электронов, которые оказываются в промежутках между атомами.Примерная разница известна. Размеры электронов , а размеры атомов . Тысячекратная разница в размерах - достаточное условие для перемещения электронов в проводе.

Тем не менее, заряды и магнитные поля свободных электронов не безразличны для зарядов и магнитных полей электронов атомов. Они оказываются достаточными, чтобы, воздействуя на валентные и другие связанные электроны, заставлять их излучать фотоны.

Таким образом, приложенное постоянное напряжение не только перемещает свободные электроны вдоль провода, но генерирует фотоны, нагревающие провод. Чем больше приложенное напряжение, тем больше скорость движения электронов в проводе и интенсивнее их действие на связанные электроны, которые излучают фотоны с большей энергией. N

Нетрудно видеть, что переменное напряжение заставит электроны вращаться так, что концы векторов магнитных моментов и спинов электронов, а также общих моментов будут описывать окружности. Изменение напряжения и напряжённости магнитного поля , возникающего при этом вокруг провода (рис. 8, а и b), принимает синусоидальный характер (рис. 10, а).

Последовательное изменение направления электронов в проводе с переменным напряжением в интервале одного периода колебаний, представлено на рис. 10, b, c, d, e и k. Как видно, меняющееся направление электронов в проводе формирует синусоидальный закон изменения напряжения в нём (рис. 10, а).

Вполне естественно предположить, что при максимальном положительном напряжении все свободные электроны в проводе ориентированы одинаково и векторы их магнитных моментов и спинов направлены в сторону движения электронов вдоль провода (рис. 10, b) от южного полюса S (плюса) к северному N (минусу). В этот момент напряжение и напряжённость магнитного поля вокруг провода максимальны и . Схема поворота векторов спинов и магнитных моментов электронов на и падение напряжения до нуля представлена на рис. 10, c. Вполне естественно, что в этом случае магнитное поле вокруг провода (рис. 10, а) отсутствует и напряжение равно нулю .

Когда векторы спинов и магнитных моментов электронов повернутся на от исходного положения, то полюса магнитной полярности на концах провода и направление магнитного поля вокруг провода (рис. 10, b и d) поменяются на противоположные, а амплитуда напряжения примет максимальное отрицательное значение (рис. 10, d).

Через следующие четверть периода направления векторов магнитных моментов и спинов электронов окажутся перпендикулярными оси провода (рис. 10, e). Магнитное поле вокруг провода (рис. 10, e) в этот момент исчезает, а величина напряжения будет равна нулю (рис. 10, e).

Векторы магнитных моментов и спинов свободных электронов займут исходную позицию (рис. 10, b) через следующие четверть периода (рис. 10, k). В этот момент направление магнитного поля вокруг провода окажется соответствующим исходному положению (рис. 10, b) и амплитуды напряжения и напряжённости магнитного поля вокруг провода будут максимальны (рис. 10, k). Так формируется процесс синусоидального изменения напряжения, тока и напряжённости магнитного поля в сети (рис. 10, a). Это даёт нам основание написать уравнения их изменения в таком виде:

(11)

(12)

. (13)

Вполне естественно, что описанным процессом изменения ориентации электронов в проводах управляют магнитные полюса магнитов первичных источников питания, например, генераторов электростанций.

Главная особенность описанного процесса – синхронность синусоидального изменения напряжения U, тока I и напряженности H магнитного поля вокруг провода. Описанный процесс показывает, что при переменном напряжении количество электронов в рассматриваемом сечении провода не изменяется, а изменяется лишь их ориентация, которая изменяет направление магнитного поля вокруг провода, характеризуемого вектором , (рис. 8, a и с).

Из описанного процесса поведения электронов в проводе с переменным напряжением обычной электрической сети следует, что свободные электроны меняют в ней своё направление с частотой сети, равной 50 Гц.

Если сравнивать поведение свободных электронов в проводе с постоянным напряжением (рис. 9), где электроны не меняют свою ориентацию, то потери энергии в проводе с постоянным напряжением меньше, чем с переменным. Это хорошо известный факт.

В проводе с переменным напряжением (рис. 10) расходуется дополнительная энергия на изменения направлений векторов спинов и магнитных моментов электронов, а также на периодичность формирования магнитного поля вокруг провода и на излучение импульсов фотонов электронами.

Резкое изменение направления векторов спинов и магнитных моментов свободных электронов изменяет скорость их вращения относительно своих осей, что и приводит к излучению фотонов. При этом надо иметь в виду, что меняющаяся полярность напряжённости магнитного поля вокруг провода действует не только на свободные электроны, но и на валентные электроны атомов в молекулах и электроны атомов, не имеющие валентных связей. В результате они тоже могут излучать фотоны и увеличивать потери энергии.

Наиболее простой пример явного проявления явления потерь энергии – спираль электрической лампочки накаливания. Переменные магнитные поля вокруг нитей спирали значительно больше шага спирали. В результате они перекрывают друг друга и таким образом увеличивают интенсивность действия на электроны атомов материала спирали и они, возбуждаясь, начинают излучать фотоны, накаливая спираль лампочки. При этом длина волны излучаемых фотонов (цвет спирали) зависит от приложенного напряжения и величины тока. Чем они больше, тем больше электронов проходит в единицу времени в каждом сечении провода спирали, которые увеличивают напряжённость магнитного поля , возникающего вокруг провода спирали, а это поле в свою очередь интенсивнее действует на электроны атомов, заставляя их терять больше массы в одном акте излучения фотонов.

Известно, чем больше масса фотона, тем меньше длина его волны. Следовательно, процессом изменения длины волны излучаемых фотонов можно управлять, изменяя интенсивность воздействия магнитных полей на электроны. Эта экспериментально разработанная процедура достигла, можно сказать, предельного совершенства в современной электронике, но теоретики далеки от понимания тонкостей этого совершенства.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 278; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!