Аккумулирование электричества 20 страница

Базовая единица текущего электричества – это единица количества. В естественной системе отсчета это пространственный аспект одного электрона, обладающий смещением скорости одной единицы. Следовательно, количество q является эквивалентом пространства s. В потоке тока энергия обладает тем же статусом, что и в механических отношениях, и имеет пространственно-временные измерения t/s. Энергия, деленная на время, - это мощность, 1/s. Дальнейшее подразделение тока, обладающее измерениями скорости s/t, создает электродвижущую силу (эдс) с измерениями 1/s x t/s = t/s². Конечно, они являются пространственно-временными измерениями силы в целом.

Термин “электрический потенциал” обычно используется как альтернатива эдс, но по причинам, которые будут обсуждаться позже, мы не будем пользоваться “потенциалом” в этом смысле. Если уместен более удобный термин, чем эдс, мы будем пользоваться термином “напряжение”, символ V.

Деля напряжение t/s² на ток s/t, мы получаем t²/s³. Это сопротивление, символ R, - единственная из до сих пор рассмотренных электрических величин, не эквивалентная знакомой механической величине. Истинная природа сопротивления раскрывается при исследовании его пространственно-временной структуры. Измерения t²/s³ эквивалентны массе t³/s³, деленной на время t. Следовательно, сопротивление – это масса за единицу времени. Релевантность такой величины легко видна, если осознать, что количество массы, входящей в движение пространства (электронов) в материи, не является фиксированной величиной, как это происходит в движении материи в пространстве продолжений, а величиной, зависящей от количества движения электронов. При движении материи в пространстве продолжений масса постоянна, а пространство зависит от продолжительности движения. При течении тока пространство (число электронов) постоянно, а масса зависит от продолжительности движения. Если поток кратковременный, каждый электрон может двигаться лишь в маленькой части общего количества массы в цепи, но если поток продолжительный, он может повторно проходить через всю цепь. В любом случае общая масса, вовлеченная в ток, - это произведение массы за единицу времени (сопротивление) на время потока. При движении материи в пространстве продолжений общее пространство определяется тем же способом; то есть, это произведение пространства за единицу времени (быстрота) на время движения.

Имея дело с сопротивлением как свойством материи, нас в основном будет интересовать удельное сопротивление или сопротивляемость, которое определяется как сопротивление единичного куба рассматриваемого вещества. Сопротивление прямо пропорционально расстоянию, пройденному током, и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника. Из этого следует, если мы умножим сопротивление на единицу площади и разделим на единицу расстояния, мы получим величину с измерениями t²/s², отражающую лишь неотъемлемые характеристики материала и окружающие условия (в основном, температуру и давление) и не зависящую от геометрической структуры проводника. Качество, обратное удельному сопротивлению или сопротивляемости, - удельная проводимость и электропроводность соответственно.

Прояснив пространственно-временные измерения сопротивления, мы можем вернуться к эмпирически определенным отношениям между сопротивлением и другими электрическими величинами и подтвердить состоятельность пространственно-временных определений.

Напряжение: V = IR = s/t x t²/s³ = t/s²

Мощность: P = I²R = s²/t² x t²/s³ = 1/s

Энергия: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

 

Уравнение энергии демонстрирует эквивалентность математических выражений электрических и механических явлений. Поскольку сопротивление – это масса на единицу времени, произведение сопротивления и времени Rt эквивалентно массе m. Ток, I, – это скорость v. Таким образом, выражение электрической энергии RtI² эквивалентно выражению кинетической энергии ¹/2mv². Иными словами, величина RtI² – это кинетическая энергия движения электронов.

Вместо использования сопротивления, времени и тока мы можем выразить энергию в терминах напряжения V (эквивалента IR) и величины q (эквивалента It). Тогда выражение для величины энергии (или работы) W = Vq. Здесь у нас имеется определенное подтверждение определения электричества как эквивалента пространства. Как описывается в одном из стандартных учебников по физике, сила – это ”четко определенная векторная величина, создающая изменение в движении объектов”. Эдс или напряжение подходит под это описание. Оно создает движение электронов в направлении падения напряжения. Энергия – это произведение силы на расстояние. Электрическая энергия Vq – это произведение силы и количества. Отсюда следует, что величина электричества эквивалентна расстоянию – тот же вывод, который мы сделали о природе незаряженного электрона.

В традиционной научной мысли статус электрической энергии как одной из форм энергии в целом принимается как должное, поскольку она может превращаться в любые другие формы, но не принимается статус электрической или электродвижущей силы как одной из форм силы в целом. Если бы это принималось, то вывод, сделанный в предыдущем параграфе, был бы неизбежен. Но вердикт наблюдаемых фактов игнорируется из-за общего впечатления, что количество электричества и пространство являются сущностями абсолютно разной природы.

Предыдущие исследователи электрических явлений осознавали, что величина, измеряемая в вольтах, обладает характеристиками силы и соответственно ее называли. Современные теоретики отвергают это определение из-за конфликта с их точкой зрения на природу электрического тока. Например, У. Дж. Даффин предлагает определение электродвижущей силы (эдс) и затем говорит:

“Несмотря на название, это определенно не сила, но она равна работе, выполненной на единицу положительного заряда, если заряд движется по кругу (то есть, в электрической цепи); поэтому эта единица – вольт”.13

Работа на единицу пространства – это сила. Автор просто принимает на веру, что движущаяся сущность, которую он называет зарядом, не эквивалентна пространству. Таким образом, он приходит к выводу, что величина, измеряемая в вольтах, не может быть силой. Мы считаем, что он не прав, и что движущаяся сущность – это не заряд, а вращающаяся единица пространства (незаряженный электрон). Тогда электродвижущая сила, измеряемая в вольтах, - это на самом деле сила. По существу, Даффин признает этот факт, говоря в другой связи, что “V/n (вольты на метр) – это то же, что и N/C (ньютоны на кулон)”.14 Оба выражают разность напряжения в терминах силы, деленной на пространство.

Традиционная физическая теория не претендует на то, чтобы предложить понимание природы либо количества электричества, либо электрического заряда. Она просто допускает: Ввиду того, что научное исследование не способно дать какое-либо объяснение природы электрического заряда, он должен быть уникальной сущностью, не зависящей от других фундаментальных физических сущностей, и должен приниматься как одна из “данных” характеристик природы. Далее допускается, что эта сущность неизвестной природы, которая играет главную роль в электростатических явлениях, идентична сущности неизвестной природы, количеству электричества, играющему главную роль в течении электричества.

Самая значимая слабость традиционной теории электрического тока, теории, основанной на вышеприведенных допущениях, которую сейчас мы можем рассматривать в свете более полного понимания физических основ, выведенных из теории вселенной движения, состоит в том, что она приписывает электронам две разных и несовместимых роли. Согласно нынешней теории, эти частицы являются компонентами атомной структуры, по крайней мере, допускается, что некоторые из них свободно приспосабливаются к любым электрическим силам, приложенным к проводнику. С одной стороны, каждая частица так прочно связана с остатком атома, что играет значимую роль в определении свойств атома, и чтобы отделить ее от атома, требуется приложить значительную силу (потенциал ионизации). С другой стороны, электроны движутся настолько свободно, что будут реагировать на температурные или электрические силы, величина которых немного больше нуля. Они должны существовать в проводнике в определенных количествах, если считать, что проводник электрически нейтрален, хотя и несет электрический ток. В то же время они должны свободно покидать проводник (либо в больших, либо в малых количествах) при условии обретения достаточного количества кинетической энергии.

Должно быть очевидным, что теории призывают электроны выполнять две разные и противоречащие функции. Им приписывалось ключевое положение и в теории атомной структуры, и в теории электрического тока, игнорируя тот факт, что свойства, которыми они должны обладать для выполнения функций, требуемых одной теорией, мешают функциям, которые они призваны выполнять в другой теории.

В теории вселенной движения каждое из этих явлений включает разную физическую сущность. Единица атомной структуры – это единица вращательного движения, а не электрон. Она обладает как бы постоянным статусом, который требуется для атомного компонента. Тогда электрон без заряда и без любой связи с атомной структурой доступен как свободно движущаяся единица электрического тока.

Фундаментальный постулат теории Обратной Системы говорит, что физическая вселенная – это вселенная движения, вселенная, в которой все сущности и феномены являются движениями, комбинациями движений или отношениями между движениями. В такой вселенной все основные феномены объяснимы. Не существует ничего, что “не поддавалось бы анализу”, как говорит об этом Бриджмен. Базовые сущности и явления вселенной движения – излучение, гравитация, материя, электричество, магнетизм и так далее – можно определить в терминах пространства и времени. В отличие от традиционной физической теории Обратная Система не должна оставлять свои базовые элементы на милость метафизическому таинству. Она не должна исключать их из физического исследования, как говорится в нижеприведенном утверждении из Британской Энциклопедии:

“Вопрос: “Что такое электричество?”, как и вопрос: “Что такое материя?”, лежит за пределами сферы физики и принадлежит сфере метафизики”.15

Во вселенной, полностью состоящей из движения, электрический заряд, относящийся к физической сущности, обязательно должен быть движением. Тогда проблема, стоящая перед теоретическим исследованием, - не ответ на вопрос: “Что такое электрический заряд?”, а определение, какой вид движения проявляется себя как заряд. Определение заряда как дополнительного движения не только проясняет отношение между экспериментально наблюдаемым заряженным электроном и незаряженным электроном, известным лишь как движущаяся сущность в электрическом токе, но и объясняет взаимообмен между ними, что является принципиальной поддержкой ныне популярного мнения, что в процесс вовлекается лишь одна сущность – заряд. Не всегда помнят, что это мнение достигло общего признания только после долгой и оживленной полемики. Между статическими и текущими феноменами имеется сходство, но имеется и значимое различие. В настоящее время ввиду отсутствия какого-либо теоретического объяснения любого вида электричества, предстоит решить вопрос, идентичны ли заряженные и незаряженные электроны благодаря их сходствам или несопоставимы из-за различий. Возобладало решение в пользу идентичности, хотя со временем накопились многие свидетельства против правомочности этого решения.

Сходство проявляется в двух общих видах: (1) некоторые свойства заряженных частиц и электрических токов похожи; (2) наблюдаются переходы от одних к другим. Определение заряженного электрона как незаряженного электрона с дополнительным движением объясняет оба вида сходства. Например, демонстрация того, что быстро движущийся заряд обладает теми же магнитными свойствами, что и электрический ток, оказалась главным фактором в победе, одержанной сторонниками теории “заряда” электрического тока много лет назад. Но наши открытия показывают, что движущиеся сущности являются электронами или другими носителями зарядов, поэтому существование или не существование электрических зарядов к делу не относится.

Второй вид свидетельства, которое интерпретировалось в пользу поддержки идентичности статических и движущихся электронов, - это мнимая замена электрона текущего потока заряженным электроном в таких процессах как электролиз. Здесь объяснение таково: Электрический заряд легко создается и легко разрушается. Как знает каждый, для создания электрического тока на многих поверхностях, таких как современные синтетические волокна, требуется лишь небольшое трение. Из этого следует, где бы ни существовала концентрация энергии в одной из форм, способная высвобождаться превращением в другую, вибрация вращения, составляющая заряд, либо возникает, либо исчезает, чтобы позволить вид движения электронов, который имеет место в ответ на действующую силу.

Следовать превалирующей политике, рассматривая два разных количества как идентичные и пользуясь одинаковыми единицами для обоих, можно лишь потому, что два разных использования абсолютно отдельны в большинстве случаев. При таких обстоятельствах в вычисления не вводится ошибка от использования одинаковых единиц, но, в любом случае, если вычисление или теоретическое рассмотрение включает величины обоих видов, необходимо четкое разграничение.

В качестве аналогии можно допустить, что мы хотим установить систему единиц, в которых выражаются свойства воды. Еще давайте предположим, что мы не можем осознать разницу между свойствами веса и объема, и поэтому выражаем их в кубических сантиметрах. Такая система эквивалентна использованию единицы веса в один грамм. И до тех пор, пока мы имеем дело отдельно с весом и объемом, с каждым в его собственном контексте, факт, что выражение “кубический сантиметр” обладает двумя абсолютно разными значениями, не приводит ни к каким затруднениям. Однако если мы имеем дело с обоими качествами одновременно, существенно осознавать разницу между ними. Деление кубических сантиметров (вес) на кубические сантиметры (объем) не выражается безразмерным числом, как, казалось бы, указывают вычисления; коэффициент является физической величиной с размерностями вес/объем. Аналогично, мы можем пользоваться одинаковыми единицами для электрического заряда и количества электричества до тех пор, пока они работают независимо и в правильном контексте, но если в вычисление входят обе величины или они работают индивидуально с неверными физическими размерностями, возникает путаница. 

Путаница с размерностями, возникающая в результате непонимания разницы между заряженными и незаряженными электронами, была источником значительного беспокойства и замешательства физиков-теоретиков. Она явилась помехой к установлению любой исчерпывающей систематической связи между размерностями физических величин. Неспособность обнаружить основу для связи – явное указание на то, что-то не так с самими размерностями, но вместо осознания этого факта, нынешняя реакция – заметание проблемы под ковер и претензия на то, что проблемы не существует. Вот как видит картину один из наблюдателей:

“Раньше тема размерности была противоречива. Годы безуспешных попыток ушли на то, чтобы обнаружить “неотъемлемые, рациональные отношения” в терминах которых следует выражать все размерные формулы. Сейчас, общепринято, что нет одного абсолютного набора размерных формул”.16

 Это обычная реакция на долгие годы разочарования, реакция, с которой мы часто сталкивались при исследовании тем, которые обсуждались в томе 1. Когда самые рьяные усилия поколения за поколением исследователей терпят поражение в достижении определенной цели, всегда возникает сильное искушение объявить, что цель просто недостижима. “Короче, говоря, - говорит Альфред Ланде, - если вы не можете прояснить проблемную ситуацию, объявите, что она “фундаментальная, а затем обнародуйте соответствующий принцип”.17 Поэтому, физическая наука полна скорее принципов бессилия, а не объяснений.

Во вселенной движения размерности всех величин всех видов можно выразить лишь в терминах пространства и времени. Пространственно-временные размерности базовых механических величин определены в томе 1. В этой главе мы прибавляем размерности величин, вовлеченных в поток электрического тока. Последующие главы будут завершать эту задачу определением пространственно-временных размерностей электрических и магнитных величин, которое обуславливает их появление в феноменах за счет зарядов того или иного вида и в магнитных влияниях электрических токов.

Прояснение отношений размерности сопровождается определением естественной единицы величин разных физических количеств. Система единиц, обычно используемая при работе с электрическими токами, развивалась независимо от механических единиц на случайной основе. Чтобы установить соотношение между случайной системой и естественной системой единиц, понадобится измерить одно физическое количество, величину которого можно определить в естественной системе, как это делалось в предыдущем определении соотношений между естественными и традиционными единицами пространства, времени и массы. Для этой цели, мы воспользуемся константой Фарадея - наблюдаемым отношением между количеством электричества и массой, вовлеченной в электролиз. Умножая эту константу, 2,89366 x 10¹⁴ эсе/г-эквив, на естественную единицу атомного веса 1,65979 x 10^-24 г, мы получим в качестве естественной единицы количества электричества 4,80287 x 10^-10 эсе.

Величина электрического тока – это количество электронов за единицу времени, то есть, единиц пространства за единицу времени или скорость. Поэтому естественную единицу тока можно выразить как естественную единицу скорости, 2,99793 x 10¹⁰ см/сек. В терминах электричества это естественная единица количества, деленная на естественную единицу времени, она равна 3,15842 x 10⁶ эсе/сек или 1,05353 x 10^-3 ампер. Следовательно, традиционная единица электрической энергии, ватт-час, равна 3,6 x 10¹⁰ эрг. Естественная единица энергии, 1,49275 x 10^-3 эрг, эквивалентна 4,14375 x 10^-14 ватт-часов. Деля эту единицу на естественную единицу времени, мы получаем естественную единицу мощности – 9,8099 x 10¹² эрг/сек = 9.8099 x 10⁵ ватт. Затем деление на естественную единицу тока дает нам естественную единицу электродвижущей силы или напряжение 9,31146 x 10⁸ вольт. Еще одно деление на ток дает естественную единицу сопротивления 8,83834 x 10¹¹ ом.

Базовые количества электрического тока и их естественные единицы в терминах электричества можно суммировать следующим образом:

 

s	количество	4,80287 x 10-10 эсе
s/t	ток	1,05353 x 10-3 ампер
1/s	мощность	9,8099 x 105 ватт
t/s	энергия	4,14375 x 10-14 ватт-час
t/s2	напряжение	9,31146 x 108 вольт
t2/s3	сопротивление	8,83834 x 1011 ом

 

Еще одно количество электричества, заслуживающее упоминания из-за ключевой роли, которое оно играет в современном математическом подходе к магнетизму, - это “плотность тока”. Она определяется на “количество заряда, проходящее за секунду через единицу площади плоскости, перпендикулярной линии потока”. Это странная величина, отличающаяся от любого другого количества, которое уже обсуждалось на страницах данного и предыдущего томов, тем, что не является отношением между пространством и временем. Когда мы осознали, что это количество на самом деле представляет собой ток на единицу площади, а не “заряд” (факт, подтверждаемый единицами, амперами на квадратный метр, в которых оно выражается), его пространственно-временные размерности, видимо, являются s/t x 1/s² = 1/st. Они не являются размерностями движения или свойством движения. Отсюда следует, что в целом эта величина не обладает физическим значением. Это просто математическое удобство.

---

Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 280; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!