Аккумулирование электричества 32 страница
“Вывод таков: Изоляторы содержат заряды, способные проходить небольшие расстояния так, что еще имеет место притяжение, но они связаны равными и противоположными количествами так, что никакое расщепление тела не может разделить два вида заряда”.57
Величина разделения зарядов, которая может иметь место так, как предполагается этой теорией, считается очень маленькой. Ее трудно рассматривать как создающую любые значительные силы притяжения или отталкивания. Но силы такой природы действительно существуют. Маленькие статические заряды, обычно создаваемые трением, характерны для земного окружения; они создают достаточно заметные эффекты. Простое хождение по ковру комнаты в холодную сухую погоду может создать заряд, достаточный для появления неприятного ощущения при соприкосновении с металлическим объектом, когда происходит разряд. Аналогично, поведение современного синтетического волокна демонстрирует эффект статических зарядов, включая индукцию, часто заметным и неприятным образом. Волокна ведут себя так, как заряженные проводники. Они притягивают такие вещи как кусочки бумаги и деревянные опилки, а сами притягиваются мебелью или стенами комнаты.
Расхождение между очень маленьким теоретическим разделением зарядов и относительно большим эффектом индукции вынудило теоретиков призвать на помощь побочные факторы, такие как существование примесей, чтобы объяснить наблюдения. Например, нижеприведенное утверждение, заимствованное из учебника по физике, ссылается на способность электрически заряженных непроводящих объектов притягивать кусочки бумаги и дерева так:
|
|
|
“Чип, сделанный из совершенного изолятора, вряд ли будет демонстрировать какой-либо эффект, а кусочки дерева или бумаги всегда достаточно влажные, что делает их немного проводниками”.58
Намного большее разделение зарядов, возникающее в результате процесса индукции, описанного в этой главе, разрешает эту проблему, оставаясь согласованным с появлением зарядов на обоих концах каждого кусочка, когда разделяется диэлектрик, находящийся под влиянием силы индукции. До того, как происходит разделение, значительное число атомов диэлектрика существует в многоатомных комбинациях с положительно* и отрицательно* заряженными концами. Хотя разделение зарядов во многих комбинациях велико по сравнению с расстоянием между атомами, оно очень мало по сравнению с размерами обычного заряженного диэлектрика. Таким образом, когда происходит разделение, в каждом фрагменте имеются заряженные комбинации такого вида. Соответственно, каждый фрагмент обладает теми же характеристиками заряда, что и первичный, цельный объект.
|
|
|
Как указывалось в томе 1, существование положительных* и отрицательных* зарядов в тесной близости, что требуется ядерной теорией атома, не совпадает с наблюдаемым поведением зарядов противоположной полярности. Наблюдения показывают, что такие заряды нейтрализуют друг друга задолго до того, как достигают таких маленьких разделений, которые существовали бы в гипотетическом ядре атома. Это решающий аргумент против правомочности ядерной теории. Поэтому уместно заметить, что существование положительных* и отрицательных* зарядов в объектах под влиянием индуцированных зарядов не противоречит нашему открытию наличия минимального расстояния (определенного как естественная единица расстояния, 4,56 x 10-6см), внутри которого не могут сосуществовать заряды противоположной полярности. Сосуществование индуцированных положительных и отрицательных зарядов возможно потому, что им принудительно мешают достигать предельного расстояния, на котором они бы комбинировались. Если внешняя сила убирается, индуцированные заряды комбинируются и нейтрализуют друг друга.
При зарядке посредством индукции часто удобно пользоваться заземлением. Заземление – это связывание индуктивно заряженного объекта с землей с помощью проводника. Земля электрически нейтральна и настолько велика, что нечувствительна к обретениям или потерям заряда в количествах, реально встречающихся в практике. Если объект Y заземлен, находясь под влиянием отрицательного* индуцированного заряда, отрицательно* заряженные электроны на дальнем конце объекта уходят по проводнику в землю. Тогда разрыв связи с землей оставляет на объекте Y лишь положительные* заряды, и этот объект остается положительно заряженным* после того, как объект Х, содержащий индуцированный заряд, убирается. Если процесс индукции инициируется положительным зарядом на объекте Х, заземление позволяет электронам вытягиваться из земли и заряжаться отрицательно, чтобы нейтрализовать положительные* заряды на Y, оставляя лишь отрицательные* заряды. Тогда, прерывание заземления оставляет Y отрицательно* заряженным.
|
|
|
Положения, занимаемые зарядами любого заряженного проводящего объекта, не подвергающегося силам индукции, определяются отталкиванием между зарядами, работающим для создания максимального разделения. Если объект находится под влиянием внешних зарядов, положение зарядов определяется итоговым потенциалом индукции и отталкиванием одноименных зарядов. В любом случае, результат – заряды ограничены внешними поверхностями проводящих материалов и, за исключением локальных разновидностей в очень неправильных телах, внутри зарядов нет. То же относится и к полым объектам. Внутренние стенки таких объектов не несут зарядов. Стенки можно зарядить помещением изолированного заряженного объекта в полый интерьер. Но в таком случае, с точки зрения индуцированного заряда, внутренние стенки станут “внешними”; то есть, станут положениями, ближайшими к заряду.
|
|
|
Наблюдаемая концентрация заряда на поверхностях проводника – еще одно прямое противоречие общепринятой теории электрического тока, рассматривающей ток как движение зарядов. Концентрация на поверхности возникает за счет взаимного отталкивания между частицами, которое смещает их к противоположным сторонам проводника. Отталкивающая сила не меняется, если заряды движутся по проводнику, поскольку направление силы перпендикулярно к направлению движения. Не меняет ситуацию и присутствие положительных* зарядов на внутренних атомах проводника, если любые такие заряды существуют. Если бы электроны или любая их часть прочно удерживались притяжением гипотетических зарядов протонов, они не могли бы двигаться как электрический ток. Если они свободно движутся в ответ на разность электрического потенциала, тогда они свободны двигаться к поверхностям проводника под влиянием взаимного отталкивания.
Из этого следует: Если бы современная электрическая теория была корректной, ток тек бы лишь вдоль внешних поверхностей проводников. Однако факт, что электрическое сопротивление обычно пропорционально площади поперечного сечения проводника, указывает на то, что движение постоянно имеет место по всему поперечному сечению. Это еще одно свидетельство, подтверждающее открытие, что электрический ток – это движение незаряженных электронов, а не зарядов.
Поскольку внешние заряды не индуцируют заряды внутри полого проводника, любой объект внутри проводящей оболочки изолирован от влияний электрического заряда. Подобное устранение или уменьшение влияний достигается с помощью проводников других форм, расположенных между зарядом и рассматриваемыми объектами. Этот процесс известен как экранирование, которое имеет место в широком разнообразии применений в электрической практике.
В пределах выполнения настоящего исследования электрических явлений представляется, что в традиционные размерности не входят любые большие ошибки, кроме ошибок, обсужденных на предыдущих страницах. Кроме выявленных ошибок, система СИ размерно согласована и согласуется с механической системой величин. Пространственно-временные размерности большинства широко используемых электрических единиц приведены в таблице 28. Первая колонка таблицы демонстрирует символы, использованные в данной работе. Другие колонки объясняют себя сами.
Таблица 28: Электрические величины
| t | время | секунда | t | |||
| Дипольный момент | Кулон (t/s) x метр | t | ||||
| W | Энергия (работа) | Ватт-час | t/s | |||
| Q | Заряд (поток) | Кулон (t/s) | t/s | |||
| V | Потенциал | Вольт | t/s2 | |||
| V | Напряжение | Вольт | t/s2 | |||
| E | Напряженность поля | Вольт/метр | t/s3 | |||
| Плотность потока | Кулон (t/s)/метр2 | t/s3 | ||||
| Плотность заряда | Кулон (t/s)/метр3 | t/s4 | ||||
| Сопротивляемость | Ом-метр | t2/s2 | ||||
| R | Сопротивление | Ом | t2/s3 | |||
| Плотность тока | Ампер/метр2 | 1/st | ||||
| Мощность | Ватт | 1/s | ||||
| D | Смещение | Кулон (s)/метр2 | 1/s | |||
| P | Поляризация | Кулон (s)/метр2 | 1/s | |||
| s | Пространство | Метр | s | |||
| q | Количество электричества | Кулон(s) | s | |||
| C | Емкость | Фарад | s | |||
| I | Ток | Ампер | s/t | |||
| Проницаемость | s2/t | ||||
| Электропроводность | Сименс/метр | s2/t2 | |||
| Проводимость | Сименс | s3/t2 | ||||
Естественные единицы большинства этих величин можно выводить из уже оцененных естественных единиц. Оставшиеся величины можно вычислить методами, использованными в предыдущих определениях, но оценка усложняется тем фактом, что используемые системы измерений внутренне не согласованы, и невозможно определить постоянные числовые значения, которые связывающие любую из этих систем с естественной системой единиц, как это было сделано для механических величин, включенных в единицу массы. В этом смысле ни система СИ, ни система сгс электрических единиц не может рассматриваться как единая система измерений. Обе являются комбинациями систем. В настоящем обсуждении мы будем различать системы измерения с помощью числовых коэффициентов, которые в данных системах относятся к естественной единице пространства s и обратной скорости t/s.
На основании величин естественных единиц пространства и времени в терминах сгс, установленных в томе 1, числовой коэффициент естественной единицы s, независимо от названия, должен быть 4,558816 x 10-6, в то время как естественная единица t/s должна быть 3,335635 x 10-11. В механической системе измерения величина s определяется в самом общем смысле как пространство, и единица обладает надлежащим числовым коэффициентом. В величину t/s, здесь называемую энергией, введена единица массы. Определена случайная единица массы. Это модифицировало числовые величины естественных единиц энергии и их производные на коэффициент 4,472162 x 107, что объяснялось в томе 1.
Определение единицы заряда (эсе) с помощью уравнения Кулона в электростатической системе измерения изначально планировалось использовать как средство введения электрических величин в механическую систему измерения. Но, как указывалось в главе 14, в этом уравнении имеется ошибка в размерностях, обуславливающая отклонение от механических величин. Поэтому электростатическая единица заряда и другие электрические единицы, включающие эсе, составляют отдельную систему измерения, в которой t/s отождествляется с электрическим зарядом. В главе 9 единица этой величины оценивалась из константы Фарадея как 4,80287 x 10-10 эсе.
Также заряд можно измерять напрямую, ввиду того, что некоторые физические сущности не способны принимать больше одной единицы электрического заряда. Например, заряд электрона – одна единица. Прямое измерение заряда труднее, чем выведение естественной единицы из константы Фарадея, но прямые измерения пребывают в разумном согласовании с величинами, выведенными косвенно. Как отмечались в главе 14, прояснение мелкомасштабных факторов, влияющих на эти феномены, привнесет в согласование все величины, включая выведенные теоретически.
Электромагнитную единицу (эме), аналогичную эсе, можно получить с помощью измерений магнетизма, и это формирует основу электромагнитной системы измерения. Оправдание использования эме как единицы электрического измерения создается допущением, что это электрическая единица, выведенная из электромагнитного процесса. Однако сейчас мы находим, что на самом деле это магнитная единица; то есть, двумерная единица. Следовательно, это скорее единица t2/s2, чем единица t/s. Чтобы получить электрическую (одномерную) единицу t/s, соответствующую эсе из эме, необходимо умножить измеренную величину коэффициента эме 1,602062 x 10-20 на естественную единицу s/t, 2,99793 x 1010 см/сек. Это возвращает нас к электростатической единице 4,80287 x 10-10. Таким образом, электромагнитная система – это не более чем электростатическая система, к которой добавляется дополнительный коэффициент, незначимый в электрическом контексте.
Система единиц СИ – это модификация электромагнитной системы. В начале измерения электричества в качестве фундаментальной единицы выбрали ампер, определенный на случайной основе. После накопления информации и осознания желания соотнести систему измерений с физическими основами, для общего использования приняли электромагнитную систему (эме). И чтобы избежать радикального изменения величины ампера, ввели случайный коэффициент 10. Как отмечает М. МакКейг, появление такого числа “в начальном определении необычно; оно возникает потому, что, хотя определение предназначено для фиксации величины ампера, мы уже заранее решили принять точную величину, которую желаем иметь в качестве единицы”.59
Случайная модификация величин эме изменила числовой коэффициент естественной единицы t/s до 1,602062 x 10-19. Из-за отсутствия различения между электрическим зарядом (t/s) и количеством электричества (s) в современной практике, во всех трех системах измерения электричества для обеих физических величин используется одна и та же единица, как показано в таблице 29.
Таблица 29: Числовые коэффициенты естественных единиц
| s | t/s | |||
| Пространство-время (сгс) | 4,558816 x 10-6 | 3,335635 x 10-11 | ||
| Механические | 4,558816 x 10-6 | 1,49175 x 10-3 | ||
| Электростатические | 4,80287 x 10-10 | 4,80287 x 10-10 | ||
| Электромагнитные | 1,602062 x 10-20 | 1,602062 x 10-20 | ||
| Модификация СИ | 1,602062 x 10-19 | 1,602062 x 10-19 | ||
Применяя принцип эквивалентности естественных единиц к электрическим величинам, необходимо принимать во внимание различия между числовыми величинами, относящимся к разным системам. Например, естественная единица емкости, величина, играющая главную роль в феноменах, обсужденных в главе 15, является естественной единицей электрического заряда, деленной на естественную единицу напряжения, t/s x s2/t = s. На основании объяснения естественных электрических единиц, предложенного в предыдущих параграфах, величина естественной единицы электрического заряда в электростатической системе сгс составляет 4,80287 x 10-10 эсе. Естественная единица емкости – эта величина, деленная на естественную единицу напряжения, которая в главе 9 оценивалась как 9,31146 x 108 вольт. Результат – 5,15802 x 10-18 фарад. Как мы уже нашли, фарад – это единица пространства. Естественная единица пространства, выведенная в томе 1, составляет 4,558816 x 10-6 см. Деля две эти величины, мы получаем 1,1314 x 10-12 как отношение числовых коэффициентов естественных единиц. Из геометрических измерений найдено, что сантиметр как единица емкости равен 1,11126 x 10-12 фарад. Следовательно, теоретические и экспериментальные величины пребывают в согласованности в пределах точности, с которой выполнено современное изучение электрических отношений.
В данном случае применение принципа эквивалентности просто подтверждает экспериментальный результат. Его ценность как инструмента исследования проистекает из того факта, что он одинаково применим в ситуациях, где не доступно ничего из других источников.
Глава 17
Ионизация
Электрические заряды не ограничиваются электронами. Единицы вибрации вращения, составляющие электрический заряд, можно вставить и в любую другую комбинацию вращения, включая атомы и другие субатомные частицы. Процесс создания таких зарядов известен как ионизация, а электрически заряженные атомы или молекулы называются ионами. Подобно электронам, атомы или молекулы могут заряжаться или ионизироваться посредством любых агентов, включая излучение, тепловое движение, другой физический контакт и так далее. По существу, процесс ионизации – это просто передача энергии, и любой вид энергии будет служить цели, если передается в нужное место и в нужной концентрации.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 277; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!