Аккумулирование электричества 34 страница
Сейчас молекула HCl становится молекулой Н+, ионом, и атомом Cl, связанным с заряженным электроном, скажем, ионом Cl-. Заряды новых молекул или ионов балансируют валентности связанных с ними атомов. Поэтому ионы устойчивы в том же смысле, что и исходные молекулы HCl, за исключением наличия довольно сильного стремления к новым комбинациям, ограничивающего итоговую величину ионизации.
Сейчас давайте вернемся к исследованию эффектов, которые создаются, когда напряжение прикладывается так, чтобы вызывать градиент напряжения в ионизированной жидкости. Это достигается помещением в жидкость двух электрических проводников или электродов и подсоединением их к источнику тока так, чтобы электроны извлекались из положительного* электрода, анода, и входили в отрицательный* электрод, катод. Жидкости, такие как HCl, не являются проводниками электричества в том смысле, в котором этот термин применяется к металлам; то есть, они не позволяют свободное движение электронов. Однако введение разности потенциалов создает движение ионов в ионизированной жидкости.
Как мы видели в главе 15, разность потенциалов выталкивает некоторые электроны катода в пространственный эквивалент времени и извлекает такое же число электронов из пространственного эквивалента времени в анод. Некоторые контакты с молекулами жидкости обладают достаточной энергией, чтобы передавать заряды электронам поблизости от катода. Таким образом, вблизи жидкости накапливается какое-то количество отрицательного* заряда. Этот процесс известен как поляризация.
|
|
|
В аноде извлечение электронов создает дефицит электронов относительно концентрации равновесия. Это ведет к разрыву некоторых нейтральных комбинаций положительных* атомов и отрицательных* электронов. Высвобожденные электроны поглощаются электронным “вакуумом”, теряя заряды в этом процессе. Это создает избыток положительно* заряженных ионов; то есть, область вблизи анода обладает положительной* поляризацией.
В результате поляризации положительные* и отрицательные* ионы притягиваются соответственно к катоду и аноду электрическими силами между разноименными зарядами. Положительные* ионы (такие как Н+), достигая катода, нейтрализуют отрицательно* заряженные электроны и переносят их из концентрации электронов в эквивалентное пространство. Они заменяются электронами, извлеченными из катода. Затем дополнительные электроны обретают заряды посредством столкновений и восстанавливают равновесие в жидкости, окружающей катод. Тем временем отрицательные* ионы (такие как Cl-), достигая анода, нейтрализуют положительные* заряды вблизи этого электрода и высвобождают извлеченные электроны в анод, восстанавливая равновесие поляризации.
|
|
|
Потеря электронов катодом и обретение электронов анодом в описанном процессе создает разность потенциалов между двумя электродами, в дополнение к тем, которые обеспечиваются источником внешнего напряжения. Следовательно, ток течет от анода к катоду по металлическому проводнику, восстанавливая условие равновесия. Ток течет до тех пор, пока в жидкости продолжают двигаться ионы.
Пропорция общего числа молекул, которые будут ионизироваться в конкретной жидкости при конкретных условиях, – функция вероятности, величина которой зависит от ряда факторов, включая силу химической связи, природу других веществ, присутствующих в жидкости, температуру и так далее. Если связь сильная, как у органических соединений, часто молекулы вообще не ионизируются в области температуры, при которой вещество является жидкостью. Вещества, такие как металлы, у которых атомы объединены положительными связями, тоже не могут ионизироваться в жидком состоянии, поскольку процесс нулевой энергии ионизации зависит от существования комбинации “положительный*-отрицательный*”.
|
|
|
Наличие или отсутствие ионов в жидкости – важный фактор во многих физических и химических феноменах. Именно по этой причине химические соединения часто классифицируются на основе поведения как полярные или неполярные, электролиты или не электролиты и так далее. Разница между ними не настолько фундаментальна, как может показаться, поскольку разница в поведении – это просто отражение относительной силы связи: больше или меньше, чем количество, необходимое для предотвращения ионизации. Статус органических соединений как не электролитов возникает за счет большой силы двумерных связей, характерной для данных соединений. В этой связи, ничего не значит то, что органические соединения, такие как кислоты, обладающие одним атомом или группой, притянутой слабее, чем обычно в органическом делении, часто подвергаются заметной степени ионизации.
Ионизация жидкости – это не процесс. продолжающийся до завершения; это динамическое равновесие. подобное тому, которое существует между жидкостью и паром. Электрическая сила притяжения между разноименными ионами присутствует всегда. И если ион встречается с ионом противоположной поляризации в период, когда его тепловая энергия ниже уровня ионизации, произойдет перекомбинирование. Устранению ионов мешает ионизация дополнительных молекул, энергия которых достигает уровня ионизации. При стабильных условиях равновесие достигается в той точке, где скорость образования новых ионов равна скорости перекомбинирования.
|
|
|
Традиционное объяснение процесса ионизации таково: Он состоит из передачи электронов от одного атома или группы атомов к другому атому или другой группе. Это создает дефицит электронов, определенный как положительный* заряд, у одного из участников и избыток электронов, определенный как отрицательный* заряд у другого. Допускается, что в процессе электролиза отрицательные* ионы несут электроны к аноду, где последние покидают ионы, входят в проводник и текут по внешней цепи в катод. Здесь они встречаются с положительными* ионами, притянутыми в этот электрод, заряды нейтрализуются, восстанавливая электрическое равновесие.
Это простое и правдоподобное объяснение. Поэтому неудивительно, что оно получило всеобщее признание. Однако подобно многим другим притягательным, но ошибочным гипотезам, оно направило физическое мышление в непродуктивные русла. По существу, такая интерпретация процесса электроза внесла значительный вклад в веру в то, что электрический ток – это движения зарядов, одна из основных ошибок современной теории электричества.
Поскольку отрицательные* заряды действительно движутся в электролите к аноду, на первый взгляд, имеется аналогия с металлической цепью, и обсуждение электролиза привычно сводится к “прохождению тока через раствор электролита”. Если бы в цепи действительно имелся постоянный поток, и если бы движущиеся единицы могли бы определяться как отрицательные* заряды в одном сегменте цепи, было бы разумно предположить, что движущиеся единицы в остатке цепи тоже являются зарядами. Но этот довод полностью зависит от непрерывности, а такой непрерывности явно не существует. Процесс электролиза – это не просто поток тока в цепи; это ряд более сложных событий, в которых положительные* и отрицательные* заряды возникают в растворе и движутся к электродам в противоположных направлениях. Это значит, что электролитическая проводимость должна объясняться независимо от проводимости металлов. Это устраняет поддержку, которую процесс электролиза предоставляет традиционной теории электрического тока.
Последняя тема обсуждения этой главы – предел величины комбинации тепловой энергии и энергии ионизации. Как указывалось раньше, тепловая энергия должна достигать определенного уровня, зависящего от характеристик вовлеченных атомов, до того, как станет возможной ионизация. По достижении этого уровня устанавливается равновесие между температурой и степенью ионизации. Дальнейшее повышение температуры совокупности создает увеличение линейного смещения скорости (скорости частицы) и смещение заряда (ионизацию) вплоть до той точки, в которой все элементы совокупности полностью ионизированы; то есть, они обладают максимальным числом положительных* зарядов, которые способны обретать. Выше точки максимальной ионизации дальнейшее повышение температуры влияет лишь на скорости частиц. Разумеется, общие смещения наружу (ионизационное и тепловое) достигают равновесия с одной из единиц магнитного смещения вращения вовнутрь атома. Тогда обратная скорость смещений уничтожает друг друга, и вовлеченные вращательные движения возвращаются к линейному статусу. В этой точке материальная совокупность достигла того, что мы можем назвать пределом разрушения.
В предыдущих параграфах приводилось много примеров, в которых демонстрировалось существование предела разрушения конкретной физической величины. Только что мы видели, что число единиц электрической ионизации атома ограничено до итогового эквивалентного числа единиц действующего электрического смещения вращения. Например, элемент магний, обладающий эквивалентом 12-ти единиц итогового действующего электрического смещения вращения, может принимать 12 единиц электрического смещения вибрации (ионизации) и не более того. Аналогично, мы обнаруживаем, что максимальная основа вращения тепловой вибрации в твердом состоянии – это первичное магнитное вращение атома. Большая часть пределов, с которыми мы сталкивались, относится к виду, который мы можем обозначить как пределы не разрушения. Когда достигается этот предел, дальнейшее увеличение конкретной величины не допускается, и отсутствует любой другой эффект.
Сейчас мы имеем дело с величиной, общей скоростью смещения наружу, которая подвергается разному виду предела, предела разрушения. Существенное различие между двумя пределами возникает за счет того, что пределы не разрушения просто обозначают скорость, с которой происходят определенные виды прибавлений или модификаций составляющих движений атомов. Достижение предела электрической ионизации означает, что к атому больше нельзя прибавлять единицы положительного* электрического заряда; это ни в коей мере не подвергает опасности существование атома. С другой стороны, предел, который представляет собой обретение равенства с базовым движением атома, обладает более глубокой значимостью. Здесь следует помнить, что вращение – это не свойство самого скалярного движения; это свойство привязки движения к системе отсчета. Например, базовая составляющая незаряженного электрона – это единица скалярного движения вовнутрь в пространстве. Такое движение не обладает никакими другими свойствами, кроме единицы величины вовнутрь, но оно привязывается к системе отсчета так, что становится вращением в контексте данной системы, сохраняя свое скалярное направление вовнутрь. Если электрон заряжен, привязка модифицируется так, что на движение накладывается противоположно направленная вибрация вращения. Аналогично, заряженный позитрон – это единица движения вовнутрь во времени, привязанная к системе отсчета.
Сближаясь, заряженный электрон и заряженный позитрон притягиваются друг к другу электрическими силами. Когда они вступают в контакт, две вибрации вращения равной величины, но противоположной полярности, уничтожают друг друга. Противоположно направленные единицы вращений делают то же самое. Это убирает все аспекты привязки движения к системе отсчета, кроме самой точки отчета, сводя частицы к излучению и приводя их в состояние покоя в естественной системе отсчета. Как видно в пространственной системе отсчета, они становятся двумя фотонами, движущимися наружу в противоположных направлениях от точки в системе отсчета, в которой происходит нейтрализация.
Процесс нейтрализации или “аннигиляции” достигается труднее, поскольку частицы увеличиваются в размере и сложности. Он происходит в значимых масштабах только в субатомной области. Однако целые единицы магнитного смещения атомной скорости смещения вращения вовнутрь можно нейтрализовать комбинацией со смещениями равной величины наружу. Движениями наружу, доступными для этой цели, являются ионизация и тепловое движение. Когда общее смещение этих движений достигает равенства со смещением целой единицы магнитного вращения атома или любой полной единицей вращения, существование единицы вращения устраняется, и скорость смещения возвращается к линейной основе (вращению или кинетической энергии).
Как мы видели раньше, уровень тепловой ионизации связан с температурой. Общее смещение скорости наружу, при котором происходит нейтрализация, достигается при определенной температуре, пределе температурного разрушения. Полная ионизация достигается на уровне намного ниже предельной температуры. Ввиду того, что в процесс ионизации входит общее смещение наружу, а не одно тепловое движение, температура предела разрушения элемента зависит от его атомного номера. Более тяжелые элементы обладают большим смещением в форме ионизации, если полностью ионизированы. Поэтому эти элементы достигают того же общего смещения при более низких температурах.
Когда температура совокупности приближается к пределу разрушения самого тяжелого элемента, этот элемент сводится к элементу с меньшим магнитным (двумерным) вращением, разница в массе t3/s3 превращается в свой одномерный эквивалент – энергию, t/s. Если повышение температуры продолжается, один за другим элементы подчиняются той же судьбе в порядке уменьшения атомного номера.
Глава 18
Уход от реальности
В восьми главах, с 9-ой по 17-ю (кроме главы 12), мы описывали общие характеристики электричества – электрический ток и электрические заряды – как они появляются из развития следствий постулатов теории вселенной движения. Развитие выливается в картину места электричества в физической вселенной, абсолютно отличающуюся от картины, которую мы получаем из традиционной физической теории. Однако новое видение согласуется с наблюдениями и измерениями электричества и полностью увязывается с эмпирическим знанием в соответствующих сферах, в то время как традиционная теория обладает недостатками в обоих отношениях. Поэтому можно прийти к выводу, что ныне принятые теории, имеющие дело с электричеством, в значительной степени неверны.
Открытие, что целое крупное подразделение принятой физической теории не правомочно, трудно принять большинству физиков, особенно в свете значительного прогресса, достигнутого в применении существующей теории к практическим проблемам. Для подтверждения теории недостаточно ни длительного периода принятия, ни свидетельства о полезности. История науки полна теорий, которые долгое время наслаждались всеобщим признанием и вносили значительный вклад в продвижение знания, но со временем отвергались из-за фатальных недостатков. Современная теория электричества не уникальна в этом отношении; она – еще один этап в длинном списке временных решений физических проблем.
Тогда возникает вопрос. Как такие значимые ошибки нашли свой путь в принятую структуру физической теории? Ответ найти не трудно. На самом деле, есть много факторов, способствующих признанию ошибочных теорий и сопротивлению расставанию с ними после того, как однажды они были приняты. Считалось даже достижением сохранять ошибочное содержание физической теории таким небольшим, каково оно есть. Фундаментальная проблема в том, что физической науке приходится иметь дело с множеством сущностей и феноменов, базовая природы которых не понята. Например, современная физика не понимает природы электрического заряда. Нам просто говорят, что не следует задавать вопросы типа, является ли существование зарядов одной из данных характеристик природы. Это освобождает построение теории от ограничений, которым оно обычно подвергается. При отсутствии адекватного понимания можно строить и защищать принятие теорий, в которых зарядам приписываются функции, явно несовместимые с местом электрического заряда в паттерне физической активности, как только место конкретно определено.
Ни одна из других базовых сущностей физической вселенной (из 6-ти или 8-ми, точное число зависит от способа возведения структуры фундаментальной теории) не известна лучше, чем электрический заряд. Например, природа времени – еще большая тайна. Но эти сущности являются краеугольными камнями физики. И для того, чтобы построить физическую теорию, необходимо сделать несколько допущений о каждой из них. Это значит, что современная физическая теория основана на 30-40 допущениях о почти полностью неизвестных сущностях.
Очевидно, вероятность такова, что все допущения о неизвестном правомерны почти в нулевой степени. Таким образом, практически ясно, просто из рассмотрения природы ее основ, что принятая структура теории содержит серьезные ошибки.
Кроме отсутствия понимания фундаментальных сущностей физической вселенной, имеются дальнейшие причины для длительного существования ошибок в традиционной физической теории, обязанных своим происхождением отношениям ученых к данной теме. Например, согласно превалирующему научному мнению, существует общая тенденция, рассматривать теорию твердо установленной, если она является самой лучшей имеющейся теорией. Как выразился Генри Моргенау, современный ученый не утверждает, что теория истинна или ложна, а что она “корректна или некорректна относительно данного состояния научного знания”.64
Одним из результатов подобной политики является то, что выводы о правомочности теорий на внешних границах научного знания привычно делаются без рассмотрения кумулятивного эффекта слабых связей в цепях рассуждений, ведущих к допущениям теорий. Например, мы часто сталкиваемся вот с такими утверждениями:
“В сущности, законы современной физики требуют существования черных дыр.65 Каждый, кто принимает общую относительность, находит любой способ избежать предсказания, что в нашей галактике должны существовать черные дыры”.66
Такие утверждения автоматически допускают, что читатель принимает “законы современной физики” и допущения общей относительности как непреложные, и что все, что необходимо для подтверждения вывода, даже абсурдного вывода, такого как существование черной дыры, - подтвердить логическую правомочность умозаключений из, по-видимому, установленных допущений. Однако истина в том, что гипотеза черной дыры пребывает в конце длинной цепи последовательных выводов, в которую включено более двух дюжин чистых допущений. Если цепь теоретического развития исследуется в целом, а не просто рассматривается последний шаг длинного пути, видно, что вывод о черной дыре является указанием на то, что где-то цепь мысли совершила неверный поворот и отошла от физической реальности. В этой связи будет уместно предпринять исследование цепи теоретического развития, которая зародилась в результате некоторых умозаключений, связанных с природой электричества.
Век электричества начался с ряда экспериментальных открытий: сначала статического электричества, положительного* и отрицательного*, затем электрического тока, а позднее определения электрона как носителя электрического тока. Теоретики столкнулись с двумя основными проблемами: (1) Является ли статическое электричество и электрический ток разными сущностями или просто двумя разными формами одной и той же сущности? (2) Является ли электрон только зарядом или заряженной частицей? К сожалению, консенсус, достигнутый научным сообществом по вопросу (1), был ошибочным. Таким образом, почти с самого начала теория электричества пошла в неверном направлении. В начале исследования электричества существовала духовная оппозиция неправильному выводу, но эксперимент Роуленда, в котором он демонстрировал, что движущийся заряд обладает магнитными свойствами электрического тока, заставил замолчать большую часть критики одной гипотезы “электричества”.
Проблема существования носителя электрического заряда - “голого электрона” - так и не была решена. Имелся некий вид компромисса. Сейчас общепризнанно, что заряд – это не совсем независимая сущность. Как выразился Ричард Фейнман: “Когда заряд убирается, еще остается “нечто”.67 Но неверное решение вопроса (1) мешает осознанию функций незаряженного электрона, рассматривая его как смутное “нечто”, не обладающее никакими физическими свойствами или любыми влияниями на активности, в которых участвует электрон. Результаты отсутствия осознания физического статуса незаряженного электрона, который мы определили как единицу электрической величины, описывались на предыдущих страницах и не нуждаются в повторении. Сейчас мы предпримем следующее. Мы проследим путь более серьезного ухода от реальности, который влияет на большой сегмент современной физической теории и рассматривается как главное различие между нынешней теорией и выводами, полученными из постулатов, определяющих вселенную движения.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 263; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!