Ещё раз о том, что собою представляет электрический ток...

Многие прежние представления учёных оказывались ошибочными после того, как открывались новые подробности устройства механизма Природы. Например, вплоть до середины 19 века в науке доминировало представление о двух видах «электрического флюида», создающего в телах электрические заряды противоположного знака — положительные и отрицательные.

Именно через «конфликт» между двумя разными «электрическими флюидами», который, как предполагалось, возникает при их встречном движении по проводнику, при замыкании положительного и отрицательного выводов «Вольтова столба», датский учёный Ганс Эрстед описал в 1820 году своё эпохальное открытие влияния электрического тока на магнитную стрелку. 

Это влияние электрического тока на магнитную стрелку, как подметил Эрстед, обусловлено образованием вихревого движения особой материи вокруг провода, по которому протекает электрический ток.

Впоследствии английский физик Майкл Фарадей, заменивший в этом опыте Эрстеда магнитную стрелку на железные опилки, назвал наблюдаемое с их помощью явление «магнитным полем», имеющим вихревой характер.

Когда были открыты электроны, субатомные частицы, обычно движущиеся по своим орбиталям вокруг ядер атомов вещества, но способные также легко уходить в «свободные полёт», учёным стало ясно, что электрический ток в проводниках создают именно «свободные электроны», когда они упорядоченно движутся под действием внешней силы.

Соответственно, с открытием в 1897 году английским физиком Джозефом Томсоном свободных электронов стало окончательно ясно, что такие явления электростатики как заряжание тел положительным электричеством или заряжание тел отрицательным электричеством, происходят в тех случаях, когда с поверхности электрически нейтральных тел каким-либо путём снимаются свободные электроны или наоборот они переносятся на их поверхность. 

При внешнем фотоэффекте, открытом в 1887 году немецким физиком Генрихом Герцем и детально изученном русским физиком Александром Столетовым в 1888-1889 годах, происходит выбивание свободных электронов с поверхности этих тел падающим на эти тела светом высоких энергий (ультрафиолетом, рентгеновскими лучами, гамма-излучением). Тела, теряющие таким образом свободные электроны, одновременно с этим теряют свой электрический заряд, становясь электрически нейтральными или даже положительно заряженными.

Все эти эффекты говорят нам о том, что сами по себе свободные электроны не могут покидать тела, даже если они являются электрически заряженными. 

Чтобы свободный электрон ушёл за пределы поверхности того или иного тела, он должен получить определённой величины энергетический импульс, сообщающий ему дополнительную энергию, достаточную для отрыва от поверхности тела. Такую энергию выхода за пределы вещества свободные электроны получают не только при фотоэффекте и электризации тел механическим путём, но также и при сильном нагревании тел. 

Однако, если нет ни того, ни другого, ни третьего, свободные электроны не покидают тел. В этой связи возникает закономерный вопрос: как ведут себя свободные электроны в тех или иных телах, когда никакие внешние силы на них не действуют?

Простейшие опыты по электростатике показывают, что заряженные тела одного знака, отталкиваются друг от друга, а разноимённые — притягиваются. 

Свободные электроны — это заряды одного знака. Соответственно, они всегда стремятся держаться подальше от других свободных электронов, находящихся внутри тех же тел. 

А если таких свободных электронов в теле миллиарды штук, и за пределы этих тел, (даже находясь на их поверхности!) они выйти не могут, как газ не может выйти из закупоренной ёмкости, что тогда?

Кстати, среднее значение концентрации электронов в каждом кубическом сантиметре металла составляет примерно 10 в 23 степени.

Надо думать, что столь огромное количество свободных электронов подобно молекулам воздуха создаёт в проводниках своего рода «электронный газ», который может находиться как в состоянии давления, так и в состоянии разрежения, а также в состоянии равновесия с положительным зарядом атомных ядер вещества. В последнем случае тело является электрически нейтральным. 

Средневековые учёные интуитивно так и понимали природу электричества, связывая его с представлением об «электрическом флюиде». Вот только они не могли догадаться, что тело приобретает положительный заряд при снижении внутреннего давления в «электронном газе», за счёт снятия с поверхности тела части свободных электронов, а отрицательный заряд тело приобретает, когда происходит повышение давления «электронного газа», за счёт переноса на поверхность тела дополнительных свободных электронов. Таким образом оба знака заряда (плюс и минус) создаёт в телах «электронный газ», находящийся в состоянии повышенного или пониженного давления.

Соответственно, чтобы нейтрализовать электрический заряд, находящийся на поверхности тела, необходимо сделать так, чтобы электроны могли перейти оттуда, где есть их переизбыток, туда, где имеется их дефицит.  

То обстоятельство, что электростатические заряды, находящиеся на поверхности заряженных тел (электростатика), а также электрический ток, протекающий по проводникам (электродинамика), создают эффекты, выходящие далеко за пределы этих тел, дало учёным повод предположить существование материальных полей взаимодействия — электрического и магнитного. 

На этом рисунке электрическое поле представлено сиреневым цветом, а вихревое магнитное поле — синим. Провод, по которому проходит электрический ток, и с которым связаны эти явления, здесь не показан, но его наличие надо обязательно иметь ввиду, так как без участия и упорядоченного движения свободных электронов существование электрического и магнитного полей невозможно, кто бы и что бы ни говорил. (Подробно я поясню это позже).

Со временем учёным стало понятно, что силовое электрическое поле, через которое со скоростью света передаётся силовое взаимодействие между электронами, представляет собой особый, отличный от вещества вид материи, способный заполнять собой в веществе всё межатомное и внутриатомное пространство. Поэтому объяснение сущности электрического, магнитного и суммарного электромагнитного поля в учебниках физики не обходится без упоминания «особой формы материи».

Пример: «Электрическое ( электростатическое) поле — особая форма  материи, передающее воздействие одного электрического заряда на другой электрический заряд в соответствии с законом Кулона». (Справочник по физике, автор Хорошавин С.Г.).

Скорость передачи силового взаимодействия между электронами и другими субатомными частицами, ограниченная величиной ~300 тысяч км/сек, по всей видимости, определяется исключительно электромеханической упругостью и плотностью этого межатомного и внутриатомного материального «наполнителя». 

Причём самим электронам свойственно двигаться внутри электропроводящих тел под воздействием внешней силы со скоростью всего несколько миллиметров в секунду. 

Как согласуется между собой крайне медленная скорость упорядоченного движения электронов в проводе с очень быстрой скоростью распространения по проводу силового электрического поля? 

Зная о том, что свободные электроны образуют в металлах «электронный газ», и о том, что пространство между электронами плотно заполнено «особой материей, отличной от вещества», из которой формируются электрическое и магнитное поля, мы можем движение электрического тока по проводам уподобить потоку жидкости в гидравлической системе. 

В обоих системах (электрической и гидравлической) с наивысшей скоростью передаётся по замкнутой цепи давление воды и напряжение электрического поля. Для воды эта скорость равна ~1500 м/сек, для электрического поля она равна ~300 тыс. км/сек. Если отследить в воде, которая под давлением движется по трубе, скорость отдельных капель или молекул, то окажется, что её величина составляет лишь единицы метров в секунду. Аналогично обстоит дело и с движущимися в потоке свободными электронами, который мы называем электрическим током. Электроны движутся в потоке ещё медленнее, чем молекулы воды, зато электрическое напряжение (аналог давления в воде) распространяется по проводам с гигантской скоростью.

Теперь, когда мы имеем некоторое представление о процессах, протекающих в электрических проводах, мы можем более детально представить, что такое электрический ток.

Когда в обмотке электрического генератора, вырабатывающего электроэнергию, свободные электроны сдвигаются с места под воздействием магнитного поля изменяющейся силы и перемещаются в ту или иную сторону вдоль провода, пусть даже и на микроскопическое расстояние...

...они толкают и деформируют своими электрическими полями электрические поля соседних электронов, те также сдвигаются со своего места на микроскопическую величину в направлении действия силы и в свою очередь своими электрическими полями толкают и деформируют электрические поля других соседних электронов... Так происходит движение вширь и вдоль провода объёмной упругой волны электрического поля, которая за счёт свойств «особой материи», отличной от вещества, распространяется со скоростью света.

Напомню читателю на всякий случай: «Электрическое (электростатическое) поле — особая форма материи, передающее воздействие одного электрического заряда на другой электрический заряд в соответствии с законом Кулона». (Справочник по физике, автор Хорошавин С.Г.).

Учитывая то, что свободные электроны своей совокупностью образуют в телах «электронный газ», не покидающий пределы наружной поверхности проводника, то упругая объёмная волна напряжения (давления) электрического поля, передающая силовое взаимодейстсвие между электронами, распространяется по проводнику (внутри «электронного газа») как по трубчатому волноводу, и за его пределы она не выходит.

Движение по проводу этой упругой волны электрического напряжения (электродвижущей силы, ЭДС) лучше всего объясняет рисунок американского инженера Николы Тесла, с помощью которого он также объяснил, как можно передавать электрическую энергию на любые расстояния всего по одному проводнику, нагруженному на свободном конце электростатической ёмкостью.

Обратите внимание на то, как работает на конце проводника электростатическая ёмкость в виде токопроводящей сферы, на наружной поверхности которой плотность электрических зарядов может то увеличиваться, то уменьшаться. Её аналогом в гидравлической системе является эластичная (резиновая) ёмкость, наружный размер которой может то увеличиваться, то уменьшаться. 

За счёт нагнетания на поверхность уединённой электростатической ёмкости электрических зарядов или за счёт снятия с её поверхности электрических зарядов и возможно организовать передачу электроэнергии по одиночному проводнику.

Этот же принцип и этот же эффект «эластичной ёмкости», возникающий при движении электрических зарядов по поверхности проводников под действием Кулоновских сил, используется в радиотехнике для возбуждения в пространстве, окружающем проводник, радиоизлучений.  

Ниже патент, выданный инженеру Н.Тесла в США 20 марта 1900 года, на систему для передачи электрической энергии без проводов, причём это дополнение к его раннему патенту от 1897 года:

Слева передающая установка, справа приёмная установка, использующие электростатические ёмкости на свободных концах проводников, излучающих электрическую энергию в пространство и принимающих её из пространства. Правда, сам Тесла, придумал эти установки для передачи электрической энергии не через пространство, а через землю. В этом случае, говорил он, можно передавать энергию на любые расстояния с весьма малыми потерями.

Что касается так называемого «магнитного поля», которое всегда является вихревым по характеру, то учёным было изначально ясно, что оно образуется только при движении электрического тока. 

В любой современной энциклопедии можно прочесть следующее утверждение: «Магнитное поле — это поле, действующее как на движущиеся электрические заряды, так и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле». Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/...

Как видим, и в случае с магнитным полем мы тоже имеем дело с материей, отличной от вещества. Только, если в случае с электрическим полем мы имеем в телах «электронный газ», находящийся под давлением (когда тела заряжены отрицательно) или в состоянии разрежения (когда тела заряжены положительно), то в случае с магнитным полем мы имеем вихревое движение этой же тончайшей материи, отличной от вещества, причём это вихревое движение тончайшей материи может охватывать области, простирающиеся на некоторое расстояние за пределы проводника.  

То обстоятельство, что неподвижные электростатические заряды не создают магнитные поля, их создают только движущиеся упорядоченно электрические заряды, указывает нам направление поиска первопричины возникновения магнитных полей вокруг проводов с током. 

В любой энциклопедии можно прочесть следующую информацию: «Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам)». 

Поскольку всё большое состоит из малого, нам нетрудно понять, что большие магнитные поля образуются из слияния малых вихревых магнитных полей, постоянно присутствующих вокруг электронов по причине того, что они обладают собственными магнитными моментами. 

Картина суммарного магнитного поля, возникающего вокруг многовитковой проволочной катушки при протекании по ней тока:

Справка из энциклопедического словаря: «Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других частиц), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента — спина. Спин (от англ. spin, буквально — вращение, вращать(-ся)) — собственный момент импульса элементарных частиц)».

Таким образом мы приходим к пониманию, что магнитное поле как микрообъект существует вокруг электронов всегда, по причине того, что они обладают вращением, спином. 

Как макрообъект магнитное поле возникает вокруг тел только тогда, когда большое количество электронов под действием внешней силы (ЭДС) приходит в упорядоченное поступательное движение, при этом их оси вращения (магнитные полюса электронов) занимают в пространстве одинаковое положение. В этом случае и происходит слияние миниатюрных вихрей каждого отдельно взятого электрона в один большой вихрь, окружающий тело, по котором течёт электрический ток.  

Если всё это понятно, и ничто не вызывает возражений, то можно перейти к подведению некоторых итогов. 

Первый и главный вывод: ни электрическое поле, ни вихревое магнитное поле не может существовать в отрыве от электрических зарядов. 

ЭПИЛОГ

Как я написал в самом начале этой статьи, многие прежние представления учёных оказывались ошибочными после того, как открывались новые подробности устройства механизма Природы. 

Когда английский учёный Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, это случилось 29 августа 1831 года, он просто увидел, что электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Причём величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. 

Спустя почти 30 лет, в 1860-х годах, шотландский учёный Джеймс Максвелл, который разумеется не знал и даже не догадывался о существовании электронов, они были открыты только в 1897 году, высказал смелую гипотезу об электромагнитной природе света. Впоследствии подтвердилось, что свет и все другие излучения (инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское) действительно порождаются движением электронов, вот только не факт, что свет распространяющийся в физическом вакууме (в безвоздушном пространстве) имеет электромагнитную природу!

Возможно, что в случае со светом, радиоволнами и прочими излучениями, порождаемыми движением электронов в вакуумных приборах или на поверхности проводников, мы имеем дело с иными формами материи, нежели изученные нами электрические и магнитные поля. 

Иллюстрация ниже показывает устройство и принцип работы рентгеновской трубки, в которой жёсткое рентгеновское излучение порождается за счёт резкого торможения свободных электронов, предварительно ускоренных в сильном электрическом поле. Причём сами свободные электроны, при резком торможении которых рождаются рентгеновские лучи, за пределы рентгеновской трубки не вылетают.

Почему я так обозначил проблему современной физики?

Смотрите как подаётся история, связанная с Д.К.Максвеллом и с его «Электромагнитной теорией света» полуторавековой давности:

«...Оказалось, что не только ток, но и изменяющееся со временем электрическое поле порождает магнитное поле. В свою очередь, в силу закона Фарадея, изменяющееся магнитное поле снова порождает электрическое. В результате, в пустом пространстве может распространяться электромагнитная волна. Из уравнений Максвелла следовало, что её скорость равна скорости света, поэтому Максвелл сделал вывод об электромагнитной природе света...»

Максвеллу было простительно сделать в 1860-х годах предположение о том, что не только магнитное поле является вихревым, но и электрическое поле тоже может быть вихревым, и что оба они могут существовать в отрыве от электронов, он ведь ничего не знал об электронах и даже не подозревал об их существовании. 

Но мы то уже знаем и про электроны, и про свойства создаваемых ими полей, и мы понимаем, что существование электрического и магнитного полей в отрыве электронов невозможно! 

Давайте рассмотрим случай, представленный на рисунке ниже. Так в учебниках современной физики рассказывается об образовании внутри замкнутого металлического кольца вихревого электрического поля. 

В показанном на этом рисунке случае, изменяемый рукой оператора магнитный поток, пронизывая замкнутое металлическое кольцо, непосредственно воздействует на свободные электроны, и строго по закону электромагнитной индукции, вызывает их сдвиг в направлении, указанном тонкой стрелкой синего цвета. 

В замкнутом металлическом кольце под воздействием изменяющегося магнитного потока свободные электроны сдвигаются фактически все одновременно, следовательно имеющиеся расстояния между ними, обусловленные действием Кулоновских сил не меняются. А значит, электродвижущая сила (ЭДС) в этом случае не возникает! Еинд = О. То есть, вихревого электрического поля, которое должно характеризоваться величиной напряжённости, нет! А вот если бы металлическое кольцо не было замкнутым, то под воздействием изменяющегося магнитного поля мы бы имели скопление свободных электронов на одном его конце, недостаток свободных электронов на другом его конце, и в дополнение к этому мы бы имели некоторую напряжённость электрического поля между наведёнными зарядами.

К сожалению, несмотря на такие очевидные вещи, современная мировая наука отказывается признавать ошибочность теории Д.К.Максвелла, построенной на предположении, что электрические и магнитные поля могут существовать в отрыве от электрических зарядов. До сих пор заявляется, что оба эти поля могут существовать даже в вакууме, в котором отсутствуют малейшие признаки какого-либо вещества. 

В школах и ВУЗах учителя до сих пор преподают учащимся, что для образования вихревого электрического поля «проводник вообще не нужен! Проводник является всего лишь индикатором того, что здесь есть электрическое поле! Если убрать проводник и оставить меняющееся магнитное поле, то электрическое поле всё-равно возникает в пространстве. Причём линии этого поля, силовые линии, направлены вот так, они замкнуты. Такое поле, линии которого замкнуты, называется вихревым.

Когда оно появляется? При изменении магнитного поля. Итак, пишем вывод: При изменении магнитного поля в пространстве, в нём возникает вихревое электрическое поле. Проводник при этом не нужен! Без всякого проводника. В пустоте, в вакууме возникает вихревое электрическое поле!..» Источник: https://youtu.be/FAqvdIPttjo

Я же хочу сказать следующее: 

То обстоятельство, что скорость распространения электрического поля в проводах равна скорости света в вакууме, позволяет высказать предположение, что и в проводах, и в вакууме (безвоздушном пространстве) имеет место распространение упругих волн в одной и той же тончайшей среде, которая отлична от вещества. 

Причём, если электрическое поле распространяется в проводах со скоростью света как упругая продольная волна, то и в вакууме (безвоздушном пространстве) волна света тоже представляет собой упругую продольную волну, движущуюся наступательно. 

При этом в реальной волне света равно как и в радиоволне нет места как вихревому магнитному полю, так и вихревому электрическому полю! 

Пытаться объяснять явление поляризации света (равно как и явление поляризации радиоволн) с помощью поперечных колебаний  магнитного и электрического полей, якобы существующих в отрыве от свободных электронов, было большой ошибкой учёных 19 века. 

Создание в ХХ веке квантовой физики дало подсказку, но ею никто из академиков не спешит воспользоваться, что явление поляризации света можно легко объяснить вращением частиц света («фотонов») вокруг своей оси. 

Обычный свет после прохождения через поляризатор становится поляризованным, и это обстоятельство заставило учёных придумать поперечные электромагнитные волны.

Хотя, казалось бы, что может быть проще и яснее?! При пропускании неполяризованного света через поляризатор тормозятся все фотоны, оси которых не совпадают с главной осью поляризатора, но те фотоны, у которых оси совпадают с главной осью поляризатора, проходят сквозь него свободно. Так из неполяризованного света получается поляризованный свет. Это исчерпывающее объяснение. И не надо никому рассказывать волшебные сказки про «поперечные колебания вихревых полей, электрического и магнитного в абсолютной пустоте»! 

Фотоны — это возбужденные частицы всё той же материи, отличной от вещества, в которой возникают хорошо известные нам электрические и магнитные поля.

Причём гипотетические «поперечные колебания вихревых полей», о которых рассказывает современная физика, нельзя ни нарисовать, ни  представить в здравом воображении! А то, что подаётся в учебниках физики под видом радиоволны, является несуразицей, в которой отсутствует даже намёк на то, что поля, электрическое и магнитное, колеблющиеся поперёк направления распространения радиоволны в пространстве, являются вихревыми, как того требует «Электромагнитная теория света» Д.К.Максвелла:

Где здесь хоть намёк на то, что в радиоволне имеет место движение/колебание именно вихревого магнитного поля и именно вихревого электрического поля?!

Реальная картина радиоволны, имеющей продольную компоненту и состоящей из «фотонов», может быть, например, такой:

Если я достаточно ясно всё объяснил, мне остаётся лишь надеется, что процесс ревизии мировой физической науки и переписывания учебников физики первыми начнут российские учёные.

14 марта 2021 г. Мурманск. Антон Благин