закину первую часть своего опуса про замуты с радиоволнами. Для разминки ума.
"Ложки нет или мысленные опыты дилетанта с электричеством.
Собираемся с силами, зажимаем волю в кулак, глаза на конус, мысли в кучку и короткими перебежками, от простого к сложному, совсем сложному и окончательно мутному. Побежали. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Опыт №1. Возьмем идеальную батарею на десять вольт, вымышленный резистор один Ом и замкнём цепь виртуальным рубильником. На мысленном осциллографе увидим скачёк тока от нуля до десяти ампер. Всё хорошо, маркиза, закон Ома в действии. Напряжение, делённое на сопротивление равно току. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Что тут не так? В роли нетака выступает напряжение. Почему? Следите за руками: Великие завещали, что ток есть направленное движение заряженных частиц. Дотошные выяснили (?), что этими частицами в твёрдом, проводящем теле являются электроны. Они там хаотично мечутся, аки мухи под потолком, стукаясь головёнками о ядра атомов и этим обеспечивая теплопроводность. При наложении электрического поля каждый электрончик получает от него дополнительное ускорение в нужную сторону. Таким образом, вся эта шобла начинает двигаться по проводнику. Это, собственно, и есть завещанный ток. И его сила определяется средней скоростью вынужденного движения и количеством электронов в поперечном сечении, участвующих в этом марше. Что смешно - каждому электрону начхать, какое напряжение подано на концы проводника. Ему до них - как до Луны пешком. Ускорение электрона зависит от НАПРЯЖЁННОСТИ поля вокруг него. А напряжённость это, как ни странно, напряжение, делённое на расстояние. Теперь вспомним, что размеры этого одноомного резистора в реальности могут различаться на три порядка. Соответственно и напряжённость поля и средняя скорость движения электронов также разнятся на порядки. Ну и как объясняет такую ситуацию всеми любимый закон Ома? Да никак! Ом он и в Африке Ом. Поставил ЛЮБОЙ один Ом, получи свои десять ампер. Удобно? – Удобно! Работает? – работает! Вся эта котовасия проистекает из-за того, что закон Ома законом не является. Ибо не включает в себя механизм того явления которое описывает – механизма проводимости. Так, что под видом закона мы имеем просто полезное правило, или по-современному – лайфхак. А если рассмотреть данную коллизию с позиций механизма проводимости, то всё мгновенно встаёт на свои места. Увеличив длину резистора, для сохранения номинала придётся во столько же раз увеличить его сечение. Снизили напряженность, но увеличили количество носителей. Бинго! Ложечки нашлись. Вывод – если результаты опыта противоречат какому либо закону, надо проверять не только результаты, но и сам закон проверить на вшивость. А не лайфхак ли ты часом? Ибо лайфхак ничего запрещать не может, поелику не имеет критериев применимости. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Опыт №2. Заменим теперь резистор на катушку индуктивности с тем же внутренним сопротивлением и снова клацнем рубильником. Теперь до своих законных десяти ампер ток нарастает не скачком, а намного медленнее. Тем медленней, чем больше индуктивность катушки. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Задумаемся. Откуда вдруг, у тех же самых электронов, что резво маршировали в первом опыте, взялась эта политическая инертность? С энергетической точки зрения всё вполне объяснимо. Поскольку индуктивность есть свойство проводника накапливать энергию в магнитном поле, то мгновенный скачок энергии и, следовательно, тока, возможен только при бесконечной подводимой мощности. Что в реальном мире, естественно не реализуемо. Но это объяснение для бедных, что-то на уровне – на всё воля божья. Ибо, так любимый мной, великий и ужасный закон сохранения энергии он из той же компашки лайфхаков, что и «закон» Ома. И даже хуже. Если механизмы проводимости более-менее понятны, то какие черти ответственны за работу закона сохранения энергии, не знает даже папа римский. Так как же оно тикает? Нам объясняют, что как только начал расти ток в катушке, стало расти и её магнитное поле. Или, ежели совсем по научному, - магнитный поток. (Вот, чисто из ехидства, поток ЧЕГО? Каких таких молекул-атомов-частиц? Где можно отсыпать? Нет, говорят нам, не частиц, а ЛИНИЙ. Линий Карл! Я один чувствую бредовость данного сочетания понятий? Ну, да, ин ладно!) Так, вот, только этот поток начинает расти, как в игру вступает закон Майкла, нашего, Фарадея, кстаи говоря, известного британского учёного ! Согласно закона, изменение потока вызывает возникновение ЭДС в контуре. На этом работают всякоразные дроссели, трансформаторы и прочая электромагнитная дребедень. Для одиночной катушки принято называть её ЭДС самоиндукции. Вот, кстати, выдержка из богомерзкой википедии: «Это явление и называется самоиндукцией. Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.» Ага! Значит когда электрическое поле пытается разогнать наши злектрончики, зловредная противоэдс бьёт его по рукам и всячески вставляет палки в колёса. Толково, чё. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Опыт №3. Снова берём любимую батарею в десять вольт, катушку в десять витков, общим сопротивлением один Oм и замыкаем цепь. Наблюдаем за напряжением на витках по осциллографу. Как ни странно, и при нарастании тока, и в установившемся режиме, на каждом витке катушки мы видим напряжение в один вольт. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- С одной стороны, что тут странного? Десять вольт на десяти витках. Витки одинаковые, ток в них одинаковый, по вольту на виток и баланс сошёлся, ложечки нашлись, добро победило. Но с другой стороны – а где обещанная нам ЭДС? Та, которая должна бороться с нарастанием тока. Гм! Ещё раз смотрим в Вики: « Электри́ческое напряже́ние - физическая величина, значение которой равно работе электрического поля совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда. Измеряется в вольтах.» Так. А ЭДС? «Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура[1]. Измеряется в вольтах.» Вот те раз! Ну не может существовать в одном проводнике два разных напряжения. Только их сумма или разность. А в опыте, к напряжению батареи ничего не добавилось и не убавилось. Ложки нет. Тьфу! Как же можно объяснить сей конфуз? Может, в данном опыте, ЭДС и не должно было появиться? Но это прямо противоречит «закону» Фарадея. Все условия для генерации ЭДС присутствуют. Может сам закон – фуфло, и никакой ЭДС в природе нет? Но что-то же тормозит рост тока! Да и всякие трансформаторы благополучно пашут в народном хозяйстве. А, может ЭДС это суслик? Которого не видно, но он есть? Проверим. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Опыт №4. Поместим в катушку с линейно нарастающим током проводящее кольцо. Согласно закону индукции, в кольце должна наводиться ЭДС, вызывающая протекание тока в направлении, обратном току катушки. Проверяем – ток есть! Он нагревает кольцо и искажает магнитное поле катушки. Отлично! А, что с ЭДС? Что покажет вольтметр, если ткнуть щупами в любую область кольца? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Немного подумав, получим решение. Единственное значение, дающее непротиворечивый результат это ноль! Гордый ноль на шкале вольтметра, независимо от того куда мы касаемся щупами. При любых токах и любом материале кольца, от золота до вольфрама. Ложки опять нет! В результате приходим к выводу, что электромагнитная индукция никакого электрического поля не генерирует, и ЭДС это что угодно, но только не напряжение, хотя и измеряется в вольтах. Так что же это за зверь такой? Может, как намекает нам Вики, это проявление некой экзотической магнитной инерции электронов? Ну, для одинокой катушки весьма похоже. Подали напряжение, инертные электроны медленно набирают скорость, ток растёт. Оторвали плюсовой вывод, напряжение на катушке пропало, но инертные электроны не могут сразу остановиться, они, грубо говоря, скапливаются у оборванного конца. В результате наблюдаем т.н. индуктивный выброс напряжения, в данном случае – отрицательного. Это напряжение отгоняет электроны обратно, восстанавливая электронейтральность проводника катушки. При обрыве отрицательного вывода электроны убегут от него, оголяя положительный заряд ядер. Получаем положительный выброс напряжения. Да, это похоже на инерцию, но с одним принципиальным отличием. Инерция физического тела это его индивидуальное свойство. Она не зависит от того, как движутся другие тела из ближайшего окружения. А у электронов с этим совсем кисло. Стоит растянуть катушку и вся их инерция куда-то девается. Притом, что физически, сам проводник никак не изменился. Окончательно гробит идею с инерцией опыт с трёхвыводной катушкой. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Опыт №5. Добавим к катушке из опыта №3 вторую половинку, подсоединив один её конец к минусовому выводу исходной катушки, а второй оставив болтаться в воздухе. Получим катушку из двадцати витков с отводом от десятого. Замкнём цепь и посмотрим на результаты. Для исходной катушки естественно ничего не изменилось. И при нарастании тока, и в установившемся режиме, на каждом витке катушки мы видим напряжение в один вольт. А, вот на свободном конце добавочной катушки мы увидим всплеск напряжения, который уже никакой инерцией электронов не объяснить. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Изучим характерные особенности этого всплеска. Во-первых, он отрицательный. То есть, подав плюс на одну половину катушки, мы получили минус на другой её половине. Во-вторых, его форма в точности повторяет форму дифференциала тока через исходную катушку. В-третьих, амплитуда всплеска равна поданному на исходную катушку напряжению. ВАУ! Да это же она и есть – искомая ЭДС! Во всей красе и полный рост! Полностью соответствующая закону электромагнитной индукции. Значит закон полезный и работящий. И трансформаторы всей земли гудят во славу его! Но но но! Никаких Вау. Перечисленных претензий к ЭДС это не отменяет. В одной части катушки она, понимаешь, цветёт и пахнет, а в другой части её ни слухом, ни духом. Идею «пугливой ЭДС», которая боится взаимодействовать с внешним источником и при его появлении моментально прячется по нанокустам я принять не готов. Давайте раскроем аббревиатуру ЭДС. Электродвижущая сила! Если рассматривать эту фразу не как анахронизм, по типу самодвижущегося экипажа, а прочитать буквально, то получим что-то типа – сила движущая электроны. Заметьте, ни о каком напряжении и электрическом поле речи не идёт. Тупо – СИЛА. Получается интересно - сила, измеряемая в вольтах. А, ведь есть ещё ЭДС химического источника, ЭДС термопары, фото-ЭДС и т.д. Если разобраться, то термин ЭДС применяется там, где в электрической цепи работают силы неэлектрической природы. По типу – Есть плавники? – значит рыба. Откуда и проистекает некоторая путаница и замыливание сути явлений.
Энто я раньше почему такой злой был? Потому, что у меня страны не было!
|