Шаляпин А.Л.
10.01.2010, 12:43
О некоторых неточностях в Классической электродинамике
Шаляпин » Ср янв 16, 2008 9:29
О НЕКОТОРЫХ НЕТОЧНОСТЯХ В ОЧЕНЬ ТОЧНОЙ НАУКЕ КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
В данной работе затронуты вполне очевидные вопросы, которые очень часто встречаются в такой точной науке как классическая электродинамика. Статью можно было бы озаглавить и так: “Как так случилось, что все вместе очень дружно не заметили обычных продольных электрических волн в вакууме в рамках самой обычной классической электродинамики?
А теперь начнем все по порядку и в качестве образца возьмем типичный учебник И.В. Савельева «Курс общей физики», т. 2 [1], который отличается достаточно упорядоченным изложением материала.
За редким исключением, материал по электромагнетизму изложен примерно так же и в других учебниках для вузов. Поэтому сделанные здесь замечания совершенно не относятся лично к автору данного учебника, а скорее всего, касаются уровня понимания электромагнитных явлений современными физиками. И так, читаем (стр. 302).
«В главе IХ мы выяснили, что переменное электрическое поле порождает магнитное, которое, вообще говоря, тоже оказывается переменным. Это переменное магнитное поле порождает электрическое и т.д. Таким образом, если возбудить с помощью колеблющихся зарядов переменное электромагнитное поле, то в окружающем заряды пространстве возникнет последовательность взаимных превращений электрического и магнитного полей, распространяющихся от точки. Этот процесс будет периодическим во времени и в пространстве и, следовательно, представляет собой волну».
Получается так, что, еще совершенно не зная механизмов формирования силовых полей, уже утверждается, что переменное электрическое поле может породить магнитное поле (при этом обязательно – переменное) и наоборот.
А вот, в лекциях у Фейнмана [2] такого взаимного превращения полей вообще не просматривается.
В лекциях Фейнмана (вып. 6) достаточно последовательно показано, что причиной возникновения переменного электрического и магнитного полей является движущийся и ускоряющийся «точечный» заряд, т.е. самый обычный электрон. И данные силовые поля зарождаются одновременно, синфазно и синхронно с ускорением электрона, разумеется, с учетом запаздывания рассеянных движущимся электроном волн вакуума.
При этом, совсем не обязательно будут формироваться синусоидальные силовые поля. Могут рождаться импульсные силовые поля или любой другой формы вплоть до постоянных полей.
Далее в учебнике [1] на основе уравнений Максвелла, полученных первоначально, как известно, из опытных данных, выводятся волновые уравнения для силовых полей. Однако здесь могут быть волны любого типа – как продольные, так и поперечные.
Лишь в последнее время практически все основные уравнения классической электродинамики были полностью выведены, исходя из очень простых волновых процессов в физическом вакууме [3].
Электрон, совершая ускорение, производит модуляцию во времени своего электрического поля. При этом в направлении ускорения электрона производится модуляция продольных электрических волн, а в направлении, перпендикулярном ускорению электрона, производится модуляция поперечных электромагнитных волн. Механизм формирования силовых полей из рассеянных электроном волн физического вакуума очень подробно рассмотрен в работе [3].
В качестве примера формирования продольной электрической волны рассмотрим прохождение электрической волны через плоский электрический конденсатор. Допустим, что в исходном состоянии конденсатор не заряжен, и электрическое поле в нем равняется нулю.
При подаче электрического сигнала на подводящий провод входной пластины конденсатора, потенциал на ней начнет изменяться. При этом переменное электрическое поле в виде продольной электрической волны со скоростью с начнет распространяться в направлении второй (выходной) пластины конденсатора. В данном случае мы имеем дело с прохождением продольной электрической волны, поскольку волна распространяется перпендикулярно пластинам конденсатора, и направление электрического вектора совпадает с направлением движения волны.
Спустя интервал времени d/c , где d – расстояние между пластинами конденсатора, потенциал второй пластины конденсатора также начнет изменяться.
Одновременно с появлением продольной электрической волны между пластинами конденсатора здесь же образуется аксиальное магнитное поле, вызванное протеканием тока на подводящем проводнике к конденсатору.
Для данного случая (вакуумного промежутка между пластинами конденсатора) подойдет следующее уравнение Максвелла:
rot H = (ε0 /c) d E / d t (1)
где Н – вектор магнитного поля, Е - вектор электрического поля, e0 - диэлектрическая постоянная вакуума. По очень хорошо известной исторической причине, правую часть в уравнении (1) часто называют «током смещения», хотя для этого нет особых оснований, да и сам Максвелл ввел этот термин чисто формально, не придавая ему никакого физического смысла.
Вот, здесь-то и затерялась наша с Вами продольная электрическая волна, которая замаскировалась под продольный ток смещения.
Отсюда следует вывод, что от введения лишних «красивых слов» в классическую электродинамику ее понимание ничуть не улучшается, а, скорее, наоборот ухудшается.
Наблюдать прохождение продольной электрической волны достаточно легко в обычном проводнике, если подать на его вход короткий электрический импульс. Для измерения времени прохождения волны по проводнику нужно иметь достаточно высокочастотный осциллограф и широкополосный импульсный усилитель.
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1982. T.2.
2. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып. 6.
3. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УМЦ УПИ, 2006. 490 с.
Шаляпин » Ср янв 16, 2008 9:29
О НЕКОТОРЫХ НЕТОЧНОСТЯХ В ОЧЕНЬ ТОЧНОЙ НАУКЕ КЛАССИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
В данной работе затронуты вполне очевидные вопросы, которые очень часто встречаются в такой точной науке как классическая электродинамика. Статью можно было бы озаглавить и так: “Как так случилось, что все вместе очень дружно не заметили обычных продольных электрических волн в вакууме в рамках самой обычной классической электродинамики?
А теперь начнем все по порядку и в качестве образца возьмем типичный учебник И.В. Савельева «Курс общей физики», т. 2 [1], который отличается достаточно упорядоченным изложением материала.
За редким исключением, материал по электромагнетизму изложен примерно так же и в других учебниках для вузов. Поэтому сделанные здесь замечания совершенно не относятся лично к автору данного учебника, а скорее всего, касаются уровня понимания электромагнитных явлений современными физиками. И так, читаем (стр. 302).
«В главе IХ мы выяснили, что переменное электрическое поле порождает магнитное, которое, вообще говоря, тоже оказывается переменным. Это переменное магнитное поле порождает электрическое и т.д. Таким образом, если возбудить с помощью колеблющихся зарядов переменное электромагнитное поле, то в окружающем заряды пространстве возникнет последовательность взаимных превращений электрического и магнитного полей, распространяющихся от точки. Этот процесс будет периодическим во времени и в пространстве и, следовательно, представляет собой волну».
Получается так, что, еще совершенно не зная механизмов формирования силовых полей, уже утверждается, что переменное электрическое поле может породить магнитное поле (при этом обязательно – переменное) и наоборот.
А вот, в лекциях у Фейнмана [2] такого взаимного превращения полей вообще не просматривается.
В лекциях Фейнмана (вып. 6) достаточно последовательно показано, что причиной возникновения переменного электрического и магнитного полей является движущийся и ускоряющийся «точечный» заряд, т.е. самый обычный электрон. И данные силовые поля зарождаются одновременно, синфазно и синхронно с ускорением электрона, разумеется, с учетом запаздывания рассеянных движущимся электроном волн вакуума.
При этом, совсем не обязательно будут формироваться синусоидальные силовые поля. Могут рождаться импульсные силовые поля или любой другой формы вплоть до постоянных полей.
Далее в учебнике [1] на основе уравнений Максвелла, полученных первоначально, как известно, из опытных данных, выводятся волновые уравнения для силовых полей. Однако здесь могут быть волны любого типа – как продольные, так и поперечные.
Лишь в последнее время практически все основные уравнения классической электродинамики были полностью выведены, исходя из очень простых волновых процессов в физическом вакууме [3].
Электрон, совершая ускорение, производит модуляцию во времени своего электрического поля. При этом в направлении ускорения электрона производится модуляция продольных электрических волн, а в направлении, перпендикулярном ускорению электрона, производится модуляция поперечных электромагнитных волн. Механизм формирования силовых полей из рассеянных электроном волн физического вакуума очень подробно рассмотрен в работе [3].
В качестве примера формирования продольной электрической волны рассмотрим прохождение электрической волны через плоский электрический конденсатор. Допустим, что в исходном состоянии конденсатор не заряжен, и электрическое поле в нем равняется нулю.
При подаче электрического сигнала на подводящий провод входной пластины конденсатора, потенциал на ней начнет изменяться. При этом переменное электрическое поле в виде продольной электрической волны со скоростью с начнет распространяться в направлении второй (выходной) пластины конденсатора. В данном случае мы имеем дело с прохождением продольной электрической волны, поскольку волна распространяется перпендикулярно пластинам конденсатора, и направление электрического вектора совпадает с направлением движения волны.
Спустя интервал времени d/c , где d – расстояние между пластинами конденсатора, потенциал второй пластины конденсатора также начнет изменяться.
Одновременно с появлением продольной электрической волны между пластинами конденсатора здесь же образуется аксиальное магнитное поле, вызванное протеканием тока на подводящем проводнике к конденсатору.
Для данного случая (вакуумного промежутка между пластинами конденсатора) подойдет следующее уравнение Максвелла:
rot H = (ε0 /c) d E / d t (1)
где Н – вектор магнитного поля, Е - вектор электрического поля, e0 - диэлектрическая постоянная вакуума. По очень хорошо известной исторической причине, правую часть в уравнении (1) часто называют «током смещения», хотя для этого нет особых оснований, да и сам Максвелл ввел этот термин чисто формально, не придавая ему никакого физического смысла.
Вот, здесь-то и затерялась наша с Вами продольная электрическая волна, которая замаскировалась под продольный ток смещения.
Отсюда следует вывод, что от введения лишних «красивых слов» в классическую электродинамику ее понимание ничуть не улучшается, а, скорее, наоборот ухудшается.
Наблюдать прохождение продольной электрической волны достаточно легко в обычном проводнике, если подать на его вход короткий электрический импульс. Для измерения времени прохождения волны по проводнику нужно иметь достаточно высокочастотный осциллограф и широкополосный импульсный усилитель.
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1982. T.2.
2. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып. 6.
3. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УМЦ УПИ, 2006. 490 с.