Название: Шаг к структуре пространства

Вид работы: реферат

Рубрика: Математика

Размер файла: 70.26 Kb

Скачать файл: referat.me-217168.docx

Краткое описание работы: Как часто мы ошибочно полагаем, что в экспериментах вправе сами задавать координаты системы отсчета измеряемых параметров. Иногда это приводит к печальным последствиям.

Шаг к структуре пространства

Руднев А. Д.

(В основе структуры пространства – электроны)

Как часто мы ошибочно полагаем, что в экспериментах вправе сами задавать координаты системы отсчета измеряемых параметров. Иногда это приводит к печальным последствиям, если полагаем, что лабораторный стол с измерительными приборами находится в начале координат. Подобно тому, как рыбы держатся выше или ниже в зависимости от атмосферного давления, мы должны так же “перемещать” лабораторную систему отсчета, ибо сами находимся в этой среде.

Нечто похожее на заре изучения электричества произошло с определением “знака заряда”, когда по реакции заряженных тел придумали “положительные” и “отрицательные” заряды. Одноименные заряды взаимно отталкивались, а разноименные давали электрический разряд. Последнее обстоятельство было истолковано, как взаимное уничтожение противоположных зарядов. И хотя впоследствии было доказано, что носителями электричества в обоих случаях являются электроны, почему-то не произошло переосмысление сущности зарядов. И закон Кулона, и вся сегодняшняя наука заимствуют эту ошибку.

А что в действительности иллюстрировали эксперименты? -Только то, что энергия электронов Е, присущая им в нормальном состоянии, увеличивалась трением тел, отчего потенциал поля заряда возрастал. Поэтому некоторые тела обладали однопотенциальными электронами, другие - разнопотенциальными. Отсюда, и электрические разряды между телами без намека на присутствие положительного электричества.

Каждый электрон представляет собой конденсатор, в чем нетрудно убедиться, если одной обкладкой конденсатора считать поверхность сферы электрона, а другой – геометрический центр сферы

Ф; ( 1).

Подставив это значение в формулу

; ( 2),

находим значение так называемого элементарного заряда Кулон. В таком случае объемная плотность таких конденсаторов в пространстве должна отражаться в удельной емкости среды.

В формуле Кулона кроме электрической постоянной присутствует дополнительный параметр –относительная диэлектрическая проницаемость , характеризующая (по замыслу) конкретную среду

; ( 3).

Если представить структуру свободных электронов в виде кубических ячеек со стороной , то сила (3) окажется приложенной к двум противоположным граням куба. Поскольку на каждую ячейку приходится 1 свободный электрон, то каждая ячейка куба представляет собой элементарный конденсатор емкостью . В практическом конденсаторе на площади S обкладки размещаются электронов, каждый из которых обладает емкостью С1. Расстояние d между обкладками также вмещает большое количество структурных модулей z. В итоге оказывается, что емкости элементарных конденсаторов суммируются по площади, но оказываются включенными последовательно в m звеньев

; ( 4),

где - безразмерный множитель перед электрической постоянной, характеризующий

плотность размещения электрических зарядов (ПЭЗ) в данной среде

; ( 5).

Не являются исключением и твердые тела. Правда, свободного пространства между атомами в них намного меньше, отчего плотность размещения свободных электронов выше. В первом приближении можно считать, что величина пропорциональна плотности среды, хотя в действительности на неё существенное влияние оказывают поля атомов.

Внимательно рассмотрев формулу Кулона, обнаруживаем, что без относительной величины она полностью идентична производной от потенциальной энергии поля электрона

; ( 6).

В этом легко убедиться, проверив равенство (Дж м). Но формула (6) не подвержена мультипликативной коррекции. Являясь инструментом атомной физики, она объективно отражает энергию связи частиц. Значит, изменение величины z (расстояния между электронами) столь же объективно ведет к изменению энергию частиц в данном объеме пространства.

Поскольку дистанция z управляет объемным параметром (5), необходимо энергию электронов тоже отнести к объему, приходящемуся на каждый электрон

(Дж/м3); ( 7).

Этот параметр представляет двойной интерес: во-первых, мы вышли на удельную энергию, лимитирующую магнитные возможности материалов и сред [1]. А во-вторых,-это параметр давления, т.к. . Но в таком случае мы получаем еще одну приятную неожиданность, переписав уравнение (7)

; ( 8).

Это же начало термодинамики ! Теперь все логично: с уменьшением расстояния z между электронами емкость (4) конденсатора увеличивается. Следовательно, увеличится и относительная диэлектрическая проницаемость . Так почему же в формуле Кулона она приводит к снижению силы взаимодействия? Может быть, формула Кулона дает неверный результат?

Нет, конечно, результат она дает почти правильный, потому, что данный параметр определен эмпирично, он не входит в иные зависимости и потому маскирует ошибку. А ошибка в том, что этот множитель никакого отношения к диэлектрической проницаемости не имеет.

Мы опять имеем дело с плавающим началом отсчета. Система ПЭЗ находится в напряженном состоянии за счет взаимного отталкивания. Эта напряженность выражается в виде некоторого начального смещения рабочей точки электрона до взаимодействия.

С повышением объемной плотности ПЭЗ (уменьшение расстояния z) угол  наклона касательной возрастает без изменения расстояния r.

Параметр как раз призван сделать это, поэтому параметр оказался в знаменателе формулы Кулона. –Рядом с электрической постоянной. Поэтому их и объединили, отождествив по смыслу. Но такая корректировка не универсальна, поскольку только ослабляет погрешность. О существовании погрешности закона Кулона известно давно [2]. Из указанных сообщений следует, что серьезное отличие экспериментальных данных от расчетных наблюдается на дистанции . Это позволяет нам определить ориентировочно предпочтительные условия, дающие наилучшее совпадение . Поскольку опыты Кулона проводились в воздушной среде, а для нее величина близка к единице, можно по рис.1 указать диапазон стабилизации наклона кривой . В итоге, мы более уверенно принимаем величину за параметр плотности ПЭЗ в воздухе. В объеме такой ячейки растворение энергии электрона создает очень малое смещение рабочей точки . Эта энергия в равной мере действует на оба рассматриваемые электрона и потому не участвует во взаимодействии, как не обладающая градиентом. Соответственно, энергетическое взаимодействие электронов в воздушной среде выражается так

; ( 9).

Для выбранного примера сила взаимодействия уменьшилась в раза. Это и есть так называемая относительная диэлектрическая проницаемость воздуха.

Калибровочной средой удобно выбрать дистиллированную воду, для которой известно значение . Уравнение (9) позволяет оценить порядок объемной плотности ПЭЗ в воде:

.

Теперь можно скорректировать формулу Кулона в общем виде

; ( 10),

Примечание: Предвижу вопрос о корректности выражения (7). Мы исходим из принципа взаимности- коль скоро энергия пробного электрона рассредоточена в бесконечном пространстве, то это пространство адекватно воздействует на пробный электрон.

Список литературы

1. Эберт Г. Краткий справочник по физике.М.,Ф-М.,1963.

2. Смолянский С.А. Вакуумное рождение частиц в сильных электромагнитных полях. www.pereplet.ru