Магнетизм.
Различие
ортодоксального и системного подходов.
Приложениями к
данной работе является обзор и описание большого количества опытов проведенных
за все время исследования этого явления. Все они будут выходить по отдельности.
Почему подход
озаглавил системным, пришел к выводу, что систематизировать проще, чем просто
верить.
Что такое
систематизировать – понять или найти систему и разложить все по полочкам, а не просто
заниматься складированием знаний.
Глава 1. Введение в Магнетизм.
«Магнетизм по существу есть релятивистское
проявление электричества»
Ричард Фейнман.
Лекции по физике.
Relation- отношение, релятивистское – «отношенческое»,
относительное.
Relative – родственник.
Какой же тайный смысл в этой фразе, относительность
или родственность?
Собственно при
взаимодействии самих постоянных магнитов пока еще никаких электрических явлений
опытами не зафиксировано.
Начнем с
естественного магнетизма. До сих пор ни один профессиональный физик,
занимающийся электродинамикой, не может доходчиво (без дебрей квантовой
механики) объяснить, почему любой магнит является неделимым двухполюсником. При
объяснении моментально следует экскурс в вотчину этой самой квантовой механики,
с перечисления свойств электрона, замкнутым током электрона, спином,
орбитальными моментом, магнитным моментом, гиромагнитным отношением, и прочими
профессиональными словечками и фразами. А в конце выясняется, что за магнетизм
ответственен электрон, поскольку это и есть элементарный магнит со спином и
магнитным моментом. Его и поделить не возможно. За компанию с электроном и всем
«элементарным» частицам вместе самим ядром атома присвоен магнитный момент.
За всем этим
запутанным и крайне сложным объяснением
остается за бортом ответ на вопрос, где полюса у самого электрона?
В школьном
курсе физики в эти дебри не лезут и ставят просто перед фактами, показывая пару
тройку опытов взаимодействия токов (это уже «искусственный» магнетизм). Минимум
истории, дадут законы Ампера, расскажут про индукцию, и самоиндукцию, правило
Ленца, буравчика, да объяснят что такое по Максвеллу вихревое электрическое
поле и какова энергия поля магнитного. Все.
В общем, со
школьной скамьи нас приучают, что вообще магнетизм это сложно, и его изучение
это удел избранных, которые в ответ на простейшие вопросы готовы раскрыть все
тайны, скрытые в великой науке под названием Квантовая Механика, объясняющей и
готовой объяснить все и вся в физике вообще. Но для этого надо понять квантовую
механику, и теорию относительности. Причины отталкивания и притяжения как-то
сами отойдут на второй план и просто забудутся. А что такое магнетизм, вы
поймете на пятом курсе физмата.
Со времен
появления электростатики и ее понятия зарядов сложилось мнение, что заряды
можно поделить и рассматривать их изолировано. Возможно в идеале, если
полностью изолировать от среды. В природе такого разделения добиться
невозможно. В любом случае получается диполь, заряд и среда окружающая его. Невозможно отдельный заряд перевезти из
Америки в Европу! Точнее между заряженным шаром и средой всегда имеется
разность потенциалов и электрические токи от вещества шара к веществу среды (во
всех направлениях, если это шар и среда однородна по проводимости). А абсолютно
идеальных диэлектриков не существует.
Данное явление
в настоящее время называется утечкой или стеканием заряда, как отрицательного,
так и положительного.
Разнесение двух
зарядов в среде на большое расстояние приводит к перераспределению направления
такой утечки через каналы более высокой проводимости, чем окружающая среда
(воздух например), это влечет за собой образование просто новых диполей. Типа
заряженный шар и близко расположенный
железный прут. Три диполя, шар-среда, сама среда, среда-железка вместе с рукой и телом ее
держащего. Это упрощенно.
В статьях http://fatyf.narod.ru/electrostatics.htm, http://fatyf.narod.ru/dipole.htm
Все это
рассмотрено более подробно.
Если это два
заряда и среда, это не два диполя, а три. Сам диполь это уже разница
потенциалов внутри него. Исключение среды и рассмотрение по отдельности зарядов
и точечное их представление является абстрактным приемом, и такой подход можно
было бы терпеть и дальше, если б не множество теоретических противоречий и
ошибочных представлений, связанных именно с исключением среды как посредника
взаимодействия.
Не исключая и
вакуум. См. http://fatyf.narod.ru/vacuum.htm
Именно поэтому, разделение зарядов в
электростатике и в магнетизме невозможно в принципе, и по логике и по опытам.
Диполь это процесс. Это наше рассмотрение процесса передачи энергии
относительно двух его участников.
Небольшое
историко-лингвистическое отступление (повторение с добавлениями из статьи о
диполях).
Считается, что слово магнит появилось от названия одного
из греческих городов.
Магнесия
(Μαγνησία) — приморская часть
Фессалии(Греция).
Магнезит — распространённый минерал, карбонат магния
MgCO3.
Назван в честь области Магнесия (Фессалия, Греция), где
был впервые обнаружен.
Что интересно, руд содержащих магнетит вблизи этого
города не обнаружено даже в современное время.
А магнетит как раз тот минерал, который и является источником
магнетизма.
Второй город кандидат, это Магнесия на Меандре
(др.-греч. Μαγνησία,
Magnēsía, лат. Magnesia ad Mæandrum) — древний город в Эолии
(Малая Азия).
«Нынешний Маниса
(тур. Manisa) — город и район в западной части Анатолии (древняя Лидия), центр
турецкой провинции Маниса. От греческих слов "магнитис литос"
[μαγνητης
λιθος] то есть камень Магнесии [Μαγνησια]—
происходят такие слова, как «магнезия», «магнит» и «магнетизм», но было бы
неправильно связывать эти слова непосредственно с этим городом ,поскольку все
малоазийские Магнесии - а их было семь- происходят из области Магнесия в
Фессалии ,Центральная Греция]. Камень Магнесии имеет отношение именно к
фессалийской Магнесии»
Это так вещают всевозможные работы о магнетизме,
предваряя экскурс в историю становления этого раздела физики.
Данных о залежах на поверхности земли магнетита или
железистых кварцитов в этом районе современной Турции тоже не имеется.
Да и стоит сравнить написание слов μαγνητης
и μαγνησια
Окончания даже и рядом не стоят. Наверное, древним
грекам и в голову бы не пришло букву Т поменять на S? Честь и слава
лингвистам и знатокам древнегреческого.
Другая версия: согласно Плинию Старшему, магнит произошел
от греческого "Магнес" – имени пастуха открывшего этот минерал на г.
Ида (Греция),
однако эта гора находится на острове Крит и в основном
сложена из известняков, осадочных пород.
С другой стороны.
Маг – санскрит - волшебник. Волхвование ср. волшба ж. волшвение, волшебство, -вование, Волох, Велес.
Нит - сокр. от лат. niteo — блещу, сверкаю; англ. Neat-ясно
Есть еще и русское слово – нить, (может и сила
магнита - «волшебная нить» просто?)
По-русски еще маг
- ясновидец. По словарю Даля ЯСНЫЙ
(ятный? см. яти), светлый, яркий; сияющий, блестящий; белый, чистый, с лоском.
Есть еще слово МОГОТА, могутной, могучий, могущество и
пр. см. мога, могу, подмога, допомога.
Сравним с латинским magnitude – мощь, могущество.
Гераклион – греческое первоназвание магнетита,
намекающее на его необычную силу.
Магнитный железняк - синоним магнетита.
Наждак - природная смесь магнетита с корундом. Обширные
залежи магнитных пород расположены в районе Кривого Рога, Курской магнитной
аномалии, Керченского полуострова, территория Скифии. На фотографии как раз тот самый магнетит.
Такие камни и сейчас можно найти в балках возле Кривого Рога, валяющиеся прямо
на земле.
Заметим, что согласно греческой мифологии,
родоначальником дорийцев считался Дор, сын Эллина и нимфы Орсеиды. По преданию,
жили сначала в европейской Греции, у Олимпа и Оссы (россы?), в фессалийской
местности Гестиейе и в Дориде у Эты. Земли в Средней Греции (обл. Дорида) они
получили от Геракла. Около 1100 до н. э. дорийцы под начальством Гераклидов (потомков
Геракла) вторглись в Пелопоннес, многие
из областей которого ранее были завоеваны Гераклом (в мифологии вторжение
дорийцев получило название «возвращение Гераклидов»). Имеется мнение, что
гераклийцы не просто пришли с севера по суше, а по воде. Сравним с арийцами,
сравним с Дарием.
Осса – гора, местонахождение которой сегодня неизвестно.
Напрашиваются аналогии и только даты не совпадают. Дарий
I,
отступая с немногочисленным войском из Скифии как раз по тем местам,
преследуемый оппонентами и ретировался. Но по истории лет на шестьсот позже. Все оценки дат как раз со слов Геродота.
К
происхождению слова СКИФЫ один вопрос,
это созвучие: откуда ты? - « С
КИЕВА!», вот тут то иностранцу и буквочки можно перепутать – скифа, СКИФ. Нашим лингвистам такое наверное и в голову не
придет.
Да, и в возможно, (тут мнения самих лингвистов
расходятся, «Рейхлиново» и «Эразмово» произношение.) в древнегреческом алфавите не
было буквы «В» (b - бета, а не вита), ее роль исполняла буква «фи», Ф.
Можно ли верить Геродоту, если сам он не путешествовал
по Скифии, а свою историю писал со слов других.
На мой взгляд, имеется больше доверия к мифам, которым он сам не верит
но приводит в 8 9 10 разделах 4-го тома «Мельпомена», где Геракл стал отцом
одного из своих сыновей по имени Скиф!!!!
Гераклиды!!!
Во многих источниках
с уверенностью утверждают о путешествии Геродота по Скифии. Данное
утверждение представляется не более чем вымысел. Сомнительно путешествие в одиночку,
по чужому государству просто так лишь бы посмотреть, без солидного вооруженного
отряда и соответствующего обеспечения, без хотя бы торговли.. Вряд ли Геродот,
путешествуя, прямо не заявил бы об этом. Да я был, я видел собственными
глазами, и был не один. Вольный стиль изложения скифских обычаев и быта
наоборот указывает, что писано со слов.
У Геродота неувязки, а у «мифологии» то все нормально.
Все от того же Геродота, скифы – не только кочевники и царства имеют и города,
скифы землепашцы. Кочевники то возможно просто с Киева родом – Не оттуда ли
казачество лихое свои корни берет, вольные люди. Да это наш менталитет. Послать всех, сесть на
коня и куда глаза глядят, в степь.
Спрашивается, откуда корни? Откуда ноги у магнита
растут?
Возможно, от мощи и могущества, моги, магии. От ясно, блестяще.
Оно и магнетит с металлическим блеском, а то и вовсе
(шпинель) прозрачного минерала могущего притягивать.
Скорее с территории нашего государства СССР («СНГ») и приехало это понятие. Из Киева –
Скифии. Вместе с самими камнями, кои в
Кривом роге.
Тогда и дата основания Киева под большим вопросом и
начало нашей государственности. Оно и минимум тысячи полторы лет нам надо бы
накинуть, если не две с половиной.
Тут я заодно с Михаилом Задорновым.
Высказался….
Как физическое
явление естественный магнетизм проявляется в виде некого потока энергии,
порождающего силы притяжения и отталкивания между постоянными магнитами. А сами
магниты это немногочисленные химические элементы вещества, у которых это
свойство выражено очень явно. Такие вещества называют ферромагнетиками. Помимо собственных свойств химических
элементов в магнитном взаимодействии немаловажную роль играет структура,
образующаяся при намагничивании веществ, из которых изготавливаются постоянные
магниты.
В общем,
никакого (пока) отношения (релятивизма) к электричеству не имеем.
Откуда берется
энергия естественных магнитов для сил отталкивания и притяжения, классика
электродинамики даже объяснить не пытается. А ведь эта энергия не генерируется
сама по себе… (иначе вечный двигатель?).
А именно этот вывод и следует из сложившейся
модели атома, где элементарный ток
представляется как Бесконечное, ничем не возбуждаемое, вращение
электрона(электронов) вокруг атомного ядра.
Квантовую механику никак не заботит данный факт и она настойчиво
предлагает гипотезы, расходящиеся со здравым смыслом. Магнитный момент http://fatyf.narod.ru/magnit-moment.htm,
спин, гиромагнитное отношение http://fatyf.narod.ru/einstein-de-haase-effect.htm
.
Естественный
магнетизм это способность вещества либо запасать энергию от внешнего источника,
либо ретранслировать практически без потерь эту энергию без существенного
изменений своих свойств. Первое могло бы объяснить эффект старения магнитов со
временем. Второе уже объясняет отсутствие заметного нагрева взаимодействующих
намагниченных тел. А если эти свойства проявляются одновременно, то остается
только вопрос об источнике внешнего воздействия и механизме передачи энергии. В
качестве аккумулятора энергии могла бы выступить сама изменяемая структура
ферромагнетика – домены. Накопитель, Если б не одно но. Эффект старения в достаточной степени
объясняется неправильными условиями хранения.
Наличием размагничивающего действия со стороны других магнитов, действия
электрических разрядов(токов) и механических повреждений. Первые две причины в
некоторой степени нейтрализуются достаточно просто при помощи замыкания полюсов
ярмом. От третьей никуда не денешься. Таким образом, аккумулятором энергии
магнит считать нельзя по двум причинам, старение не является результатом потери
энергии, вторая причина нарушение закона
сохранения, поскольку есть наличие как бы сгенерированой энергии более чем
значительно превышающей затраты на намагничивание, и по сути дела бесконечной.
Источник внешнего воздействия напрашивается
сам собой – Земля матушка, сама очень сильный магнит и окружающее пространство.
С механизмом и так понятно – магнитный
поток - излучение. Это не действие
поля(создаваемого самим магнитом) и не действие абстрактного поля извне. Это
вполне определенный набор (спектр)
частот излучения, зависящий от вещества магнита, пропускающего его либо
нет… то есть поглощающего и
ретраслирующего, либо отражающего. Пора
отказаться уже от абстрактного Максвелловского понятия полей и переходить к
реальному носителю. Море работы для
спектроскопии твердого тела.
Получается что
как у двухполюсника, диполя магнита, как и у электрического диполя есть вход и
выход для излучения.
То есть
притягивание это стыковка – вход—выход. Отталкивание стыковка вход-вход;
выход-выход.
Вполне
вероятно различие в действии сил
притяжения и отталкивания.
Некоторый дисбаланс
с уменьшением сил отталкивания по сравнению с силами притяжения для одинаковых
магнитов.
Остается
открытым вопрос об эффекте насыщения, но вполне достойно сейчас объясняется
структурой, динамическим образованием доменов ферромагнитных веществ в процессе
намагничивания. Остается лишь понять, как образуются домены и почему. И что
такое остаточная намагниченность.
Так как в виде
источника энергии предполагается внешнее излучение, то необходимым и
достаточным условием двухполюсности является сопротивление, а оно исчезающее мало, из чего можно сделать
заключение об аналоге сверхпроводимости материала прохождению этого излучения.
А сопротивление, какое бы то ни было, влечет за собой наличие разности
энергетических потенциалов (магнитных потенциалов – север-юг) и образования
диполя независимо от размера. То есть не знака некого заряда, а количества
энергии на входе и выходе (много-мало).
Перемагничивание
(размагничивание) – лишь изменение структуры, способствующей усилению или
уменьшению ретрянсляционной способности в прямом и обратном направлении.
Намагнитить и перемагнитить в принципе можно в любую сторону сильным внешним
воздействием(током). Что и доказывается многочисленными опытами.
Остаточная
намагниченность не что иное, как память, то есть такое состояние атомов и
структур, созданных при намагничивании,
которое невозможно уничтожить не применив разрушающего воздействия. (точка кюри).
Все еще никакой
релятивистской подоплеки не видно.
Зато имеем
несколько обратно квадратичных законов, это два закона Кулона для электрических
и магнитных зарядов, закон тяготения Ньютона, и закон освещенности из оптики.
Многообразие
этих законов имеющих такое сходство волей неволей наводит на мысли о единстве
физических процессов при передаче энергии.
Прямая передача
между двумя участниками обмена с поглощением это притяжение, и ее отсутствие или отторжение это
отталкивание.
То есть к
гравитации следует просто изменить отношение, как подсказывает логика. Она так же двухполюсна. Просто пока это не
укладывается у многих в головах. Явление электрической и магнитной левитации
прекрасный пример.
Движение или
передача энергии тоже вызывает притяжение сторонних движений в той или иной
мере, в зависимости от интенсивности и продолжительности.
Множество
житейский наблюдений (тоже физика):
тянет к огню, тянет смотреть на волны и течение реки, нравится смотреть,
как другие работают; током бьет из розетки – тянет, дуга электросварки –
электрод прилипает и надо придерживать. Даже деревья, растущие близко вдоль
загруженной магистрали шоссе клонятся именно в его сторону. Тянет факт
движения. Инстиктивно? Да! Физика!!! И
на подкорке работает. На то и рефлексы. Они безусловны.
Не стоит
считать магнит вечным источником силы. Магнетизм не свойство, а процесс!
Поэтому электростатическое притяжение и отталкивание сродни магнитному.
Искусственный магнит это, как правило,
замкнутый через источник тока проводник - контур. Как разновидность это
соленоид – катушка, последовательность контуров с единым источником тока
(электромагнит).
Возвратно-поступательное движение полюса
естественного магнита относительно замкнутого электропроводящего контура или
наоборот порождает в нем электрический ток. Движение части контура между разноименными
полюсами постоянных магнитов или наоборот так же вызывает электрический ток. То
же наблюдается и при использовании электромагнитов. Это явление называется
электромагнитной индукцией, открытой Фарадеем.
Вопрос, почему
именно замкнутого контура. И что означает замкнутость. Одно дело если это
совершенно плотный контакт-спай. Другое дело если цепь разомкнута, но
изолирующий промежуток мал, а магнит индуцирует большую разность потенциалов,
что будет? Искра, то есть и в разомкнутом контуре идет ток. В общем виде
получается, что видимое обнаружение тока в виде искры ограничено только
физическими параметрами: шириной промежутка и проводимостью среды в нем, а эдс
наводится в любом случае. Такое явление наблюдается в антенной технике и
совершенно напрасно очень часто объясняется чисто электростатическими
причинами, что не является верным.
Таким образом,
при изменении магнитного потока вблизи от любого проводника на концах его
возникает разность электрических потенциалов. Важно чтоб пересечение более или
менее однородного потока полностью не покрывало бы проводник.
Неоднородность
потока уже наводит эдс (естественно очень малую) на сечении проводника этой
неоднородностью.
В
электродинамике сегодня под магнитным потоком понимается произведение магнитной
индукции на площадь замкнутого контура, расположенного под углом к направлению
«юг-север» (вектору магнитной индукции). Эдс индукции зависит от о скорости
изменения магнитного потока. Ни слова об излучении. По классике все явления
электродинамики это проделки магнитного и электрического полей. Дескать
изменение одного поля, порождает изменение другого. Что такое поле – это поле
действия сил (неизвестно откуда берущихся).
Вывод: движение
магнита однозначно в той или иной степени в зависимости от электрического
сопротивления рассматриваемого контура или разомкнутого проводника с
сопротивлением искрового и не только промежутка наводит эдс индукции. То есть в
каком-то месте проводника потенциал становится больше потенциала в другом
конце. Направление прохождения тока и объяснение причин приведено в
комментариях к описанию опытов Фарадея.
Я тут намеренно
избегаю общепринятых формулировок и подвожу к мысли, что на факт возникновения
тока влияет сила магнита (в конечном итоге плотность и мощность магнитного
потока), скорость перемещения, магнитное сопротивление среды и материала,
электрическое сопротивление среды и материала.
Изменение
магнитного потока в результате движения магнита либо движение потребителя
относительно неподвижного магнита приводит к возникновению потенциала и разницы
электрических потенциалов в любых телах или отдельно взятых его частях.
Величина и скорость перемещения самого потенциала определяются
электропроводностью тел.
На вопрос что
такое электричество сегодняшние физики отвечают – это движение электрически
заряженных частиц. Во-первых, это электроны. Во-вторых, это ионы, а еще дырки..., электронные пары.
И другого вроде
бы не дано.
Не слишком ли много носителей?
Существует
стандартное мнение:
Mагнитное поле не может быть
порождено зарядом, находящемся в относительном покое. А вот движение заряда
приводит к появлению этого поля. Это без квантовой механики. По Лоренцу.
В свою очередь
двигаться заряд заставляет электрическое поле. Движение множества «свободных»
отрицательных зарядов (электрический ток) порождает магнитное поле в
пространстве, окружающем проводник. И видно в этом релятивизм магнетизма по
Фейнману.
Есть и
толкование по Максвеллу: изменяющееся во
времени магнитное поле создает вихревое электрическое поле, что наводит эдс в
проводнике. Объяснение магнитной индукции. Уже двойственность, так и не
ликвидированное противоречие, с одной стороны ток порожден полем статическим с
другой стороны вихревым, не считая квантовой механики с магнитным моментом
электрона. С одной стороны ток не крутится, если от батарейки, с другой все ж
вращается, если от динамо.
Вопрос: какого
рода магнитное поле порождает движение отрицательно заряженных частиц? Если
поле магнитное, значит у него должны быть полюса и материальный объект с
полюсами как его источник. То есть отрицательный «свободный» электрон при
движении должен мистическим образом производить это поле, неизвестно откуда и
неизвестно какой полярности.
Но покой сам по
себе относителен. Понятие покоя в физическом понимании существовать не должно.
И что-то
коробит. Например, заряженный отрицательным зарядом шар при своем движении
должен по аналогии с электроном порождать магнитное поле. Но магнитная стрелка и так взаимодействует с
неподвижным «заряженным» шаром, хотя такой шар, находящийся в относительном
покое магнитного поля порождать не должен. Так что опыты с движущимся шаром
ничего не доказывают.
Но зато есть
опыты Эрстеда, Фарадея, Араго, Ампера, объяснить которые до сих пор не
получается. Данные опыты лежат в основе электродинамики как факты, без должного
объяснения причин их возникновения.
Совершенно не понятно, что за поле порождает
«свободный» электрон и где полюса у этого поля. Что за поле порождает
движущийся положительный заряд?
Движение электрона
по орбите вокруг ядра атома, это говорят замкнутый ток, отсюда и поле как у
рамки. Но свободный электрон?
Квантовая
механика вообще всем элементарным частицам приклеила ярлык - носитель
магнетизма в виде магнитного момента, в том числе и электрону присвоили магнитный момент.
Получается что
электрон – универсальная палочка выручалочка квантовой механики. Если есть какие-то неувязки, придумывается
новое свойство электрона.
Сегодня он
ответственен за электрический ток, он излучает и поглощает, он отвечает за
валентность, он имеет магнитное поле в виде магнитного момента и сам при своем
движении его порождает, его пары ответственны за сверхпроводимость …………
Еще противоречие: как ни странно это порождение
электрическим полем перпендикулярного ему поля магнитного. Опять вопрос, какого
поля и где у него полюса. Почему именно перпендикулярного? Как объяснить опыты Эрстеда? О какой
полярности идет речь для отрезка проводника с током?
Магнетизм как
явление это притяжение и отталкивание, причем в разных случаях подчиняется
разным законам. Все это будет рассмотрено ниже.
http://fatyf.narod.ru/magnit2.htm
Фатьянов А.В. Спб. 2005-2010
17.10.2010