Electrodynamics without electrons

 «Найбільша крадіжка» XX СТОЛІТТЯ

3 лютого 1925 року в невеликому курортному містечку Тарк у Девонширі, помер видатний англійський фізик Олівера Хевісайда. А наступного дня грабіжник проникнув у занедбаний будинок. Оскільки Хевісайд жив дуже скромно, злодія не мала нічого цінного щоб вкрасти, тоді він забрав із собою кілька книг і рукописів. Серед них, на жаль, виявився рукопис четвертого тому «Теорії електромагнетизму», над яким Хевісайд працював останні двадцять років свого життя. Рукопис містив усі результати його роботи зі створення єдиної теорії поля, теорії, яка поєднує електрику, магнетизм та гравітацію в єдину логічну систему. Незважаючи на інтенсивні пошуки, ні рукопис, ні його копія, відправлена ​​Хевісайдом американському видавцеві, досі не знайдено. Цілком можливо, що вона містила відповіді на багато фізичних проблем, які досі не вирішені. Можливо, разом із рукописом зникло і безцінне «рівняння світу», над яким фізики боролися протягом кількох десятиліть.

Гевісайд був готовий до такого завдання, адже він був першокласним вченим, який вже встановив фундаментальний зв'язок між масою та енергією у 1890 році. Формула E = mc^2 була невідома науковому світу ще довгих 15 років, поки Ейнштейн не вивів її обмеження у 1905 році. Треба сказати, що про життя Олівера Гевісайда досі майже нічого не було відомо. Нелюдський, самотній, ображений сучасниками, дивний, він прожив усе своє життя неодруженим, далеко від людей, не відвідавши жодної наукової зустрічі.

Мізерна біографічна інформація про Гевісайда була вперше зібрана через чверть століття після його смерті, у 1950 році, коли Британський інститут інженерів-електриків святкував 100-річчя з дня його народження.

Олівер Гевісайд народився 18 травня 1850 року в Лондоні. Він закінчив коледж з першим класом з природничих наук, але провалив геометрію. Не тому, що він погано володів цим предметом, а тому, що не погоджувався з екзаменаторами щодо того, як його слід викладати. «На мою думку, геометрія — це експериментальна наука», — писав він пізніше. Тож її слід викладати.

У 1868 році Гевісайд поїхав до Данії та почав працювати телеграфістом. Прибережні ділянки телефонного кабелю в Данії та Англії мали різні електричні параметри, і Гевісайд незабаром з подивом помітив, що передача з Англії до Данії може здійснюватися в півтора рази швидше, ніж у зворотному напрямку. Чому це сталося, він тоді не міг пояснити.

Шість років по тому, у 1874 році, молодий Гевісайд, тепер член Товариства інженерів-електриків, повернувся до Лондона та розпочав свої експерименти, які згодом привели його до великих відкриттів у галузі телеграфії та телефонного зв'язку. Як і Бальзак, Гевісайд відпочивав на сонячному світлі. Його робочий день починався незадовго до півночі, коли вуличний шум стихав, і тривав до ранку. Результатом цієї роботи стали численні статті, які Гевісайд надсилав до електротехнічних журналів. На жаль, роботи, на які він покладав стільки надій, одна за одною відхилялися редакторами. Наукові рецензенти не могли звикнути до лаконічного, лаконічного стилю Хевісайда та казали, що його статті дуже важко читати. На це Хевісайд їдко відповів: «Важко читати? Можливо. Але їх ще важче писати».

Хевісайду належить пріоритет у таких наукових відкриттях:

1) Створення векторного аналізу;

2) Створення операційного числення (теорія перетворень Лапласа);

3) Спрощення 20 рівнянь Максвелла з 20 змінними та зведення їх до двох рівнянь з двома змінними – векторами електричного та магнітного поля. Сьогодні ці рівняння носять ім'я лише Максвелла.

4) У 1890 році, за п'ятнадцять років до Ейнштейна, Хевісайд отримав відому формулу E=mc^2;

5) Передбачив наявність особливого озонового шару в атмосфері (іоносфері), завдяки якому можливий наддалекий радіозв'язок;

6) Передбачення випромінювання Вавилова-Черенкова у 1895 році. Останній був удостоєний Нобелівської премії у 1958 році (разом із двома радянськими теоретиками І.Є. Таммом та І.М. Франком);

7) Ввів дельта-функцію у фізику (Дірак); за тридцять років до Дірака він обґрунтував магнітний монополь.

але ім'я майже забуте.

У чотирьох рівняннях електродинаміки Максвелла-Хевісайда рівняння для закону Ампера було суперечливим. Моє дослідження, на мою думку, логічно вирішило цю суперечку: 

___________________________

Електродинаміка без електронів.  [Electrodynamics without electrons]

Вільне тлумачення що це таке - ЕНЕРГІЯ - це дієслово, яке описує діяльність ефіру, яка стає невпорядкованою або розсіюваною. Якщо є опір, який зазнає Ефір, оскільки він іде від організованого та поляризованого стану до дезорганізованого та хаотичного стану, ми можемо сказати, що це енергія. І майте на увазі, якщо потенціал ефірного джерела рухається без будь-якого опору, то насправді немає роботи і в буквальному сенсі немає енергії.

Тлумачення  у физіці:

Ене́ргія (дав.-гр. ἐνέργεια = [ἐν- (en-, “в”) +‎ ἔργον (érgon, “діло”) = діяти] +‎ -ος (-os, "іс") + -ιᾰ (-ia, "ть") — діяльність) — це скалярна фізична величина, загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії. Енергія не виникає з нічого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного стану в інший (закон збереження енергії). Поняття енергії поєднує всі явища природи в одне ціле, є загальним визначенням стану фізичних тіл і фізичних полів.
Внаслідок існування закону збереження енергії поняття «енергія» поєднує всі явища природи.
Поняття енергії пов'язане зі здатністю фізичного тіла або системи виконувати роботу. Під час цього, тіло або система частково губить енергію, витрачаючи її на зміни в навколишніх тілах.

Є ще цікаве явище Всесвіту, яке всі шукають, познають але суперечки науковців та інших шукачів досі тривають. Це явіще має назву Ефір. За посиланням ви можете коротко ознайомитися з етпами та поглядами на Ефір та  основу Всесвіту.  .

Ефір або Етер (дав.-гр. αιθηρ) — гіпотетичне середовище, матеріал, крізь який протягом XIX століття науковці пояснювали розповсюджування електромагнітних хвиль і гравітаційної взаємодії. 

Зі всьго цікаві дві позіції (цітуємо).

Електромагнітний ефір

З відкриттям Джеймсом Клерком Максвеллом рівнянь, (історія рівнять Максвелла) що описують динаміку електромагнітного поля, була розвинена і отримала експериментальне підтвердження електромагнітна теорія світла: було встановлено, що світло — це електромагнітні, а не механічні хвилі. Отже, відпала потреба в гіпотезі про механічний ефір.

Згідно з рівняннями Максвелла, електромагнітна хвиля поширюється зі сталою швидкістю c = 299 792 458 м/с (у вакуумі). З погляду Ньютонівської механіки, ця умова не може бути виконана одночасно в усіх інерційних системах: якщо в одній з інерційних систем швидкість світла дорівнює c то іншій системі, яка рухається відносно першої, ця швидкість, відповідно до галілеївського закону додавання швидкостей, буде іншою. Щоб розв'язати цю проблему було запропоновано гіпотезу про існування електромагнітного ефіру — середовища, через яке поширюється електромагнітна взаємодія. Припускалося, що лише в системі відліку, яка перебуває в спокої відносно цього середовища, справедливі рівняння Максвелла і швидкість світла дорівнює фіксованій величині c. В інших системах відліку, які рухаються відносно ефіру, швидкість світла мала б відрізнятись від c.

Ефір та теорія відносності

Спеціальна теорія відносності Альберта Ейнштейна відкинула гіпотезу про існування ефіру. Теорія Ейнштейна базується на постулаті про однакову швидкість світла в усіх інерційних системах відліку і повну рівноправність цих систем. Гіпотеза про поширення світла в середовищі — ефірі — суперечить цьому постулату, оскільки з цим середовищем можна було б пов'язати особливу, нерівноправну з іншими систему відліку. Однак, у виступу в Лейденському університеті 5 травня 1920 року Альберт Ейнштейн казав: «Підсумовуючи, можна сказати, що згідно із загальною теорією відносності простір наділений фізичними властивостями; отже, в цьому сенсі існує ефір. Відповідно до загальної теорії відносності космос без ефіру немислимий; оскільки в такому просторі не тільки не було б поширення світла, але також не було б можливості існування еталонів простору та часу (вимірювальних стрижнів і годинників), а отже, і будь-яких просторово-часових інтервалів у фізичному сенсі. Але такий ефір не можна уявити наділеним властивостями звичайної матерії, він не складається з окремих частин, за зміною положення яких можна слідкувати в часі. Сама ідея руху не може бути застосованою до нього.»

Усі наявні на сьогодні дослідні дані повністю підтверджують висновки спеціальної теорії відносності. Із погляду сучасної фізики, електромагнітні хвилі, зокрема, світло, можуть поширюватись у вакуумі, не потребуючи ніякого середовища для свого розповсюдження. Гіпотеза ефіру, у тому вигляді, в якому вона існувала наприкінці XIX — початку XX століття, не відповідає реаліям сучасної науки. Натомість новітні гіпотези щодо квантового ефіру і його збігом з абстрактним поняттям фізичного вакууму, привертають до себе все більший інтерес фізиків і філософів науки. Проблеми ефіру досліджував американський фізик Дейтон Кларенс Міллер

Ще одне тлумачення: Ефір (світлоносний ефір, від др.-грец. αἰθήρ, верхній шар повітря; лат. aether) - гіпотетичне всепроникаюче середовище, коливання якої проявляють себе як електромагнітні хвилі (у тому числі як видиме світло). Концепція світлоносного ефіру була висунута у XVII столітті Рене Декартом і отримала докладне обґрунтування у XIX столітті в рамках хвильової оптики та електромагнітної теорії Максвелла. Ефір розглядався також як матеріальний аналог абсолютного ньютонівського простору.

Зазвичай більшисть цікавить питання отримання енергії для існування, віконання завдань тощо. Наша цівілізація є електричною. Електрика в нашому житті це все, від комунікацій, навчання, виробництва, облику, фінансів, розваг тощо. Не будемо окунатися, як ми стали електрично залежними, нам треба розібратися - як стати електрично-енергетично незалежними, та користуватися всіма благами електричної цивілізації за малу ціну отримання електрикі, я маю на увазі - мати своє власне джерело електрики.  Так що за вид  енергії, яку ми звемо електрика? У физіці досить добре градували види енергії, але то що будемо розлядати зветься Електромагнітною енергіею.  

Але ще раз що є Енергія:

Енергія - це скалярна фізична величина, яка є єдиною мірою різних форм руху та взаємодії матерії, а також мірою переходу руху матерії з одних форм до інших. У механіці розрізняють два види енергії: кінетичну та потенційну. Енергія характеризує здатність тіл і полів виконувати роботу і широко використовується у всіх розділах фізики для опису процесів перенесення та перетворення енергії.

При цьому Матерія (від лат. māteria «речовина») - одне з основних понять фізики, загальний термін, що визначається безліччю всього вмісту простору-часу і впливає на його властивості. Матерія є об'єктом вивчення фізики, де вона розглядається яка не залежить від розуму об'єктивної реальності.

Але рух це не обв'язково переміщення чогось на відстань з А до В. Дію "перехід" я би назвав перетворення з одних форм до інших. Так, сучастна наука навить досконало, не може відповісти як утворюється дощ, град. Що таке абсолютний холод, джерело електричного або магнітного поля землі. Гравітаційне поле?  ... Тому займатимися дослідженням того що не пов'язано з силовою електрикою ми не будемо. Силова електрика це та, що у вас в електричній розетке, та що генерується в аккумуляторі та електромагнітному генраторі (альтернаторі) у вашому автомобілі. 

Дріт під струмом має кінцевий стан випрямінювання як магнітне. Так, навколо дроту утворюється магнітне поле та відвідні випромінювання на цьому явищі: інфрачервоне, яке ви бачите щовечора, а хто і ніч у лампочці розжарювання, карбоновий дріт який встановлюють у керамічних нагрівачах тощо; магнітне поле яке виконує намагнічування сталі або взаємодіє у постійними магнітами, дозволило створити електродвигуни (основний розвиток прогресу було здійснено саме за розвиток електродвигунів, які є невід'ємною частиною електричної цивілізації), технічні електромагніти, різноманітних реле та замків на двері, які ви відчиняєте. Але магнітне поле не існує самостіно як джерело. Магнітна індукція є слідством перетворення (згадайте мої правки до определения). Ви напевно мені заперечите що постіні магніти це також явіще нашої цівілізації, ми навчилися створювати досить сильні магніти. Так, я погожусь, що постійний магніт у якомусь сенсі є джерелом магнітної індукції, але його аналогом є електромагніт з осердям (металевим ядром), якому потрібна для генерації магнітного поля у осерді, зовнішня сила струму котушки електричного ланцюга (кола). Якщо розімкнути ланцюг, магнітне поле осердя електромагніту зникає. Постійний магніт після електромагнітного імнульсу запуску, генерує весь час після запуску. За умови правильної експлуатації ця генерація може перевищувати термін життя людини.

Якщо магнітне поле (індукцію) електромагніта можливо виразити формулою  ∇×B_m=µµ₀H (Tл); де магнітна напруженість дроту зі струмом H=I/2πr (А/м) за законом Біо-Савара-Лапласа (1820), то встановити будь-які зв'язки після самостійного існування постійного магніту, з електромагнітним ланцюгом стартового імпульсу неможливо. Залишкова намагніченість - це термін від витраченої потужності запуску генерації магнітної індукції в постійному магніті, за принципом "Більшее породжує Меншее". Такой собі невизначенний процесс, як і звідки з'являється дош.

Я взяв на себе сміливість виразити процес генерації магнітного поля у  постійному магніті - формула магнітної індукції постійного магніту набуває вигляду:

∇×B_m=QE/(∂t→∞)

де QE - ефір, що є причиною генерації магнітної індукції у матеріалі постійного магніту, ∂t→∞ - відрізок часу цієї генерації, що прагне нескінченності.
 

чому я так записав, так абсолютно відомо, що причиною магнітного поля (індукції) в магнітно-провідних матеріалах може бути інше поле (наприклад, магнітне поле землі). Приклад: намагнічування стали іншим постійним магнітом або електромагнітом.Але для цієї операції важлива орієнтація полюсів наведеної індукції в сталі та магніті - джерелі повинні бути відповідні віддаленість полюсів і т.д. Ефір це ізотеричне позначення як всеосяжне енергетичне поле (заряд), таким чином до того моменту, поки не стане точно відомо, що є причиною магнітної індукції в матеріалі магніту, доцільно вважати, що джерелом є Ефір. Але це не відповідає на питання як це робиться. 

Поняття полів було введено, зокрема, Фарадеєм. Альберт Ейнштейн писав:

Точне формулювання часово-просторових законів було роботою Максвелла. Уявіть собі його відчуття, коли сформульовані ним диференціальні рівняння довели йому, що електромагнітні поля поширюються у вигляді поляризованих хвиль і зі швидкістю світла! Мало кому в світі був поручений такий досвід ... фізикам знадобилося кілька десятиліть, щоб осягнути всю значимість відкриття Максвелла, настільки сміливим був стрибок, що його геній нав'язав уявлення своїх товаришів по роботі.

— Ейнштейн (Science, 24 травня 1940)

Хевісайд працював над усуненням потенціалів (електричного потенціалу і магнітного потенціалу), які Максвелл використовував як центральні поняття у своїх рівняннях;  Ця спроба була дещо суперечливою, хоча до 1884 року було зрозуміло, що потенціали повинні поширюватися зі швидкістю світла, як поля, на відміну від концепції миттєвої дії на відстані, як тодішня концепція гравітаційного потенціалу. 

 

Огляд від ШІ

Електромагнітна енергія – це форма енергії, яка пов'язана з електромагнітним полем, що складається з електричного та магнітного полів. Її поширення в просторі відбувається за допомогою електромагнітних хвиль, таких як світло, радіохвилі, рентгенівські промені тощо. 

Опис електромагнітної енергії:

Електромагнітне поле:   Електромагнітна енергія пов'язана з електричним та магнітним полями, які можуть існувати в різних об'ємах простору. 

Електромагнітні хвилі:   Поширення електромагнітної енергії відбувається у вигляді електромагнітних хвиль, які складаються з коливань електричного та магнітного полів. 

Джерела:   Електромагнітні хвилі можуть генеруватися різними джерелами, такими як коливальні заряджені частинки, змінні електричні струми або нерівномірний рух електричних зарядів. 

А ось про Джерела, все заплутано і завуальовано. Тому потрібно розкласти все по поличках і з'ясувати, що це за звір - Електромагнітна Енергія. Електромагнітні хвилі розглядати в силовому електричному ланцюгу (електричне коло) не будемо. Цікавіть що таке електрика у ланцюгу як генерується та як витрачається. 

Електрична (електромагнітна) енергія електричного кола та Електродинаміка без електронів.

Електрику фізика вивчає як:   Класичну Елекродинаміку  —  розділ фізики, що вивчає електромагнітне поле. Включає зв'язок електричних і магнітних явищ, електромагнітне випромінювання (в різних умовах, як вільне, так і в різноманітних випадках взаємодії з речовиною), електричний струм (взагалі кажучи, змінний) і його взаємодію з електромагнітним полем (електричний струм може бути розглянуто при цьому як сукупність рухомих заряджених частинок). Будь-яка електрична і магнітна взаємодія між зарядженими тілами розглядається в сучасній фізиці як здійснювана за посередництвом електромагнітного поля, і, отже, також є предметом електродинаміки.

Найчастіше під терміном «електродинаміка» за замовчуванням розуміється класична (не зачіпає квантових ефектів) електродинаміка; для позначення сучасної квантової теорії електромагнітного поля і його взаємодії із зарядженими частинками зазвичай використовується стійкий термін квантова електродинаміка.

Базовими поняттями класичної електродинаміки є уявлення про електричне та магнітне поле навколо заряджених тіл і провідників зі струмом.

Спеціальні розділи електродинаміки:

• Електростатика описує властивості статичного (не змінного за часом або такого, що змінюється достатньо повільно, щоб «електродинамічними» ефектами можна було знехтувати, тобто, коли в рівняннях Максвелла можна відкинути, через їх малості, члени з похідними за часом) електричного поля і його взаємодії із електрично зарядженими тілами (електричними зарядами), які також нерухомі або рухаються з досить малими швидкостями (чи, може, якщо є і є заряди, що швидко рухаються, але вони досить малі за величиною), щоб створювані ними поля можна було приблизно розглядати як статичні. Зазвичай при цьому мається на увазі і відсутність (або нехтуванням впливу через незначну силу) магнітних полів.

• Магнітостатика досліджує постійні струми (і постійні магніти) та постійні магнітні поля (поля не змінюються в часі або змінюються настільки повільно, що швидкістю цих змін в розрахунку можна знехтувати), а також їх взаємодію.
• Електродинаміка суцільних середовищ розглядає поведінку електромагнітних полів у суцільних середовищах.
• Релятивістська електродинаміка розглядає електромагнітні поля в рухомих середовищах.

---

Всі ми зі школи знаємо про простіший електричний ланцюг: електрична батарея, з'єднувальні дроти, вимикач та лампа розжарювання.  

На схемі зображено електричну батарею, яка є гальванічним джерелом електроенергії. Першим таким джерелом електроенергії вважається артефакт «Багдадська батарейка». Гальванічний елемент, в основному, це пристрій, який перетворює хімічну енергію на електричну. Він працює за рахунок окисно-відновних реакцій між двома різними металами та електролітом. Але гальванічний елемент є хімічним джерелом електрики, яке генерує різницю Електричних потенціалів, між клемами гальванічного елементу (Електричний потенціал у ланцюгу живлення - це характеристика електричного поля, що визначає потенціальну енергію заряду в певній точці. Різниця потенціалів між двома точками ланцюгу викликає електричний струм.)  У електростатиці електростатичний потенціал φ визначається згідно із E = −∇φ, де E — напруженість електричного поля. Часто для визначення електростатичного потенціалу зручно розв'язувати диференціальне рівняння, якому він задовольняє — рівняння Пуассона: Δφ=−4πρ, де ρ — густина заряду.  Але для зрозумілого розгляду простішого електричного кола, батарея не дуже вдалий приклад. Є такий прилад - Електричний кондесатор (англ. capacitor; нім. Kondensator m) — система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну електричну ємність і здатна нагромаджувати та зберігати електричний заряд.  Кондесатор як раз відповідає прикладу тлумачення електричного поля у стані напруги/напруженності. Електрична напруга та електрична напруженість - це дві різні фізичні величини, які описують електричне поле. 

Електрична напруга характеризує роботу, яку потрібно виконати для переміщення одиниці заряду Q  між двома точками. 

Напруга може бути визначена зі співвідношення:  U=W/Q,  де W — робота сторонніх і кулонівських сил з переміщення заряду, Q — величина електричного заряду. Для потенціального поля напруга відповідає різниці потенціалів між двома точками електричного поля: U = φ₁-φ₂.  Із закону Ома для неповного кола: U=I⋅R,  де I — сила струму*, що проходить по провіднику, R — електричний опір провідника.  Для вимірювання напруги можуть використовувати прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

Таке тлумачення  принято як константа, але не все так складно як здається. Ви здивовані? Поперще що за явіще таке СИЛА СТРУМУ? Освіта вказує, що це 

Си́ла електри́чного стру́му (сила струму або просто струм) — кількісна характеристика електричного струму в провіднику, скалярна величина I=Δq/Δt, яка відповідає кількості заряду (Δq), що проходить крізь переріз провідника за час Δt, розділеному на цей проміжок часу. За одиницю сили струму беруть таку силу струму, за якої відрізки паралельних провідників довжиною 1 м, що розташовані на відстані 1 м один від одного, взаємодіють із силою 2·10⁻⁷ Н. Силою струму називають ще величину, що визначає швидкість перенесення заряду частинками, які створюють струм, крізь поперечний переріз провідника. Струм — це упорядкований рух заряджених частинок. У системі SI сила струму вимірюється в Амперах (позначення А). Відповідно, густина струму вимірюється в A/м²..

З цього моменту будемо розбиратися. Як вимірюється сила струму практично у колі. Для цього є прилад Амперметр в основі якого ще ранній прилад Гальвано́метр (гальвано — від прізвища ученого Луїджі Гальвані і дав.-гр. metréo — вимірюю) — високочутливий прилад для вимірювання малих постійних і змінних електричних струмів. На відміну від звичайних мікроамперметрів, шкала гальванометра може бути проградуйована не лише в одиницях сили струму, але й в одиницях напруги, інших фізичних величин, або мати умовне, безрозмірне градуювання, наприклад, при використанні як нуль-індикаторів.

Амперметри бувають магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, теплові, індукційні, детекторні, термоелектричні та фотоелектричні.
Магнітоелектричними амперметрами вимірюють силу постійного струму в дуже малих вимірюваннях; індукційними і детекторними — силу змінного струму. Амперметри інших систем вимірюють силу будь-якого струму. Найточнішими і найчутливішими є магнітоелектричні та електродинамічні амперметри. Принцип дії магнітоелектричного приладу базується на створенні обертального моменту завдяки взаємодії між полем постійного магніту і струмом, що проходить крізь обмотку рамки. З рамкою з'єднана стрілка, яка переміщується по шкалі. Кут повороту стрілки пропорційний щодо сили струму. Електродинамічні амперметри складаються з нерухомої і рухомої котушок, з'єднаних паралельно або послідовно. Взаємодія між струмами, що проходять крізь котушки, викликає відхилення рухомої котушки і з'єднаної з нею стрілки. В електричне коло Амперметри вмикаються послідовно з навантаженням, а при високій напрузі, великих струмах—через трансформатор.

(Чому я такий прискіпливий до цього питання? Тому що тут є суперечність, і вона була там з самого початку.)

В описі не уточнюється, що саме є силою, яка відхиляє стрілки амперметра. Що пояснює з цього приводу фізика: Провідник зі струмом завжди створює навколо себе магнітне поле. Це відбувається завдяки руху електричних зарядів (електронів) вздовж провідника, що, згідно із законами електромагнетизму, спричиняє виникнення магнітного поля. Магнітні силові лінії концентрично оточують електричний струм. Тобто рух струму в провіднику та магнітне поле – це різні явища, які є взаємозалежними. Ще поважні науковці порівнють роботу електричного струму з напором води у трубі, але це помілкове тлумачення.

Електромагнітні вимірювальні прилади засованві на принципі дії Гальванометра – це пристрій, який використовується для вимірювання малих електричних струмів. Принцип роботи гальванометра заснований на взаємодії між магнітним полем, створюваним котушкою зі струмом, та магнітним полем постійного магніту. Коли через котушку проходить електричний струм вона створює власне магнітне поле, яке взаємодіє з полем постійного магніту і викликає її обертання. Це обертання відхиляє стрілку гальванометра, і кут відхилення пропорційний силі струму. За методикою вмикання до схеми електричного кола вимырюють напругу або силу струму.

Логіка це те, що кінцевим явищем електричного струму навколо дроту є магнітне поле, яке вимірюють гальванометром, тобто це витрачається від джерела. Виникає питання, яке явище є джерелом. 

---

Електричне поле, Електричне джерело

Електричне поле - це фізичне поле, що оточує електричний заряд, через яке він діє на інші електричні заряди. Це область простору, де електричний заряд відчуває силу, і електричне поле є векторною величиною, що може бути візуалізована як стрілки, які показують напрямок та силу дії електричного поля. (Електростатичне поле, Електрика повітря)

 

Ще є прилад якій індукує наявність статичного електричного поля.  Електроскоп - це прилад, що використовується для виявлення та ідентифікації електричного заряду.  Крім простішого у скляній банці є електронні.

Що ми вимірюємо за допомогою цих приладів? Напруженість електричного поля, — одна з основних фундаментальних величин класичної електродинаміки. У цій галузі фізики порівнянними з нею за значимістю є тільки вектор магнітної індукції.  У статичній електриці існує два типи електричних зарядів: позитивний та негативний. Я також колись вважав, що в електричному колі також є два типи електричних зарядів. Але пізніше я дійшов логічного висновку, що існує лише вектор електричної напруги (індукція). Зараз я трохи поясню. Ми трохи будемо робити висновки, статичну електрику спростовувати не будемо але є те на що треба звернути увагу. На малюнку висче (конфігурації електричних полів) маємо уявлення про точковій електричний заряд та його силові линії.  Спробуємо теоретично перенести цей точковий заряд між пластинами простішого неполярного конденсатора.

Я намалював, як електричний заряд перетворюється на елемент електричної поляризації електричного конденсатора. Я не знайшов пояснення, як з монопольного електричного заряду може утворитися диполь (+/-). Я гадаю, що утворюється поляризація напрямку електричної напруги та області, звідки вона виникає (нульова зона).  Це положення збігається з вектором магнітної індукції. Різниця полягає в тому, що силові лінії електричної поляризації E не замкнуті, як у силових лініях магнітної індукції B. .Нульва зона це зона в якій виконується явище Імплозії [0_-] та Експлозії [0₊]. Я зробив малюнок у відповідності нового тлумачення електричних зарядів.

a) малюнок точкового статичного електричного заряду, позитивного чи негативного (Експлозія [+], Імплозія [-]);

b) малюнок взаємодії статичних точкових електричних зарядів з урахуванням зон Експлозії [+], Імплозії [-];

c) перетворення електричного заряду в поляризацію діелектричного середовища між металевими пластинами. У цьому випадку ми бачимо, що електричний диполь є нульовою зоною середовища посередині діелектричного середовища з явищами Експлозії [0₊] Імплозії [0_-], які формують вектор електричної напруженості E між полюсами електричного диполя +/- за аналогією з постійним магнітом N-S. Для опису електричних полів в діелектриках зручно ввести поняття електричного зміщення. Електричне зміщення іноді називають ще електричної індукцією. Вектор електричного зміщення D в найпростішому випадку пов'язаний з вектором напруженості електричного поля Е співвідношенням  D = εε₀E.  Це пряма дія електричної поляризації середовища діелектрика. При цьому ця поляризація має здатність до збереження (накопичення) електричної напруженості Е (D), без дії зовнішнього джерела після заряжання.  Дослідник з України (Херсонська обл.) провів цікавий експерімент:  Где храниться заряд в конденсаторе?

d) ілюстрація сил та явищ джерела (конденсатора), в електричному умовному ланцюзі. Де Сила F – сила між полюсами електричного диполя, що містить вектор електричної індукції всередині джерела E.  Фізика стверджує що диєлектрик не проводе електричний струм. Питання виникає що за струм якій не проводе середовище дієлектрика (тому досліджуємо далі).  Лінія сили електричної індукції E (D) джерела прагне замкнутися сама на себе +/- через лінію сили електричної шндукції Е_і. назовні джерела. Якщо провідника які замикають електроди кондесатора немає, лінії електричної індукції та електричного зміщення не замкнуті.

Ще раз про Напру́женість електри́чного по́ля — силова характеристика електростатичного поля, яка визначається відношенням сили F, що діє на додатній точковий заряд q, вміщений в дану точку поля до величини цього заряду: E=F/q,  де F — сила, q — електричний заряд, E — напруженість електричного поля.  У кожній точці в даний момент часу існує своє значення вектора E (взагалі кажучи — різне в різних точках простору), таким чином, E — це векторне поле.  

Таким чином можемо констатувати, що рівняння Максвелла – за теоремою Гауса: ∇∙D = ρ ​​​ або D = εE   де ∇∙Е = ρ_v/ε₀, є виразом поля електричного джерела  де ρ -  Густина електричного заряду [ρ_v] – це об'ємна густина електричного заряду: об'ємна густина електричного заряду Грецький символ  (ρ) зазвичай позначає електричний заряд, а нижній індекс V вказує на об'ємну густину заряду. Оскільки заряд вимірюється в кулонах [Кл], а об'єм – у метрах³ [м³], одиниці густини електричного заряду в рівнянні – [Кл/м³]. Фізіка стверджує, що оскільки електричний заряд може бути негативним або позитивним, густина заряду може бути негативною, позитивною або нульовою; ε - Діелектрична проникність - це фізична характеристика середовища, що визначає, у скільки разів сила взаємодії між зарядами в даному середовищі менша, ніж у вакуумі. Вона характеризує ізоляційні властивості діелектрика, тобто речовини, яка не проводить електричний струм. 

Рівняння Масвелла - на закон Гаусса для електричного поля

1

закон Гауса для електрики

Джерело електричного поля — заряди

Але  D = ρ_v = εE є ще виразом відповідної дипольної електричної напруженісті діелектричного накопичувача,  де  Е_D = εE = ρ_v/εε_0,   тобто вираз за фактом. Але ми не знаємо, що є причиною такого явища як утримання накопичення електричного поля в стані умовного диполя в діелекрику. Крім того, негативна сторона індукції  (-) такого накопичувача не реєструється. Силові лінії як у статичного негативного негативного заряду не виявляються. Тому  вираз  Е_D= ρ/εε₀  заряду у дієлектрику може мати тільки відповідне значення: нуль [0] або [GND]  та  позитивний [+Е] з відповідним спином силової лінії електричної індукції Е_і навколо провідника. Крім неполярного, найпростішого кондесатора існують електролітичні полярні кондесатори, кондесатори - це пасивні джерела, вони тільки накопичують електричне поле з наступним розрядом в електричний ланцюг. Також існують гальваничні елементи (мають зворотну та незворотну електрохімічну реакцію). Принцип дії гальванічного елемента використовується в електрохімічних батареях. Ще є  Паливний елемент, Електричний акумулятор, Електрохімічна комірка, Концентраційний елемент  це все вже є генераторами напруги, так як у процессі розряду вони виробляють напругу (постійно підтримують електричну напруженість на клемах пристрою).

Розглянемо простіший ланцюг із джерелом C1 [зарядженим кондесатором], проводами з'єднання довжиною 1 метр, активним навантаженням R. Є три вимикачі S1, S2, S3 та вимірювальний прилад вольтметр, який підключається для вимірювання напруги [U] між точками 1, 2, 3, негативний вивід кондесатора (-) [GND].  

 

 

Припустимо, що ємність кондесатора становить 100 мкФ, якій заряджений до 12В. Припустимо, що навантаження R має опір 10 Ом. Питання як напруженість Е [D] - напруга 12В діелектричного шару конденсатора С1,  досягає цих точок вимірювання по провіднику довжиною 10 см (1), 1 м (2) та 1,9 м (3), коли S2, S3 розімкнуті? Чому навантаження R (10 ом) ні як, тому не заважає  [Fig. a)]. Схема онлайн за посиланням. Як електрична напруженість E [D] потрапляє від позитивної пластини конденсатора C1 до кінчика дроту, що має розімкнуте коло на виводах перемикачів S1, S2? Ми можемо пояснити це лише провідністю силових ліній, сфокусованих у діелектрику джерела C1 вздовж поверхні дроту. Це те саме явище, що й електрорушійна сила. Але фізична інтерпретація стосується лише явища виникнення Е від зовнішньої сили, яка є причиною виникнення електрорушійної сили у замкненому колі. Насправді ЕРС [E_D] – це спрямована електрична напруженість навколо провідника, яка виникає навіть тоді, коли коло не замкнене, і є явищем для ділянки дроту, на яку діє зовнішня сила. Записи тотожні

  

Якщо далі вмикаємо S2 [Fig. b)] отримаємо лінійну вольт-амперну характеристику розряду кондесатора з формуванням сили струму в Амперах по всій довжині з'єднувальних проводів 2 метри. Але спадаюча напруга реєструється тільки в точках вимірювання 1, 2. У третій точці вимірювання падіння напруги миттєво. Після опору 10 ом ніякої напруженості Е відповідному значенні точок 1, 2 ми не спостерігаємо. Тобто 1 м дроту з напруженістю Е, а другий 1 м дроту без відповідної напруженості Е джерела.

Електростатичні (індукційні) машини – це тип електричних машин, які використовують електростатичну індукцію для перетворення механічної енергії в електричну. На відміну від звичайних генераторів, які використовують електромагнітну індукцію, вони не використовують магнітні поля, а навпаки, розділяють заряди в ефірі за допомогою електростатичної індукції. Здійснена при цьому механічна робота проти дії електричних сил щодо поділу зарядів у просторі перетворюється на енергію електричного поля (різницю потенціалів). 

За конструкцією електростатичні машини бувають:  з жорсткими роторами (циліндрами, дисками) - машини фірм Töpler, Goltz, Wommelsdorf, Wimshurst;  з гнучкими ременями та ланцюгами – генератор Van de Graaff, пеллетрон; з крапельним і пиловідведенням – крапельниця Кельвіна; інші.  

Звичайні машини з низькою робочою напругою працюють в повітрі. Для зменшення розмірів ізоляторів високовольтні автомати можуть бути поміщені в сухе газове середовище під підвищеним тиском. Існують також конструкції у вакуумній упаковці. Для зниження коронних втрат в конструкції машин уникають будь-яких кутів і точок (наприклад, генератор Ван де Граафа з кульковим електродом діаметром 80 см дозволяє накопичувати потенціал до 750 кВ, після чого починається коронний розряд). Використання: електростатичне осадження: очищення електрогазу, порошкове фарбування, електросепарація; випробування на пробій ізоляції електроустановок, випробування блискавкозахисту; Демонстраційні лекції з курсу фізики; живлення прискорювачів заряджених частинок.

Крім више зазначених машин є високовольтний Трансформа́тор Тесли, також котушка Тесли (англ. Tesla coil) — пристрій, винайдений Ніколою Теслою, що носить його ім'я і виконаний у вигляді трансформатора, ввімкнутого обмотками в коливальні контури, які працюють в резонансному режимі та служить для утворення високої електричної напруги (десятки кіловольтів) високої частоти (зазвичай, 20...100 кГц). Прилад було запатентовано 22 вересня 1896 року, як «Апарат для вироблення електричних струмів високої частоти і потенціалу». Нажаль крім демонстаційних заходів ТТ не застосовується. Але сам Тесла прагнув використати технологію в енергетиці для генерації та бездротового передавання струмів. 

Для вводу електротстаичного потенциалу які генерується електростатичними машинами в електричний ланцюг, потрібна технологія перетворення з стану поверхневого заряду у заряд полярізації диелектрика з полальшим використанням у силовому електричному колі з навантаженнями. Такий прилад є Вилка С. Авраменка - це простий електронний пристрій, що використовується для вирівнювання несиметрії в високочастотних системах передачі електроенергії. Вона складається з двох диодів та конденсатора, і названа на честь українського інженера Авраменка. 

Вилка Авраменка (діодний штекер Авраменка) — це диодна схема, що складається з двох диодів, підключених до конденсатора, Диоди підключені катодом і анодом, а вільні кінці диодів підключені до конденсатора, Пристрої використовуються для зменшення несиметрії в високочастотних лініях передачі електроенергії.   Більш детально якщо є бажання ознайомтесь з моїм постом "Електричне поле – джерело енергії!"

Самим відомим приладом генерації  якій зі слів автора Таріеля Капанадзе затосовував ВВ ТТ є пристрий якій відомий за назвою КАПАГЕН, ознайомиися можна за посиланням: "Таємниця генератора Капанадзе"

Потроху переходимо до замкненого електричного ланцюга. Ми вже побачили, що дією в електричному ланцюзі є поява сили струму I, це вже інше рівняння Максвелла на закон Ампера, який ми розглянемо в наступній частині.

Електричне коло, Сила Струму, Закон Ампера, Закон Біо-Савара, Магнітне поле.

Згадаемо наше онлайн модулювання простішого електричного ланцюга (кола):

 

В позіції коли вмикачі S1, S2 мають дію замикання ланцюгу  маємо відповідні показники ВАХ: первинне значення струму: I = U / R+r = 12B / 10 Ом + 0.01 Ом = 1,19А, при падінні заряду конденсатора до 1В: I = U / R+r = 1B / 10 Ом + 0.01 Ом = 0,09А. Ми бачимо по ланцюгу що електрична напруженність на відстані до опору має майже рівне значення на відрізку 1 м.  на другому 1 м довжини Е практичне відсутня. 

На графіках [Fig. c)] данні ВАХ короткого замикання заряджаного кондесатора через вимикач S3 (S1, S2 роз'єднані):  I = U / R+r = 12B / 0,024 Ом + 0.01 Ом = 480А.  Падіння напруги міттеве та утворення сили стуму великої мірності.

Потроху переходимо до замкненого електричного ланцюга. Ми вже побачили, що дією в електричному ланцюзі є поява сили струму I, це вже інше рівняння Максвелла на закон Ампера, який ми розглянемо далі.

Ампе́ра зако́н — 1820 році А.М.Ампером установлений закон, що описує взаємодію двох елементарних струмів I₁dλ₁ i I₂dλ₂. Величина і напрямок сили взаємодії визначаються подвійним векторним добутком: dF₁₂ = kI₁I₂(dl₂(dl₁r₁₂))/r₁₂³, де r₁₂ — відстань між провідниками елементарних струмів, k=μ₀/4π (у Міжнародній системi одиниць, СІ), k=1/c² (у системі одиниць Гауса), с — швидкість світла у вакуумі. Ця сила не є центральною силою, оскільки напрямок її дії не лежить на прямій, що пов’язує елементарні струми. Сила, що діє на елемент струму I2dl2, перпендикулярна до цього елементу й лежить у площині, яка містить елемент струму I1dl1 та радіус-вектор r₁₂ 

Два дроти зі струмом притягуються або відштовхуються залежно від напрямку струму. Якщо струми течуть в одному напрямку, дроти притягуються; якщо в протилежних – відштовхуються. Це явище використовується для визначення одиниці струму, ампера. 

Закон Ампера:

1. Притягування: Якщо два паралельні дроти несуть струми в одному напрямку, то вони притягуються один до одного.
2. Відштовхування: Якщо два паралельні дроти несуть струми в протилежних напрямках, то вони відштовхуються один від одного.

Магнітне поле та сила Ампера:

1. Струм у провіднику створює магнітне поле.
2. Дія магнітного поля одного дроту на інший дроти зі струмом, викликає силу, відому як сила Ампера.
3. Сила Ампера пропорційна до сили струму, довжини провідника, та магнітної індукції поля. 
4. Напрямок сили Ампера визначається правилом лівої руки: якщо ліву руку розмістити так, щоб лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнутих пальці показували напрямок струму, то відігнутий великий палець показує напрямок сили Ампера. 

Закон Ампера схожий на Закон Гауса, оскільки дозволяє нам (аналітично) визначати магнітне поле, яке виробляється електричним струмом в конфігураціях, що мають високий ступінь симетрії. Закон Ампера говорить:

∮B⋅dl = μ₀I^enc

де інтеграл зліва - це «інтеграл шляху», подібно до того, як ми обчислюємо роботу, виконану силою над певним шляхом. Знак кола на інтегралі означає, що це інтеграл над «замкнутим» контуром; шлях, де початкова і кінцева точки однакові. IencIencце чистий струм, який перетинає поверхню, яка визначається замкнутим шляхом, який часто називають «струмом, укладеним» шляхом. Це відрізняється від Закону Гауса, де інтеграл знаходиться над замкнутою поверхнею (а не замкнутим шляхом, як це тут). У контексті Закону Гауса ми маємо на увазі «обчислення потоку електричного поля через замкнуту поверхню»; в контексті Закону Ампера ми маємо на увазі «розрахунок циркуляції магнітного поля по замкнутому шляху».   Ми застосовуємо Закон Ампера приблизно так само, як ми застосовуємо Закон Гауса.  

Всі дії які пов'язані з силою або притягуванням - відштовхуванням дротів  засновані на явищі магнітного поля (магнітної індукції) навколо провідника зі струмом.  

Закон Біо-Савара-Лапласа  — закон, який визначає магнітну індукцію навколо провідника, в якому протікає електричний струм. Закон Біо-Савара-Лапласа був сформульований в 1820 році. Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар експериментально довели його існування, а П'єр-Симон Лаплас сформулював загальну формулу на основі їхніх досліджень.

Оба закона Ампера та Біо-Савара-Лапласа з'явилися у 1820 році та доведено що СИЛА СТРУМУ I повязана напряму з утворенням  магнітного поля (індукції) B навколо провідника. Пізніше у 1826 році був відкритий Закон Ома  (німецьким фізиком Георгом Симоном Омом). Він встановив залежність між силою струму, напругою та опором у електричному колі, що стало фундаментом для електротехніки.

Закон Ома - це фундаментальний принцип у електриці, що описує взаємозв'язок між силою струму, напругою та опором в електричному колі. Він стверджує, що сила струму [I] в ділянці кола прямо пропорційна прикладеній напрузі [U] і обернено пропорційна опору [R]. Формула закону Ома має вигляд: I = U/R,  Для замкнутого кола: I = ε / R+r. Ще є явіще падіння напруги ∆U = IR.  

Пізніше міра потужності ват (Вт) була прийнята в Британською науковою асоціацією у 1882 році. На 11-й Генеральній конференції мір та ваг у 1960 році вона була включена у Міжнародну систему одиниць (SI). Ват названо на честь шотландського винахідника Джеймса Ватта.  Потужність - це важлива фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи або перетворення енергії за одиницю часу. Вона використовується в різних областях фізики та інженерії, зокрема, у механіці, електриці та теплотехніці. 

 

Поту́жність (N, P, W) — робота, що виконана за одиницю часу, або енергія, передана за одиницю часу:  N=A / t,  де N — потужність, А — виконана робота, t — проміжок часу, за який ця робота виконана.  У системі CI потужність вимірюється у Ватах. Іншою одиницею вимірювання, яка ще й досі широко використовується, є кінська сила (1 к.с. = 735,5 Вт).   У механиці:   Якщо на рухоме тіло діє сила, то ця сила здійснює роботу. Потужність в цьому випадку рівна скалярному добутку вектора сили на вектор швидкості, з якою рухається тіло: N = F⋅v = F⋅v⋅cos⁡α, де F — сила, v — швидкість, α — кут між вектором швидкості і сили. У електриці:  Електри́чна потужність (потужність електричного струму) — фізична величина, що характеризує швидкість передавання або перетворення електричної енергії.  Миттєве значення електричної потужності P(t) для ділянки електричного кола: P(t) = I(t)⋅U(t), де I(t) — миттєве значення електричного струму на ділянці кола; U(t) — миттєве значення напруги на цій же ділянці.

С додаванням в розрахункову матрицю Закона Ома параметру Потужність (P, W), формули Закону Ому прийняли сучасний вигляд:

Як сучастна фізика пояснює явіще електричного струму:

Електри́чний струм — упорядкований, спрямований рух електрично заряджених частинок у речовині чи у вакуумі. Як зазначено в законі Ампера, це стає помітним через магнітне поле і зазвичай призводить до нагрівання провідника (не відбувається у надпровідниках). Струм виникає в електричному колі, щойно між клемами джерела живлення виникає провідне з’єднання.
До того ж, струм зміщення є частиною електричного струму. Це викликано не рухом зарядів, а зміною потоку електричного поля. Для прикладу, він з'являється між пластинами конденсатора під час його заряджання або розряджання і створює магнітне поле, як і звичайний струм. Електричний струм за напрямком протікає від додатного полюса джерела живлення постійного струму, до від'ємного. Рухомі заряди, які утворюють електричний струм, називають носіями струму: у металах це електрони, у напівпровідниках — електрони та дірки, в електролітах — позитивно та негативно заряджені йони, в іонізованих газах — йони й електрони. Упорядкований рух носіїв струму в електропровідному середовищі під дією електричного поля називають струмом провідності. Якщо рух зарядів відбувається разом з тілом, на якому вони перебувають, то такий струм називають конвекційним. Прикладом конвекційних струмів є струми, які виникають під час падіння заряджених краплин води в атмосфері, завдяки силі тяжіння. Короткочасні електричні струми виникають також у діелектриках внаслідок зміщення зв'язаних електричних зарядів під дією зовнішнього електричного поля. Такі струми називають струмами поляризації.

Електричне поле це поверхневий ефект для повідника (статична електрика):  Електричне поле не може протикнути у середовище провідника. У фізиці є таки парметри як Діелектрична проникність (ε) та Магнітна проникність (µ). В електротехниці с подання Ома існує такий параметр як: Опір електричному струму у провіднику – це фізична величина, яка характеризує здатність матеріалу протидіяти проходженню електричного струму. Він вимірюється в омах (Ω) і залежить від властивостей матеріалу, його довжини та площі поперечного перерізу.  Формула для розрахунку електричного опору провідника:  R = ρ ∙ (L / S) де: R – електричний опір,  ρ – питомий опір матеріалу (залежить від його фізичних властивостей),  L – довжина провідника,  S – площа поперечного перерізу провідника.   Чим більший питомий опір матеріалу, тим більше він протидіє струму. Наприклад, срібло та мідь мають низький питомий опір, що робить їх чудовими провідниками, тоді як гума чи скло – хорошими ізоляторами з високим опором.  Але  - питомий електричний опір - ρ, для багатьох речовин був встановлений під час досліджень. Існують таблиці, в які занесені дані, виміряні при температурі 20 градусів Цельсія. Ними часто користуються при вирішенні різних завдань, пов’язаних з електрикою.

Тому доказів що явіще напряму зв'язано з рухом заряджаних частинок через середовище провідника немає. Але провідник може на поверхі створювати ту саму нульову зону [0_+/-]для счеплення  або фокусу спрямування силових ліній електричної індукції джерела.  Я не буду зараз робити висновки тільки факти. Перший факт електрична напруженність (індукція) досягає міттево кінця дроту якій ще не замкнутій до негативної клеми джерела. Ні якіх електорнів з негативної клеми ще не може бути у ланцюзі, а напруженнісь на вільному кінці дроту вже існує. Сила струму це як раз явіще тільки для замкненого електричного ланцюга, яке як брат близнюк пов'зане з магнітним полем навколо повідника. В одному підручнику автор дуже чудово описав дію у єлектричному колі:

    

Цитую: Під час проходження струму відбувається безперервне зменшення зарядів, або, точніше, нейтралізація позитивної та негативної електрики.

Я бачу лише один логічний висновок: щось зникає, позитивна та негативна електрика (заряди, електрична індукція, напруга) і щось з'являється, струм (магнітне поле, магнітна індукція). Куди поділися електричні компоненти? Розсіялися внаслідок утворення магнітного поля (магнітної індукції). Добре існує рівняння Максвелла на закон Ампера:

 

4.

(Закон Ампера,розширений Максвеллом. Електричний струм - змінне електричне поле створюють магнітне поле.)

Усі тонкощі та повороти цього рівняння Максвелла дуже добре пояснені на цій сторінці: 4-е рівняння Максвелла (https://www.maxwells-equations.com) Я трохи взяв формули та сформулював що саме стверджує формула записаная Максвеллом на Закон Ампера.  Максвелл зробив запис у електричної метричної системі, де символ H вказує на утвореня магнітної напруженністі у Амперах на метр. 

Фактично для утримання магнитної напруженності H, треба мати два елементи струм  J  та струм зміщення  J_D = dD / dt.  [∇×H = J + dD / dt]

Порівняємо дві формули: рівняння Максвелла на закон Ампера: ∇×H = J + J_D , та умови підтримки струму в законі Ома з підручника (див. слайд вище)   J = λ (E + E^ext).  Висновок з публікації полягає в тому, що ∇×H = J  говоре сам за себе: струм J і є магнітним полем (індукцією) H (B_i), навколо дроту в замкнутому колі.  Як виразити електричну напруженість навколо дроту, вона вже має відповідне позначення ЕРС або ж можна виразити її як зміщення силової лінії густини електричного заряду (струм зміщення Максвелла) зі швидкістю світла вздовж поверхні провідника.

 

Ще один доказ того, що струм є магнітною складовою сили. Магнітний диполь має рівну складову полюсів. Якщо електрична напруга вздовж провідника має ознаки спаду, то струм і магнітна напруженість мають рівномірний розподіл вздовж провідника. Навіть у тій частині, де електрична напруга майже дорівнює нулю. Візуалізація магнітних силових ліній навколо дроту вказує на спіральну структуру електричної індукції навколо дроту, це свідчить що магнітна силова лінія аочинається та закінчується на електричних посюсах джерела. Ми можемо скільки завгодно сумніватися в цьому, але факт є фактом. Електрична напруженість зміщення зникає Е_i, з'являється сила струму (магнітна індукція) J [B_i].

Робимо висновок що записи: Максвелла  ∇×H = J + dD/dt, або закону Ома J = λ (E + E^ext), є фатичним виразом електромагнітної індукції перетворення електричного поля у магнітне поле, та можемо це виразити як:

∇×В_i = - dE_i / dt

Крім того знаку мінус у формулі електромагнітної індукції ∇×В_i = - dEi / dt ми зобов'язані фізику німецького походження з царської Росії Ленцу. Правило Ленца визначає напрямок індукційного струму і говорить: "Індукційний струм завжди має такий напрямок, що він послаблює дію причини, що збуджує цей струм!" Правило сформульовано в 1833 Е. Х. Ленцем. На слайде я зазаначив як саме це відбувається.  

---

Магнітне поле (два типи магнітного поля)

Ще одне рівняння Максвелла на закон (теорему) Гауса:

2.

Закон Гауса для магнітного поля

Не існує заряду магнітного поля, силові лінії магнітного поля замкнені.

 

Перш ніж ознайомитись далі, ви повинні були прочитати її про закон Гаусса для електричних полів. Якщо в цьому є сенс, то друге з рівнянь Максвелла буде досить простим. По-перше, розглянемо обидва закони Гаусса, записані в «Рівнянні»: 

∇∙D = ρ [1]; ∇∙B = 0 [2]   

Як бачите, обидва цих рівняння задають розбіжність розглянутого поля. Для [1] рівняння, ми знаємо, що закон Гаусса для електричних полів стверджує, що Розбіжність густини електричного потоку D дорівнює густині об'ємного електричного заряду ρ. Але друге рівняння, закон магнетизму Гаусса, стверджує, що розбіжність густина магнітного потоку (В) дорівнює нулю.  Чому? Чому розбіжність В не дорівнює густині магнітного заряду?
Що ж, це так. Але так вже вийшло, що магнітного ніхто і так і не знайшов Заряд - не в лабораторії або на вулиці, не в метро. І тому, Поки цей гіпотетичний магнітний заряд не знайдений, встановлюємо праву сторону Закон Гаусса для магнітних полів до нуля:

Оскільки B і магнітне поле H пов'язані проникністю μ, то в рівнянні [2] зазначимо, що Розбіжність магнітного поля також дорівнює нулю.

Цій висновок повністью підтверджується нашим попередним розглядом. Магнітне поле В_і  навколо провідника є явіщем електромагнітної індукції перетворення та воно немає самостійного джерела. Крім того хочу зазначити що це поле маємо індифікувати як "горяче". Це поле існує також у вигляді горячої плазми.  Але, є ще магнитне поле у ферромагнітних  материалах. Позначимо його як B_m (холодне). В ферромагнітному осерді електромагнита поле B_m  збуджує поле яке утворюється від електромашгітної індукції в електричному контурі: ∇×Вi = - dEi / dt.

∇×B_m=µµ₀H   або   ∇×B_m=µВ_і

 

Але є протириччя, перше це існування постійних магнитів, які утврюються імпульсом магнітного поля від котущки збудження ∇×B_m=µВ_і. Далі вже в осерді постоянного магніту генераується магнітна індукція постійно без живлення котушкою яка здійсьнювала первинний  імпульс збудження. В протилежність постійному магніту є електромагнити, які генеруют (індукують) магнітне поле B_m в залізному осерді тільки при наявності поля В_і збудження.  Що є джерелом магнітної індукції після пуску електромагнітним імпульсом невідомо, а пояснення феномену скоріше є акт неспроможності встановити істину причини феномену. Тому я записав формулу магнітної індукції постійного магніту у вигляді:

∇×B_m=QE/(∂t→∞)

де QE - ефір, що є причиною генерації магнітної індукції у матеріалі постійного магніту, ∂t→∞ - відрізок часу цієї генерації, що прагне нескінченності.

чому я так записав, так абсолютно відомо, що причиною магнітного поля (індукції) в магнітно-провідних матеріалах може бути інше поле (наприклад, магнітне поле землі). Приклад: намагнічування стали іншим постійним магнітом або електромагнітом. Але для цієї операції важлива орієнтація полюсів наведеної індукції в сталі та магніті - джерелі повинні бути відповідні віддаленість полюсів і т.д. Ефір це ізотеричне позначення як всеосяжне енергетичне поле (заряд), таким чином до того моменту, поки не стане точно відомо, що є причиною магнітної індукції в матеріалі магніту? Доцільно вважати, що джерелом є Ефір. Але це не відповідає на питання як це робиться. 

Ще існує таке явіще, відоме явіще як магнітний зберегач Едварда Лідскальніна. (Edward Leedskalnin) Цей прилад описаний в його книзі "Магнітний струм. 1945".  Дія цього пристрою дуже проста, розбірне залізне осердя має котушку для створення магнітного потоку В_і, которе індукуе поле в осерді B_m,  але не зрозумило як магнітне поле утримується у осерді без живдення струмом котушок збудження від електричного джерела. Після примусового роз'єднання елементів осерля в котушці генерується котокий імпульс ЕРС.  

Український ютуб-блогер та дослідник Ігор Білецький  провів цікаві експеременти, які вказують що магнітне поле в замкнутому стані залізного осердя дуже міцне: ВІДЕО1 та ВІДЕО2.   Можливим поясненням утримання магнітного поля в замкнутому стані залізного осердя є явище АНАПОЛЬНОГО МОМЕНТУ, яке утворюється після збудження в замкнутому магнітнопровідному середовищі та фіксується, але причина цього явища невідома.

АНАПОЛЬ (від грец. an - негативна частка і polos - полюс), тороїдний диполь - система струмів, електромагнітне поле якої характеризується вектором анапольного моменту. Зміна анапольного моменту з часом призводить до випромінювання системою електромагнітних хвиль.

Якщо коротко, то АНАПОЛЬ - закільцьований по колу магнітний потік Φ=B_mS, в однорідному середовищі магнітно провідного контуру. Наприклад, отримати закільцьований потік Φ=B_iS намагаються отримати вже давно, проект ТОКАМАК. Американская версия анапольного момента:  Toroidal moment

У наступній частині розглянемо явища електромагнітної індукції, появи електричного поля за зміни магнітного.

Електромагнітні індукції та генерація електричного поля від магнітного поля.

Ця сторинка буде дуже цікавою, бо питання яке розглянемо далі має дуже богато білих плям у елекродинаміці.  Так як на питання що є електромагнітна індукція відповів ШІ:  Електромагнітна індукція - це явище, коли змінне магнітне поле створює електричне поле в просторі, або, як наслідок, електричний струм в замкнутому провідному контурі. Іншими словами, якщо змінюється магнітний потік, що пронизує контур, то в цьому контурі виникає індукційний струм. Але це дуже образно та заплутано. Ми вже бачили раніше, що в електричному колі є два елементи: зміщення потоку електричної індукції [E_D] силовими лініями електричної напруженості [E_i] та утворення магнітної індукції навколо провідника [B_i]. Винікає питання що таке індукційний струм? В якої якісті винікає електричне поле і як повинно змінюватися магнітне поле? 

[Урок фізики 9-11 клас: Досліди Фарадея. Електромагнітна індукція] прочитайте та згадайте що ви вчили про це явище у школі. 

Електромагнітна індукція була виявлена незалежно один від одного Майклом Фарадеєм і Джозефом Генрі у 1831 році, проте Фарадей першим опублікував результати своїх експериментів^[2][3].

Електромагнітна індукція (RU) — це явище виникнення електричного струму, електричного поля або електричної поляризації при зміні магнітного поля в часі або при русі матеріального середовища в магнітному полі^[1]. Електромагнітна індукція була відкрита Майклом Фарадеєм 29 серпня 1831 року. Він виявив, що електрорушійна сила (ЕРС), що виникає в замкнутому провідному ланцюзі, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену цим ланцюгом. Явище магнітної індукції полягає у виникненні електричного потоку в замкнутому контурі при будь-якій зміні потоку. Величина електрорушійної сили не залежить від того, чи є зміна потоку зміною самого магнітного поля або рухом ланцюга (або її частини) в магнітному полі. Електричний струм, викликаний цією ЕРС, називається індукційним струмом.

Електромагні́тна інду́кція (UA) — явище створення в просторі вихрового електричного поля змінним магнітним потоком. Одним із наслідків електромагнітної індукції є зв'язок між змінними електричним та магнітними полями в електромагнітній хвилі, інший наслідок, практично важливий для генерації електричного струму, — виникнення електрорушійної сили в провідному контурі, магнітний потік через який змінюється. Одиниці вимірювання електромагнітної індукції — тесла (в системі СІ), гаус (у системі СГС); 1 Тл = 10⁴ Гс.

Електромагнітна або магнітна індукція  (EN) — це утворення електрорушійної сили (ЕРС) на електричному провіднику в змінному магнітному полі.  Майклу Фарадею прийнято приписувати відкриття індукції в 1831 році, а Джеймс Клерк Максвелл математично описав його як закон індукції Фарадея. Закон Ленца описує напрямок індукованого поля. Пізніше закон Фарадея був узагальнений і перетворився на рівняння Максвелла — Фарадея, одне з чотирьох рівнянь Максвелла в його теорії електромагнетизму.  Електромагнітна індукція знайшла багато застосувань, включаючи електричні компоненти, такі як котушки індуктивності та трансформатори, а також пристрої, такі як електродвигуни та генератори.

Закон індукції Фарадея (або просто закон Фарадея) — це закон електромагнетизму, який передбачає, як магнітне поле взаємодіятиме з електричним ланцюгом, утворюючи електрорушійну силу (ЕРС). Це явище, відоме як електромагнітна індукція, є основним принципом роботи трансформаторів, котушок індуктивності та багатьох типів електродвигунів, генераторів і соленоїдів. 

За законом електромагнітної індукції Фарадея (в СІ):

Де:   – електрорушійна сила, що діє по довільно обраному контуру (вольти, V),  – це магнітний потік через поверхню, обмежену цим контуром (Вебер, Wb).

Знак мінус у формулі відображає правило Ленца, назване на честь фізика Е. Х. Ленца: Індукційний струм, що виникає в замкнутому провідному ланцюзі, має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле протидіє зміні магнітного потоку, що викликав цей струм*. 

Для котушки в змінному магнітному полі закон Фарадея можна записати так:

Де:  – електрорушійна сила,   - кількість витків,   – магнітний потік через один оборот,    – муфта потоку котушки.

Як бачимо пояснення на різних сторінках Вікіпедії мають відмінності, але результатом є Електрорушийна сила ЕРС (), яка вимірюється у вольтах (V). Сучасне пояснення дії правила Ленца* мене не влаштовує, тому що знак минус вкладаємо у форму за якой електричне поле протидіє  магнітному, а пояснення цій протидії вкладають дії струму, магнітному полю яке винікає вже при розряді ЕРС при замиканні у електричне коло. Як само виглядає первинне формулювання правила: "Індукційний струм завжди має такий напрямок, що він послаблює дію причини, що збуджує цей струм!" Правило сформульовано в 1833 Е. Х. Ленцем. Вірно буде, що вектор ЕРС () буде протидіяти вектору магнітного поля (індукції) B. Більш точніше це записал Максвелл.  The 3rd Maxwell's Equation.  Перша формула Фарадея, друга Максвелла: 

3.

закон Фарадея

Змінне у часі магнітне поле викликає вихрове електричне поле.

Деякі фізики відзначають, що закон Фарадея в одному рівнянні описує два різних явища: 'рухову ЕРС' , генеровану дією магнітної сили на рухомий провід, і 'трансформаторну ЕРС' , генеровану дією електричної сили внаслідок зміни магнітного поля. Джеймс Клерк Максвелл звернув увагу на цей факт у своїй роботі Про фізичні силові лінії в 1861 році. У другій половині частини II цієї праці Максвелл дає окреме фізичне пояснення для кожного з цих двох явищ. Посилання на ці два аспекти електромагнітної індукції мається на деяких сучасних підручниках.^[10] Як пише Річард Фейнман:^[11]

Таким чином, «правило потоку» про те, що ЕРС в ланцюзі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через контур, застосовується незалежно від причини зміни потоку: чи то тому що поле змінюється, чи то тому що ланцюг рухається (або і те, і інше)... В нашому поясненні правила ми використовували два абсолютно різних закону для двох випадків - v×B для «рухомого ланцюга» і ∇xE = −∂_tB для «мінливого поля».
Ми не знаємо ніякого аналогічного положення у фізиці, коли такі прості і точні загальні принципи вимагали б для свого реального розуміння аналізу з точки зору двох різних явищ.

— 'Річард Фейнман' , Фейнмановські лекції з фізики  

Пуплікація у якій досліджується наявність двох різноманітних явищ електромагнітної індукції: Джордж Р. Кон - Електромагнітна індукція 1949. (ПДФ)

Трансформаторна індукція: У разі суто трансформаторної індукції рух матеріальних тіл відсутня як таке.
Двигуна (Рухома) індукція: У разі суто рухової індукції немає зміни магнітного поля з часом як такого.

Існує дві практичних інженерних формулі за якіми розраховується мірность ЕРС для відповідних умов перша 'рухома ЕРС', друга 'трансформаторна ЕРС'  :

 

У загальноосвітніх ресурсах та підручниках є достатньо пояснень дії ЕРС під час руху дроту в магнітному полі.  Дуже просто, момент виникнення ЕРС - E (вольти), на кінцях провідника, длина провідника l (метри), якій перетинає магнітні силові лінії магнітної індукції B (Тесла) зі швидкістю v (м/с) [v×B] під кутом sina відповідає множенню в рівнянні ціх параметрів:   

Е = B * l * v * sina  

Такий механізм розрахунку ЕРС не викликає заперечень. Але є дещо, що викликає питання. Чи це перетин ліній магнітної індукції, чи рух у напрямку та проти напрямку вектора лінії магнітної індукції зовнішнього магнітного поля? У мене є питання, яке потребує уточнення. Ви також можете спробувати відповідний тест. 

Щоб зрозуміти, як відбувається одночасна індукція ЕРС [E] і магнітного поля [B_i] (струму [I]), я зробив слайд. На ньому я відобразив рух дроту довжиною [l] через однорідний магнітний потік з вектором магнітної індукції [B_m], зі швидкістю [v], під кутом 90* (рис. а). Раніше я показав (дослідження), як сила Ампера [F_A] дроту зі струмом [I]  працює  в магнітному потоці (рис. b). На стороні дроту, коли лінії магнітної індукції мають той самий напрямок, що й лінії магнітного потоку, вони притягуються, а на стороні де протилежні - відштовхуються. Але, коли провід з електромагнітною індукцією замикається в електричному колі з навантаженням, дві електромагнітні індукції здійснюються одночасно і симетрично. 

Чому при руху дроту скрізь магнітне поле на поверхні, формується силові лінії електричної індукції [Ei] по теперешний час так  і не з'ясовано. Нажаль тлумачення сили Лоренца має дуже велику невідповідність, яку розглянемо далі.

Тлумачення Сили Лоренца натякає що у провіднику є електричні заряди які збуджуються при дії на них вектора магнітної індукції.  

Сила Лоренца - це сила, яка діє на заряджену частинку, що рухається в електромагнітному полі. Вона складається з двох частин: сили, що діє з боку електричного поля, і сили, що діє з боку магнітного поля. Електричне поле діє на заряд вздовж силових ліній поля, а магнітне поле діє лише на рухомі заряди, перпендикулярно до напрямку руху заряду та напрямку магнітної індукції.Формула для сили Лоренца: F_L = q(E + [v x B]), де q – заряд частинки, E – напруженість електричного поля, v – швидкість частинки, B – магнітна індукція, а [v x B] – векторний добуток швидкості та магнітної індукції.

Швидше за все у формулі Лоренца об'єднані всі дії в замкнутому ланцюзі: електромагнітної індукції в модулі швидкої зміни магнітного потоку (індукції), сили струму та сили Ампера від наявності струму - магнітної індукції навколо дроту із струмом:

Е = -dB_m/dt; I = ∆q/∆t тотожній B_i=-∆E_i/∆t  бо I це B_i ; F_A = B / (IL) або F_A = I [∆L x B].

F_A = B_m / (B_iL) або F_A = B_m [∆L x B_i]

Тому вираз Сили Лоренца F_L = q(E + [v x B]) більше підходить виразу сили Ампера F_A = I[∆L x B]. Ми з'ясували, що Сила Ампера ніяк не пов'язана з електромагнітною індукцією Фарадея. На жаль, сила Лоренца скоріше бажання пояснити явище електромагнітної індукції з дії сили магнітної індукції на наявність зарядів у провіднику було невдало. Електрична індукція на провіднику – це поверховий ефект. Наявність "сонливих" електричних зарядів у провіднику які "збуджуються" в змінному магнітному полі, або  у провіднику що рухається у магнітному полі - дією сили магнітного поля, - невдало? Що є справжнім механизмом утворення електричної індукції навколо дроту в змінном магнітном поле невідомо.

Що є силова лінія ЕРС на провіднику? Вона тотожня той самой лінії електричної індукції E_i  яка має продовження від джерела накопичувача з диелектричним діполем E_D, у електричному колі, за одним винятком - джерелом є магнітна індукція B_m зовнішнього магнітного поля, яка має змінний характер до провідника:

Але якщо ми згадаємо, як працює тертя ебонітової палички по шерсті і як на паличці генерується електрична напруга, ми можемо спробувати провести аналогію. Провідник рухається в магнітному полі, а матеріал провідника має магнітну проникність. Ефект тертя дроту об лінію магнітної індукції може працювати. Але тензор сили Лоренца не має протилежності силі Ампера. ЕРС генерується у фазній обмотці навіть при холостому обертанні за відсутності сили опору магнітного тертя дроту об магнітні силові лінії. Я вважаю, що термін сила Лоренца не відноситься до силового прояву реакції якоря, яка є явищем взаємодії магнітного поля, що створюється струмом в обмотці якоря електричної машини, з основним магнітним полем машини.  Простіше кажучи, це вплив струму в обмотці якоря на магнітний потік, що генерується обмоткою збудження, який може призвести до спотворення основного магнітного поля і вплинути на роботу машини. 

Дуже суперечливо вважати силу Лоренца постійною "за константу" по відношенню до генерації ЕРС в змінному магнітному полі або коли провідник перетинає магнітне поле. Те, що ми отримуємо на дроті у вигляді ЕРС, не є самостійною складовою електричної індукції, джерелом якої є вплив магнітного поля на магнітну проникність провідника. Джерелом при умові [v x B] є "тертя" вдовж напрямку вектора магнітної індукції [B_m], або проти цього вектору.

---

Самоіндукція — явище виникнення струму електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканні електричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою: E=−L (dI/dt),  де E — електрорушийна сила, I — сила струму, L — індуктивність  (або коефіцієнт самоіндукції) - коефіцієнт пропорційності між електричним струмом I, що тече в будь-якому замкнутому контурі, і повним магнітним потоком Φ, що зветься також потокозчепленням, створюваним цим струмом через поверхню, краєм якої є цей контур.

 Як простіше, то маємо ділянку дроту на якій відбувається електромагнітна індукція (Закон Ампера) ∇×В_і = - dE_i/dt. При розриві ланцюга від джерела, магнітна індукція навколо дроту вмить починає зменшуватися, ця дія також є магнітним тертям для матеріалу повідника з магнітною проникністю. Швидкість з якою зменшується В_і висока, тож маємо зворотний ефект ЕРС на Закон Ампера ∇×Ei=- dBi/dt. Якщо дріт має побудову в котушку, то магнітний контур ще має тороїдальну конструкцію, що посилює значення магнітної індукції В_і, яка взаємодіє з провідником. Якщо котушка має залізний сердечник то додатково індукується ще холодне магнітне поле ∇×B_m=µВ_і. Вираз самоіндукції, при збудженні холодноої манітної індукції в осерді та горячої магнітної індукції у дротах котушки буде мати вигляд:

∇×E_i = - d(В_і+B_m)/dt

Згадаємо експерімент Майкла Фарадея, який експериментував зі схемами та магнітними котушками ще в далеких часах 1830-ті рр. Його експериментальна установка, яка привела до закону Фардея, показана на малюнку:

Сам експеримент дещо простий. Коли акумулятор від'єднаний, У нас по дроту не протікає електричний струм. Отже, магнітного немає потік, індукований у залізі (магнітному сердечнику). Залізо – це як шосе для Магнітні поля - вони дуже легко протікають через магнітний матеріал. Отже, мета серцевини полягає в тому, щоб створити шлях для протікання магнітного потоку.
Коли вимикач замкнутий, електричний струм буде протікати всередині дроту кріпиться до акумулятора. Коли цей струм протікає, він має пов'язану магнітну поле (або магнітний потік) з ним. Коли дріт обмотується навколо лівої сторони магнітний сердечник (як показано на малюнку), індукується магнітне поле (магнітний потік) в межах ядра. Цей потік рухається навколо ядра. Так магнітний потік вироблена дротяною котушкою зліва існує в дротовій котушці справа, який підключається до амперметра.
Тепер відбувається кумедна річ, яку зауважив Фарадей. Коли він закрив вимикач, Тоді струм почав би протікати, і амперметр підскочив би в одну сторону (скажімо, вимірювання +10 Ампер з іншого боку). Але це було дуже коротко, і струм на Права котушка піде в нуль. Коли перемикач був розімкнутий, вимірюється струм стрибнуть в іншу сторону (скажімо, буде виміряно -10 Ампер), а потім Виміряний струм з правого боку знову дорівнюватиме нулю.
Фарадей зрозумів, що відбувається. Коли перемикач був змінений спочатку Від відкритого до закритого магнітного потоку всередині магнітного сердечника збільшувався від нуля до деякого максимального числа (яке було постійною величиною, в порівнянні з часом). Коли потік збільшувався, існував індукований струм на протилежному бік.
Аналогічно, коли перемикач був розімкнутий, магнітний потік в сердечнику зменшувався б від його постійного значення назад до нуля. Звідси випливає, що зменшується потік в межах Серцевина індукувала протилежний струм з правого боку.
Фарадей з'ясував, що змінюється магнітний потік в ланцюзі (або замкнутому контурі дроту) виробляла індуковану ЕРС, або напругу в ланцюзі. Він написав це так:

  [2]

У рівнянні [2] магнітний потік Ф, знаходиться магнітний потік в ланцюзі, а ЕРС - це електрорушійна сила, яка в основному є джерело напруги. Тоді рівняння [2] говорить, що індукована напруга в ланцюзі є протилежною часовій швидкості зміни магнітного потоку.

Запевняю вас у тому, що у цьому ексерименті Майкл Фарадей мав страву з чотирма явищами електромагнітних індукцій.

А.  При замиканні перемикача з первинною обмоткою до гальванічної батареї, виконання електромагнітної індукції у закрученому колі:

∇×В_i = - dE_i / dt (Рівня Максвелла за законом Ампера: ∇×H = J + dD/dt)

В.  Індукція магнітного потоку в кільцевому залізному осерді:

∇×B_m=µВ_і

С.  При вимиканні перемикача з первинною обмоткою, виконання явища самоідукції у первинній та вторинній обмотках

∇×E_i = - d(В_i+B_m)/dt

D.  Виконання явища взаємної міждротяної індукції (взаємоіндукції). Це питання розглянемо окремо, бо причинне тлумачення фізики невірне:

Взаємоіндукція (взаємна індукція) — явище виникнення ЕРС індукції в одному контурі за зміни сили струму в другому контурі і навпаки. Взаємоіндукція — окремий випадок електромагнітної індукції.
При зміні сили струму в першому контурі, у другому виникає ЕРС:

E₂=-dΨ₁/dt =-L (dI₁/dt)
де E2— електрорушійна сила в другому контурі; Ψ — потокозчеплення першого контуру; I — сила струму в першому контурі; L — взаємна індуктивність контурів.

Розглянемо цю електромагнітну індукцію - взаємоіндукцію окремо далі в площині експеримента Фарадея. Я вже досліджував взаємну індукцію та самоіндукцію у площині роботи трансформатора:  Transformer.

Добре, маємо з'ясувати, що відбувається в електромагнітному приладі, якій в електротехніці має назву електричній трансформатор.  Що ми знаємо  .

В електротехніці трансформатор (EN) - це пасивний компонент, який передає електричну енергію з одного електричного кола в інший ланцюг або кілька ланцюгів. Змінний струм у будь-якій котушці трансформатора створює змінний магнітний потік у сердечнику трансформатора, який індукує змінну електрорушійну силу (ЕРС) на будь-які інші котушки, намотані на той самий сердечник. Електрична енергія може передаватися між окремими котушками без металевого (провідного) з'єднання між двома ланцюгами. Закон індукції Фарадея, відкритий в 1831 році, описує ефект індукованої напруги в будь-якій котушці через зміну магнітного потоку, оточеного котушкою.

або

Трансформатор (UA) (від лат. transformo — перетворювати) — пристрій для перетворення параметрів (амплітуд і фаз) напруги і струмів
Трансформатор — статичний електромагнітний пристрій, що має дві або більше індуктивне зв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або кількох систем (напруги) змінного струму в одну або декілька інших систем (напруги) змінного струму без зміни частоти системи (напруги) змінного струму.

Освіта та науковці стверджують що в цьому приладі виконується алгоритм електромагнітної індукції Фарадея. Тобто причиною ЕРС вторинної обмотки є магнітне поле яке створюється первинною обмоткою. При чому праця приладу краще з залізним осердям ніж без осердя. Я не погоджуюсь з твердженням що за цім принципом дії працюють трансформатори з двома обмотками. Перше всі трансформатори це прилади які змінюють вихідну напругу, та розраховуються за принципом вольт-витків. З цього моменту, як що розрахувати два прилади с осердям та без нього, на підставі явища ЕРС Фарадея, то в приладі без осердя нам не вистачить магнітної індукції для отримання відповідного значення ЕРС у вторинної обмотці приладу.
 

Приклад: маємо дві котушки соленоїдного типу. Припустимо в нас намотана дів котушки одна на одну. Довжина намотки 3 см (0,03 м). Припустимо що наш пристрій працює на частоті перемикань f-1000 Гц. Первинна зовнішня намотка 60 витків, внутрішня вторинна намотка 20 витків. Напруга первинної намотки 12В, а очікуємо зниження напруги до 4В   [60/20=3;  12/4 =3].

Робимо розрахунки:
Внутрішня порожнина первинної намотки де розміщується вторинна намотка складає циліндр діаметром 2 см (0,02 м) та висотою  3 см (0,03 м), з поперечним перетином:  

S = πr² = π * 0.02² = 0.0004 * π ≈ 0.001256 м² 
 

Магнітну індукцію розрахуємо за відповідною формулою:  B = μ₀ (N/l)I = μ₀nI; де N – число витків у соленоїді, l – довжина намотування соленоїда, n – число витків на одиницю довжини, I – сила струму у соленоїді, μ₀ – магнітна постійна (4π·10⁻⁷ Гн/м).  Розрахуємо: n = 60/0.03 = 2000

B= μ₀nI  =  (4π·10⁻⁷ Гн/м) * 2000 * 1А = 0,002512 Тесла

Формула за якою будемо розраховувати ЕРС вторинної обмотки має назву трансформаторна ЕРС:

Е = 2πNΦf/√2 = 4,44NΦf  

Нам потрібно обчислити величину магнітного потоку Φ = BS (Вебера), додати його в формулу і обчислити: 

E₂ = 4,44NBSf = 4,44 * 20 * 0,002512 Тесла * 0,001256 м2 * 1000 Гц = 0,2801 В

Як бачите, розрахунок показує, що це неможливо, але все ж пристрої працюють і досить успішно, наприклад, бездротова зарядка акумулятора смартфона. 

 Далі продовжуємо досліджувати трансформатор та явище взаємної індукції. Формулу трансформаторної ЕРС зв’язують з явищем електромагнітної індукції, коли різниця електричних потенціалів вторинної обмотки з’являється при зміні магнітного поля (потоку) в осерді сердечника та порівнюють з дією у електромагнітного генератору, приклад:

Але з попереднього розрахунку ми побачили, що це не відповідає дійсності в приладі без осердя. Я  провів розрахунки з осердям, де також, результат розрахунку не відповідає твердженням у підручниках з фізики [Трансформатор]. Трансформатори як прилади розраховуються та працюють в електротехніці, інших суміжних технологіях. Раніше я вже зазначив, що базовий розрахунок відпрацьовують на пропорції вольт-витків коефіцієнта трансформації.

Коефіцієнт трансформації. Формула

Коефіцієнт трансформації трансформатора - це величина, що виражає перетворювальну характеристику трансформатора відносно якого-небудь параметра електричного кола (напруги, струму, опору тощо).
Для трансформаторів з паралельним підключенням первинної обмотки до джерела енергії цікавить, як правило, масштабування відносно напруги, а отже, коефіцієнт трансформації n виражає відношення первинної (вхідної) та вторинної (вихідної) напруг:

n = U₁/U₂ = (E*W₁+I₁R₁)/ (E*W₂+I₂R₂)

де: U1, U2 - вхідна і вихідна напруги відповідно; E - ЕРС (витка) наведена в кожному витку будь-якої обмотки даного трансформатора; W1, W2 - число витків первинної і вторинної обмоток; I1, I2 - струми в первинному та вторинному колах трансформатора; R1, R2 - активні опори обмоток.

Якщо знехтувати падіннями напруг в обмотках, тобто , вважати рівними нулю, то  n = U₁/U₂ = W₁/W₂. Такі трансформатори ще називають трансформаторами напруги.

Для трансформаторів із послідовним під'єднанням первинної обмотки до джерела енергії обчислюють масштабування відносно сили струму, тобто коефіцієнт трансформації n виражає відношення первинного (вхідного) і вторинного (вихідного) струмів:

n = I₁/I₂

Крім того ці струми пов'язані ще однією залежністю  I₁*W₁ = I₂*W₂+I₀, де I1, I2 - струми в первинному і вторинному колах трансформатора; W1, W2 - число витків первинної і вторинної обмоток;  I₀- струм «холостого ходу», що складається з струму намагнічування і активних втрат у магнітопроводі.
 

Як на справді працює явище між дротової взаємної індукції? При дослідженні закономірностей явища, були встановлені / підтвердженні цікаві порівняння залежності коефіцієнта трансформації, відношення первинної та вторинної обмоток на підставі вольт-витків. Але розглянемо дію взаємної індукції на підставі силових ліній електромагнітної індукції у дроті. Малюнок взаємної індукції двох дротів які намотані біфілярним методом. Кількість витків первинної обмотки дорівнює кількісті вторинної обмотки, тому доцільно рахувати як один віток.   

Маємо два окремих ланцюга: перший в первинною обмоткою W1 яка під’єднана до джерела змінної напруги /струму AC; другий з вторинною обмоткою W2 під’єднаний до навантаження R_LOAD.Ці ланцюги з’єднані через дроті у біфілярному намотуванні. Великою крапкою, позначені початки намоток. Ні якого залізного осердя не маємо. Якщо первинна обмотка W1 має діюче джерело АС змінної напруги U1, то з урахуванням опору R1 обмотки W1, у ланцюгу буде відбуватися формування струму за законом Ома I1 = U1/R1, точніше  явище електромагнітної індукції за законом Ампера-Максвелла який я зазначив як пряма індукція перетворення електричної індукції ЕРС (навколо дроту зі струмом І) в магнітну індукцію Ві навколо дроту ланцюга та первинної обмотки W1.

[∇×H = J + dD/dt]   =   [∇×Вi = - dEi / dt]

Як це виглядає при змінної напрузі /струму якщо живлення обмотки W1 здійснюється від розетки АС з фазою (+/-) та (НУЛЬ):

Уздовж провідника з котушками формується низхідне поле електричної індукції ЕРС [E_i]. Навколо провідника за правилом Ленца формується магнітна індукція [B_i]. Провідник вторинної обмотки W1 (паралельне намотування біфіляра) підпадає під дію ємнісного зв'язку ЕРС [E_i] первинної обмотки. На виходах вторинної обмотки формується напруга згідно з коефіцієнтом трансформації n=U1/U2=W1/W2. Як це відбувається? Очевидно, що вихрове середовище електричної індукції [E_i] впливає на вторинний провідник. Логіка зобов'язує до цього і будь-який експеримент вкаже, що "+" входу на початку обмотки W1, буде "+" виходу на початку обмотки W2. Якщо подивитися на наступний малюнок, то я зазначив що навантаження з джерелом має прямий зв'язок за електричною індукцією [E_i]. Обмотки трансформатора тільки змінюють напругу через ємкісний зв’язок вольт-витків. Але струм (магнітна індукція) іде через збудження магнітної індукції у вторинної обмотки при умові її замкнутому стані на навантаження. Все відбувається як раз за принципом магнітної індукції. На малюнку я цей момент зазначив умовним малюнком збуджуючого магніту W1, та магніта якій збуджується W2. Але магнітна індукція не передається в трансформаторному вузлу обмоток W1/W2. Ви здивовані? Працює загальне коло від джерела АС до навандаження R_LOAD. Все як ми розглядали простішому замкненому ланцюгу. Передається до навантаження перетворена за напругою електрична індукція ЕРС [Е_і]. Але для стуму І магнітної індукції [В_і] є два кола, які як два брата -акробата зчіплюються. Містом де вони зчіплюються є між дротовий зв'язок між обмотками W1/W2.   

Якщо трансформатор має залізне осердя, то все що зв’язано з його магнітною системою розраховується або для первинної обмотки або вторинної, бо в осерді магнітне поле буде відповідати ампер виткам первинної або вторинної обмток. При вмиканні обох обмоток у ланцюг, струм (магнітну індукцію) вторинної обмотки залізне осердя не бачить, але добре бачить струм (магнітну індукцію) первинної обмотки. Якщо вторинну обмотку розімкнути від ланцюга то первинна працює як звичайний електромагніт або дросель, якій має параметр індуктивності. Якщо працюють обмотки на повну потужність потокозчеплення обмоток трансформатора немає ні якої індуктивності. Тобто твердження що трансформатор індукує ЕРС у вторинної обмотці за рахунок зміни магнітного поля у осерді або первинної обмотці помилкове. Ця помилка вже має дуже велике коріння в освіті.

Які ми можемо зробити висновки? Перше, первина дія між дротової взаємоіндукції це «ємкісній електричній зв’язок» будемо його так називати. Дія відрізняється від електростатичної індукції у провідниках  «Перерозподіл зарядів у добре провідних металах при дії зовнішнього електричного поля відбувається доти, поки заряди всередині тіла практично повністю не компенсують зовнішнє електричне поле.». Скоріш за все, в даному явищі має дія системи вихрової передачі електричної індукції ЕРС між дротами при відповідних умовах фокусу де центром є дріт. Дія падіння ЕРС (електричної індукції Еі) джерела та появи струму І (магнітної індукції Ві) відбувається у загальному електричному колі, де трансформатор є перетворювачем рівня напруги (електричної напруженості або ЕРС) на ділянці дроту ланцюга. Дію утворення струму на навантаженні (у ½ ланцюгу з навантаженням) можливо виразити формулою:     

 I_R = (U_W2 = k*U_W1) / R_LOAD, де k - коєфіциєнт трансформації напруги між обмотками.

В трансформаторі електричний потік індукції Ф_е  між обмотками, має єдину складову: Ф_е = W1 = W2, не два окремих явища, а одне поле, яке трансформується за напругою. Магнітні потоки в двох колах ланцюга з обмотками W1/ W2, можливо виразити в Ампер-витках (A-w) Магнітно Рушійної Сили [МРС] рівні між собою:  A-w(W1) = A-w(W2). Ці магнітні потоки протилежні, але магнітний потік вторинного ланцюга не утворює протидію магнітному потоку у осерді, яке утворюється дією магнітної індукції первинної обмотки W1. Фактично, магнітне потокозчеплення між обмотками замикає вторинний ланцюг з первинним ланцюгом, утворюючизагальне потокозчеплення для виконання явища електромагнітної індукції між джерелом і навантаженням. Це свідчить про те, що він не є самостійним, як це має бути при явищі EМІ. Крім того самі обмотки між собою мають явище відштовхування, що свідчіть про протилежний спін магнітної індукції на дротах обмоток.

Повертаємось до експерименту Майкла Фарадея з котушкою на залізному кільці.    

Як що ми порівняємо осердя котушки Майкла Фарадея (1831), та осердя магнітного сховища Лідскалніна (1945), то побачимо що магнітно провідне залізне осердя має замикання по колу. Котушка збудження, зі струмом [J] в обох випадках формує магнітну індукцію [Bі] навколо дроту витка, з подальшим збудженням магнітної індукції в осерді [Bm].  Особливістю цієї дії є те, що напрямок вектору [Bі] та [Bm] мають однакові напрямки.       

Це повністю співпадає зі структурою Анаполя (тороїдний диполь) або явище вектору анапольного моменту. Зміна анапольного моменту з часом призводить у загальному випадку до випромінювання електромагнітної хвилі системою Анаполя (тороїдного диполя). Як це відбувається, та що маємо за структуру яку фізика іменує «електромагнітна хвиля». Розглянемо цю дію в алгоритмі модуля самоіндукції для індукційної котушки Фарадея, ні краще для Котушки та осердя магнітного сховища Лідскалніна. При примусовому від’єднанні керна осердя (розмиканні магнітного кола) в якому створено явище Анаполя, на кінцях обмотки буде індукувати короткочасній імпульс  ЕРС. На малюнку далі я вказав Анаполь та дріт якій проходить у фокусі замкнутої магнітної лінії залізного осердя (А, B). 

Малюнок B), розкриває механізм збудження магнітного поля у осерді [Bm], через збудження магнітної індукції навколо дроту якій прокладений скрізь фокус залізного кільцевого осердя. Малюнок А) це проекція осердя с дротом якщо дивитися у центр фокусу осердя як вказано на малюнку B). Треба звернути увагу на направлення у ланцюгу струму I та D = Ei[Bat]. Силова лінія Ei має відповідний спин навколо дроту та напрямок між електродами електричного джерела. При тому в фокусі осердя дріт є навантаженням, тому Силова Лінія Ei[Bat].є та яка перетворюється у силову лінію магнітної індукції [Bi]. Далі вже утворюється магнітна індукція [Bm] у осерді. Математичний вираз нам відомий, ми вже розібрали що це явіще електромагнітної індукції:

Bm = µBi (Bm = µµ₀H), або ∇×Bi = - dEi/dt (∇×H = J + dD/dt).

Напрямки Ei[Bat] а струму I у джерелі мають протилежний напрямок. Звернемо на це увагу

Далі ми розмикаємо ланцюг живлення, та відбувається пряма самоіндукція. Та частина магнітної індукції [Bi] яка навколо дроту, миттєво перетворюється на ЕРС Ei з відповідним напрямком вектору, математичний вираз має вид:

∇×Ei = - dBi/dt

Загальний вектор дії буде вже протилежний від вектору збудження але спин навколо дроту не змінюється. При збудженні це був збиток, при перетворенні самоіндукції збиток має магнітна індукція [Bi], а прибуток ЕРС [Еi]. Але в нас ще є магнітна індукція [Bm] у осерді. Якщо обмотка немає замикання, то ЕРС [Еi] розсіюється, а магнітна індукція [Bm] залишається у осерді. Малюнок C). 
Якщо ми почнемо розмикати осердя в котрій є магнітна індукція [Bm] , відбувається явище зміни анапольного моменту на зменшення, то на дроті буде індукувати ЕРС [Еi], математичний вираз такій же як у самоіндукції, аде причиною вже буде зміна анапольного моменту магнітної індукції [Bm]:  ∇×Ei = - dBm/dt. Якщо обмотка під’єднана до навантаження то формула буде мати вигляд:  ∇×Ei = - d(Bm+ Bi)/dt. Також якщо у системи котушки є дві обмотки, одна розмикаєтеся а друга має з’єднання з навантаженням, то ЕРС яка утворюється в обмотці розмикання буде передавати електричну напруженість у другу обмотку. Як раз те саме що має місце у експерименті Майкла Фарадея. Я провів трохи інший експеримент, в мене не було явища взаємної індукції між обмотками при збудженні, але утворення ЕРС у первинної з передачею у вторинну, відбувалося дуже яскраво.

 

Ми підходимо до ще одного явища електромагнітної індукції, яка є основною при генерації на всіх електростанціях нашої планети де використовуються синхронні електромагнітні генератори змінного струму (альтернатори) з використанням залізного осердя. 
Візьмемо U подібне осердя магнітного сховища Лідскалніна та замість замикаючого керна, додаємо постійний магніт, якій має обертатися на змінювати замикання магнітної індукції на протилежне за принципом перемикання. Малюнок далі:

При обертанні постійних магнітив або осердя з котушками в останніх буде індукувати ЕРС на підставі зміни Анапольного моменту магнітного ланцюга осердя з котушками та осердя з постійними магнітами. Формула для розрахунку ЕРС в даному процесі як раз трансформаторної ЕРС.  При обертанні постійних магнітив або осердя з котушками в останніх буде індукувати ЕРС на підставі зміни Анапольного моменту магнітного ланцюга осердя з котушками та осердя з постійними магнітами. Формула для розрахунку ЕРС в даному процесі як раз трансформаторної ЕРС.  Але такий генератор був побудований раніше, у 1832 році. Про все це я докладно розповів у своїй публікації «Винахід електромагнітного генератора», де власне і констатував, що генератор Hippolyte Pixii (1832) і невідомого Р. М. (1832), який написав листа Фарадею з описом своєї конструкції генератора, працювали за принципом зміни Анапольного моменту, замкнутого магнітного потоку в замкнутому сердечнику. То що в даному альтернаторі виконується умова для трансформаторної ЕРС, я довів в іншому дослідженні «Hippolytus Pixia's first generator was an alternator.».  

Механічне обертання постійного магнітного ротора відносно статора з обмотками фази, або якоря с фазними обмотками відносно постійного магнітного збудження, де дріт намотаний на стрижні осердя або закладений у паз статора або якоря, є дією генерації за принципом зміни анапольного моменту. Далі слайд основних конструкторських рішень таких машин.

*

Ці дві формули абсолютно різні за принципом дії. Якщо під час руху в магнітному полі більш менш зрозуміло, але з явищем трансформаторної формули в загальній освіті матеріалів немає. Її застосовують для розрахунку ЕРС ХХ в альтернаторах із замкнутими магнітними контурами. Такі генератори встановлені на всіх електростанціях планети, де використовують приводну турбіну. Яскравим прикладом такого альтернатива є турбогенеатор.

Механічна потужність яка потрібна для обертання ротору або якоря не є енергією що перетворюється у електричну потужність (енергію). Обертання це умова для виконання зміни магнітного потоку відносно дротів індуктору (обмотки фази). Чому я так стверджую? Механічна потужність у ватах, виражаємо формулою Pk=Fv, де сила у ньютонах [Н], а швидкість [м/с] (1Вт = 1Дж*1сек). Електричну потужність у ватах, виражаємо іншою формулою W=IU, де I сила стуму у амперах [А], U напруга вольтах [V]. Мені ні хто так і не відповів як це відбувається перетворення [Fv] на [IU]. То що електромагнітний момент магнітного ротору альтернатора десь пропорційний механічному моменту привідного двигуна, зовсім не є підставою для твердження фізики у вигляді константи, що електромагнітний генератор є перетворювачем механічної енергії на електричну енергію. Електромагнітний генератор працює на явищі електромагнітної індукції де зміна магнітного поля породжує електричне. Відомо що потужність збудження турбогенератора на електростанціях має 0,5-3% від вихідної потужності генератора. Тобто пряме перетворення магнітної індукції в індукцію електрики можна виразити:  

η = W_generation / W_excitation = (100 / 3) *100% = 3333%

Ви здивовані? Але я користуюся тільки загальновідомими відомостями про розподіл потужності при роботі турбогенератора. У електротехніці є випадок, коли інженерне рішення призводило до розподілу більшої вихідної електричної потужності к механічної потужності яку прикладаємо для обертання магнітного ротора - Forgotten RLG Tewari Generator 275% efficiency!

Є рішення без фізичного обертання рухомої частини альтернатору. Такими прикладами є генератор Клементе Фигуера (1902), та Генератор Роберта Холкомба (2021). Моя публікація дослідження: Static electromagnetic generators of Clemente Figueras, Robert Holcomb, Park Jae-Sun and Shoji Haneda.  

 

---

Мене цікавить можливість гаражного майстра у створені власного генератора для отримання електрики. Один із варіантів на основі можливого рішення Клементі Фігуєра у моїй публікації: "Нерухомий Альтернатор", (Для спрощення розуміння: ми додаємо якір двигуна постійного струму до статора з обмотками генератора, тільки обертаємо не якір, а щітки на ламелях колектора. Таким чином, полюси магнітного поля якоря обертаються, а якір – ні. Електромагнітного моменту немає, але є обертове магнітне поле.) У книзі я пояснив, як працюють генератори змінного струму, чому слід уникати взаємної індукції. Навів приклади та розрахунки генераторів без рухомих частин, а також додав найпростіший варіант генератора на основі Е-осердя від трансформатора.

Серж Ракарський.

Слава Україні! Героям Слава!