Опыт иоффе и добронравова кратко

Обновлено: 02.07.2024

Вырывание электронов под действием электромагнитных волн является одним из важнейших подтверждений неизбежности корпускулярных представлений. Мы рассмотрим здесь это явление именно с этой стороны и вернемся к нему еще раз в § 274 для обсуждения действия света на металлы и полупроводники.

Так как работа выхода электрона из металла (см. стр. 665) не меньше то фотоэлектрический эффект становится возможным при для частот порядка

Эйнштейн предложил рассматривать фотоэффект как явление соударения фотона с электроном. Фотон при этом отдает всю свою энергию и прекращает существование. Есйи А есть работа выхода электрона (т. е. работа преодоления сил связи электрона с веществом), то закон сохранения энергии будет иметь вид

где кинетическая энергия выбитого из вещества электрона (фотоэлектрона).

Первая проверка справедливости фотонной гипотезы заключается в проверке линейной зависимости кинетической энергии фотоэлектрона от частоты падающего излучения.

Энергия фотоэлектронов определяется методом задерживающего потенциала. Если поверхность вещества, из которого вырываются электроны, является обкладкой конденсатора, то через цепь, в которую включен этот конденсатор, пойдет ток. Его можно прекратить, если подать на конденсатор задерживающее напряжение. Ток прекратится, когда

Следует иметь в виду, что электроны имеют тем меньшую скорость, чем с большей глубины они вырваны.

Поэтому прекращение тока наступит тогда, когда будут задержаны электроны, наиболее близкие к поверхности. Определяя на опыте для разных частот электромагнитного излучения, можно построить кривые в функции Идеальные прямые, полученные в таких опытах, показаны на рис. 186. Тангенс угла наклона прямой

равный может быть вычислен из других данных, что дает еще одну независимую проверку теории.

Описанный опыт нельзя все же считать прямым доказательством фотонной гипотезы. Возможно возражение, состоящее в том, что фотоэлектрон постепенно накапливает энергию, передаваемую ему электромагнитной волной. Это возражение снимается классическим опытом А. Ф. Иоффе и Н. И. Добронравова. Еще ранее А. Ф. Иоффе прибегнул к исследованию фотоэффекта на пылинке, взвешенной между обкладками конденсатора. Из-за неизбежного трения о воздух пылинка несет заряд, и поэтому ее тяжесть может быть уравновешена электрическим полем. При равновесии где масса и заряд пылинки. При фотоэффекте пылинка теряет электрон и, следовательно, в зависимости от знака меняет свой заряд на или Пылинка выходит при этом из равновесия и начинает движение к одной из пластин конденсатора. Чтобы уравновесить пылинку, надо изменить поле. Условия равновесия будут

Этим способом Иоффе определял заряд электрона.

Возвращаемся к опыту Иоффе и Добронравова. Они также наблюдали за поведением пылинки, взвешенной между обкладками конденсатора, но цель была теперь другая. Одной из обкладок конденсатора служил анод рентгеновской трубки. На трубку накладывалось напряжение а рентгеновские лучи создавались исключительно слабым потоком электронов, составлявшим около 1000 электронов в секунду.

Как известно, рентгеновские лучи возникают при соударении электрона с анодом. Однако, что излучается анодом: непрерывное электромагнитное поле или 1000 фотонов в секунду? Это и должна показать пылинка, находящаяся между обкладками конденсатора. Рентгеновские лучи вырывают из пылинки электрон. Но как они это делают?

Опыт Иоффе и Добронравова показал, что вырывание электрона из пылинки происходит в среднем один раз в 30 минут. Если бы рентгеновские лучи распространялись в виде непрерывного поля, то в каждое мгновение пылинка получала бы совершенно мизерную энергию, недостаточную, разумеется, для отрыва электрона. Эта энергия распределялась бы поровну между всеми электронами пылинки. Наблюдение Иоффе и Добронравова потребовало бы от волнового представления совершенно невероятного вывода: раз в 30 минут все электроны передают энергию одному и он отрывается от пылинки.

В то же время фотонная гипотеза не только объясняет явление с качественной стороны, но приводит к опытной цифре. Пылинка в описываемом опыте представляла собой висмутовый шарик радиусом см. Она находилась на расстоянии 0,02 см от анода, от которого рентгеновские лучи шли во все стороны. Вероятность

попадания фотона в пылинку равна Так как в 1 с вылетает 1000 фотонов, то в среднем в пылинку будет попадать 1 фотон в 1800 с (30 минут), что и совпадает с опытом.

Содержимое работы - 1 файл

физ.docx

Опыты Иоффе и Добронравова по элементарному фотоэффекту.

А.Ф. Иоффе (1880-1960) и Н.И. Добронравов (1891-1949) в 1925 г. экспериментально подтвердили квантовую картину фотоэффекта. Вместо видимых и ультрафиолетовых лучей они пользовались рентгеновскими лучами. В их опытах микроскопическая пылинка, заряжавшаяся и перезаряжавшаяся при освещении рентгеновскими лучами, уравновешивалась в электрическом поле конденсатора, аналогичного тому, с помощью которого Милликен определял заряд электрона. Пока заряд пылинки оставался постоянным, она неподвижно висела в электрическом поле конденсатора и наблюдалась сбоку с помощью микроскопа. Но если пылинку освещали слабым потоком рентгеновских лучей, то происходил фотоэффект. Время от времени на пылинку попадал рентгеновский квант, освобождавший электрон. Заряд пылинки менялся на заряд одного электрона, и пылинка выходила из равновесия. На опыте оказалось, что именно такой квантовой картине фотоэффекта соответствовало поведение пылинки.

На рис 14 показана схема опыта Иоффе и Добронравова. В толстой эбонитовой пластинке просверлены отверстия L и R. Через отверстие R из образовавшейся полости откачивался воздух, чтобы полость стала прозрачной для ультрафиолета. Через отверстие L, закрывавшееся кварцевым окошком, проходили ультрафиолетовые лучи, освещавшие конец алюминиевой проволочки К с диаметром 0,2 мм. Образовавшиеся фотоэлектроны ускорялись электрическим напряжением 12 000 В, приложенным между проволочкой и алюминиевой фольгой A, закрывающей полость сверху. Толщина фольги (~ 5 × 10 -3 мм) подбиралась так, что она практически не поглощала рентгеновские лучи, возбуждавшиеся в ней при торможении электронов. Освещение кончика проволочки К подбиралось настолько слабым, что число фотоэлектронов и связанных с ними рентгеновских импульсов составляло около 1000 в секунду. Алюминиевая фольга одновременно служила нижней обкладкой конденсатора. От нее на расстоянии примерно 0,02 см уравновешивалась висмутовая пылинка W (1 × 10 -5 см.).

Опыты показали, что в среднем раз в 30 минут пылинка выходила из равновесия, т. е. с такой средней частотой рентгеновские лучи вырывали из нее электрон. В течение указанного времени образовывалось около N=30×60×1000 = 1,8 × 10 6 рентгеновских импульсов. По классическим представлениям энергия каждого импульса должна распространяться во все стороны в виде сферической волны. Каждый из таких импульсов отдавал бы пылинке ничтожную часть своей энергии из-за малости телесного угла, под которым пылинка видна из ближайшего места фольги, где возбуждались рентгеновские лучи. Кроме того, эта энергия распределялась бы между множеством электронов пылинки. При таких условиях было бы совершенно невероятно, чтобы в течение 30 минут большая доля энергии электронов пылинки сосредоточилась только на одном электроне, который должен вылететь из пылинки.

Ясно, что с точки зрения классической волновой теории результаты опытов Иоффе и Добронравова непонятны. Напротив, в квантовой теории они вполне естественны. Следующее элементарное вычисление показывает, что квантовая интерпретация явления выдерживает и количественную проверку. Если считать, что для рентгеновского фотона все направления движения после вылета равновероятны, то вероятность попадания фотона в пылинку будет равна Ω / 4 , где Ω— телесный угол, под которым пылинка видна из точки, откуда исходят рентгеновские лучи. Если ежесекундно источник испускает в среднем n фотонов, то за время t он испустит N = nt фотонов. Из них на пылинку попадет в среднем NΩ / 4 = nt Ω / 4 фотонов. Среднее время t в течение которого на пылинку попадает один фотон, определится из условия nt Ω / 4 = 1, откуда

В опытах Иоффе и Добронравова было n = 1000 с -1 , Ω = ( /4) × (6×10 -5 /0,02) 2 , если пылинку считать шариком. Подстановка этих значений в предыдущее выражение дает t ≈ 1800 с = 30 мин, что согласуется со временем, наблюдавшимся в опытах Иоффе и Добронравова.

2. По классическим представлениям лучистая энергия распространяется от источника в разные стороны одновременно. Но это не так, если распространение происходит квантами. Отдельные кванты испускаются независимо друг от друга. Этот эффект, если он действительно существует, должен быть выражен тем отчетливее, чем крупнее кванты. Для его обнаружения на опыте Боте (1891—1957) в 1924 г. пользовался рентгеновскими лучами. В опытах Боте кванты излучения обнаруживались счетчиками Гейгера (1882-1945).

Счетчик Гейгера представляет собой маленький цилиндрический конденсатор А, наполненный газом под давлением в несколько мм рт. ст. (рис. 15).

Внутренней обкладкой конденсатора служит тонкая металлическая нить, натянутая вдоль оси цилиндрика, или тщательно заточенное металлическое острие, укрепленное внутри цилиндрика на изоляторе. Внутренняя и наружная обкладки конденсатора соединены через, батарею В и очень большое сопротивление R, нижний конец которого заземлен. Таким образом, между обкладками конденсатора поддерживается разность потенциалов около 1000 В. Вблизи нити или острия создается сильное резко неоднородное электрическое поле. Если в счетчик попадает какая-либо частица (в том числе и фотон), то она ионизует молекулы газа. Образовавшиеся электроны и ионы ускоряются этим полем и при столкновениях с молекулами газа сами ионизуют их. Новые ионы и электроны также ускоряются, и т.д. Возникает электронно-ионная лавина, через счетчик проходит импульс электрического тока заметной силы. Из-за этого приложенное напряжение перераспределяется. Основная часть напряжения будет приходиться на сопротивление R, а напряжение на конденсаторе счетчика упадет почти до нуля. Ток через счетчик прекратится, напряжение на конденсаторе возрастет, счетчик вернется в рабочее состояние. Импульс электрического тока, прошедший через счетчик, можно обнаружить чувствительным электрометром Е, присоединенным к внутренней обкладке конденсатора счетчика. По этим импульсам можно регистрировать (считать) каждую отдельную частицу, вызвавшую первичную ионизацию газа, если только время зажигания разряда меньше времени между попаданиями в счетчик двух последовательных частиц. Современные счётчики снабжены автоматически действующими устройствами, производящими такую регистрацию. Счётчик Гейгера сыграл и продолжает играть большую роль при изучении ядерной физики, космических лучей, элемнтарных частиц и пр.

В опыте Боте применялись два быстродействующих счетчика С₁и С₂ (рис. 16), регистрировавших прохождение каждого рентгеновского кванта. Симметрично между счетчиками помещалась тонкая железная или медная фольга А. Фольга освещалась сбоку рентгеновскими лучами R достаточной жесткости и благодаря этому сама становилась источником характеристического рентгеновского излучения (рентгеновская флуоресценция). Попадание рентгеновского кванта в один из счетчиков вызывало немедленное (менее чем через 0,001 с) вздрагивание нити электрометра. Такие вздрагивания регистрировались автоматически на движущейся ленте. Если бы из источника А во все стороны распространялись волны, как того требует классическая теория, то срабатывания счетчиков происходили бы одновременно и согласованно (с малыми случайными вариациями). Если же источник А испускал бы рентгеновские кванты вправо и влево беспорядочно и независимо, то срабатывания счетчиков были бы также беспорядочными во времени и независимыми. Опыт показал, что все происходит так, как если бы рентгеновское излучение флуоресценции распространялось в виде квантов, случайно направленных то к правому, то к левому счетчику. Так и должно быть по квантовым представлениям.

3. В обоих описанных опытах, по существу, изучались флуктуационные явления в слабых потоках рентгеновского излучения. Наблюдать, аналогичные явления с видимым светом затруднительно из-за малой величины световых квантов в этой области спектра. Чувствительность существующих объективных методов регистрации еще недостаточна, чтобы регистрировать отдельные кванты видимого света. Наблюдения слабых световых потоков проводил С. И. Вавилов. Он воспользовался тем, что периферические участки сетчатки человеческого глаза (палочки), достаточно долго пробывшего в темноте, обладают необходимой чувствительностью к слабому свету, с которым приходилось иметь дело на опыте. Вавилов воспользовался также существованием порога зрительного ощущения. Если число квантов, попадающих при кратковременной вспышке на периферический участок сетчатки, превышает некоторую минимальную величинуn₀, то глаз видит вспышку. Если же оно меньше n₀, то вспышка не видна совсем. По оценке Вавилова n₀ составляет всего несколько десятков и, возможно, даже несколько квантов. Существование порога зрительного ощущения систематически использовалось Вавиловым при изучении люминесценции и вместе с Черенковым при открытии явления, носящего их имя. Используя указанные свойства глаза, Вавилов разработал чувствительный метод визуальных наблюдений флуктуации интенсивности видимого света в слабых световых потоках. В результате многолетних экспериментальных исследований таких флуктуаций Вавилов пришел к заключению, что они происходят аналогично флуктуациям числа молекул газа, т. е. так, как если бы свет состоял из конечных порций или квантов.

Одну из элементарных частиц, способную переносить энергию, называют электроном. Делимость его электрического заряда достигает определённой величины, значение которой соответствует носителю. Это число, равное 6,02 ∗ 10 −19 Кл, было получено эмпирическим путём после многочисленных экспериментов учёных. Значение меньше неизвестно, а все остальные заряды, открытые во время экспериментов, оказались кратны ему.

Общие сведения

С его помощью физические тела могут действовать друг на друга, при этом сила этого взаимодействия будет в 10 42 раз сильнее притяжения Земли. Во время опытов физики и философы могли наблюдать, что влияние было двух видов:

Это позволило предположить, что заряд обладает знаком. Причём тела с одинаковым зарядом отталкиваются, а с разным притягиваются. Например, эбонитовая палочка (минус) со стеклянной (плюс) будут стремиться соединиться друг с другом.

Таким образом, было установлено, что электрический заряд — фундаментальное свойство природы, присутствие которого у предмета вызывает электрическое взаимодействие с другими электризованными телами.

В XIX веке, когда наиболее интенсивно изучалось электричество, единого мнения о механизме влияния зарядов не существовало. Было 2 теории: дальнодействия и близкодействия. Первая оказалась ошибочная. Экспериментально было подтверждено, что любой заряд распространяет силу — электрическое поле. Её значение хоть и большое, но всегда конечное. Основная же идея была предложена Фарадеем. Согласно ему, любой из зарядов является источником материи. Электрическая сила определяется характеристиками поля там, где находится заряд.

Строение твёрдого тела было открыто Резерфордом. Кратко оно заключается в следующем: ключевым элементом тела является атом. Вокруг него находятся заряды. Притяжение их к центру отсутствует, так как частицы вращаются на орбиталях. Они могут быть положительными, отрицательными, нейтральными. Эти микрочастицы и являются носителями зарядов, то есть сама по себе энергия существовать не может.

Так, электрон имеет заряд отрицательного знака, а протоны — положительного. Чтобы можно было охарактеризовать количественно величину энергии, вели обозначение q. В качестве единиц измерения выбрали Кулон, в честь имени французского физика.

Опыт Милликена и Иоффе

Теоретические предположения о существовании элементарного заряда долго не могли подтвердить экспериментально. Этой темой занимались одновременно и независимо друг от друга 2 учёных. Определение, какой заряд имеет электрон, происходило в период 1909 — 1911 гг. Именно в это время обобщались теоретические догадки, связанные с электричеством.

Российский физик Абрам Фёдорович Иоффе взял 2 металлические пластины. В верхней им было сделано отверстие. Через него в пространство, ограниченное металлом, физик запускал пылинки цинка. С помощью источников напряжения пластины (плоский конденсатор) получали заряд. Верхняя содержала положительные носители, а нижняя отрицательные. Иоффе рассуждал, что в том случае, когда пылинка не несёт заряд, она просто падает под действие силы тяжести, но при этом её движению препятствует сила сопротивления воздуха. Если же пылинку зарядить, она вступит во взаимодействие с пластинами.

Физик начал создавать электрическое поле, причём для зарядки пылинок использовал ультрафиолетовое излучение (УФ). В то время для её генерации применяли электрическую дугу. Оказалось, что под действием УФ из цинка вылетали электроны. Так как выбивался отрицательный заряд, пылинка становилась положительной, а скорость её падения увеличивалась или уменьшалась. Иоффе смог наблюдать это явление, меняя полярность и определённые величины электрического поля.

Учёный, используя микроскоп, смог определить, что заряд изменялся на строго определённое значение — абсолютное. При этом он смог выявить кратность изменения элементарного заряда, но его величину рассчитать физику не удалось. Связано это было с тем, что частицы цинка имели неправильную форму, а значит, силу сопротивления воздуха найти было невозможно.

В 1910 году исследователь из Америки Роберт Милликен опубликовал итоги своего опыта. Он поставил очень похожий эксперимент.

Главным отличием было, что вместо цинка американец использовал мельчайшие капли масла. Из-за того, что для круглого тела, падающего в воздухе, достаточно просто можно вычислить сопротивление, ему удалось подсчитать минимально возможный заряд.

Измеряя скорость капли и зная её диаметр, Милликен определил сопротивление воздуха, а по плотности масла смог вычислить силу тяжести. Взяв во внимание характеристики электрического поля, Роберт нашёл величину заряда. Она оказалась равной 1,6 * 10 -19 Кл. Называться эта константа стала элементарной.

Делимость заряда

Если атом в целом электрически нейтрален, это означает, что положительная частица внутри обязательно будет равна целому числу элементарных носителей. Другими словами, электрический заряд можно делить на число кратное 1,6 * 10 -19 кулон.

Установленный закон очень важен, так как с его помощью стало возможным определить удельное значение минимальной частицы. Её изучают при исследовании движения носителей в электромагнитном поле. По сути, это понятие пропорционально заряду электрона и обратно пропорционально его массе. Для элементарного электрона удельная величина составляет: e / m = 1,76 * 10 11 Кл / кг.

Это очень маленькое число, поэтому в повседневной жизни заметить, что энергия электричества дискретна и меняется скачкообразно, невозможно. Кажется, что заряд изменяется плавно, как можно увидеть на опыте, часто показываемом в 8 классе средней школы. Для его проведения понадобится:

электроскоп;
стеклянная палочка;
проводник.

На ровную поверхность, например, пол, нужно поставить 2 электроскопа и соединить их проводником. Стрелки приборов будут показывать 0. Это значит, что никакой заряженности нет. Теперь наэлектризованную стеклянную палочку следует просто поднести к одному из приборов. Обе стрелки отклонятся. Если проводник резко забрать, можно увидеть, что указатели практически не изменят положение.

Такое поведение говорит, что если палочку зарядить, через проводник с одного прибора электроны перейдут на другое устройство, к которому поднесено заряженное тело. Причём суммарное значение энергии не изменится и будет равняться 0. Значит, один электрометр будет заряжен положительно, а другой отрицательно. Это предположение легко подтвердить, если снова замкнуть приборы. Их стрелки укажут на 0, так как произойдёт снова деление зарядов.

Открытие дискретности повлияло на создание полупроводниковой теории. Учёные смогли понять закономерности p-n переходов, определить уровни барьеров, изучить увеличение энергии основного состояния системы.

Понятие об электрон-вольте

Пусть имеется электрическое поле, силовые линии которого направлены вправо. В неё можно поместить частицу, на которую начнёт действовать сила. В зависимости от знака заряда, линии действия поля будут совпадать с ней или иметь противоположное направление. Когда частица не имеет связей, то есть свободная, она начнёт ускоряться. Иными словами, получит кинетическую энергию, которая со временем будет возрастать.

Теорема о кинетической энергии гласит, что её изменение равняется суммарной работе всех сил, действующих на тело: ΔWk = A. Поскольку действует только электрополе, воздействие будет электрическим. Значит: Δ Wk = (f1 — f2) q. Так как в начальный момент частица была неподвижна, энергия была равна 0, значит, изменение которое приобрёл носитель, является ускоренным. Её называют ускоряющей разностью потенциалов и определяют как f1 — f2.

Например, если q = 1 Кл, кинетическая энергия составит 1 джоуль. Пусть заряд будет равен значению электрона. Тогда энергия, которую приобретёт частица, будет составлять один электрон-вольт: W = 1 эВ. Таким образом, один электрон-вольт — это энергия, которую приобретает частица с элементарным зарядом, проходя ускоряющую разность потенциалов в один вольт.

Количественно это значение можно записать так: 1эВ = 1,6 * 10 -19 Кл * 1 В = 1,6 * 10 -19 Дж. Существуют и производные единицы, которыми можно характеризовать заряд:

1 кэВ = 10 3 эВ = 1,6 * 10 -16 Дж;
1 МэВ = 10 6 эВ = 1,6 * 10 -13 Дж;
1 ГэВ = 10 7 эВ = 1,6 * 10 -10 Дж;
1 ТэВ = 10 12 эВ = 1,6 * 10 -7 Дж.

Допустим, W = 7 ЕэВ, а скорость движения частицы будет 1 м/с. Это реальные цифры, которыми может обладать элементарная, разогнанная в коллайдере частица, имеющая минимальный заряд. Тогда её массу можно определить из формулы для расчёта энергии движения: W = mV 2 / 2. Отсюда, выразив искомое, можно определить её значение, подставив известные данные: m = 2 * W / V 2 = 2 * 7 * 10 12 * 1,6 * 10 -19 Дж * с 2 / 1м 2 = 22,4 * 10 -7 кг.

Получается, что электрон обладает такой же энергией, как и макроскопическое тело массой 2 мг, двигаясь со скоростью один метр в секунду. Полученные данные соответствуют весу комара. А вывод можно сделать следующий: микроскопическая частица, являющаяся составной частью ядра, может быть разогнана до такой скорости, когда энергия электрона будет соответствовать макроскопическому телу.

К ВОПРОСУ ОБ ОДНОРОДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЕЙ.

Однородное электрическое поле

Классическое определение:

Это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты (рис. 1.).

Вопрос: Являются ли силовые линии отражением действительного взаимодействия двух различных по величине электрических потенциалов, сообщенных пластинам конденсатора?

Приведем доказательства того, что этого нет на самом деле.

Простейший опыт с распылением мелких частиц между пластинами конденсатора. См. опыт Добронравова-Иоффе, Опыт Иоффе. (рис.2)

Основной вывод из этого это заключение о неоднородности такого поля вообще и о неправильности представленного выше определения в частности. Густота силовых линий является понятием виртуальным и лишена вообще какого-либо физического смысла, поскольку в действительности их нет.

На самом деле существует некий поток энергии, аналогичный фонтану воды, в котором находятся частица. И на нее действуют те же законы, что и в классической механике, по крайней мере, качественно.

А тогда есть смысл говорить об однородности потока энергии, а не поля. Где-то поток сильнее, где-то слабее. Поле вещь абстрактная, а поток энергии вещь вполне реальная.

То есть, будь то частицы вещества либо излучение, суть дела не меняется.

Разницу энергий у пластин тогда с успехом можно представить разницей ее потенциалов, а не зарядами, совершенно также как представлено это разницей давления у фонтана у начала струи и в конце. И от понятия напряженности можно отказаться. Вполне достаточно напряжения (то есть обычной разницы электрических потенциалов).

Поскольку в любом случае между пластинами присутствует вещество как среда или вакуум определенной степени разряжения (тоже среда), есть смысл говорить о сопротивлении и падении напряжения.

Представленный рис. 1, взятый из одного из учебников вообще неверен, поскольку

уже с точки зрения электрического тока силовые линии должны быть направлены в другую сторону, от минуса к плюсу, как и положено идти току. Правда обозначение плюс и минус, и направление тока, выбранные с потолка (опыты Мандельштама-Пападекси, Тоулмена-Стьюарта) логически неверно отображают направление передачи электрической энергии, хотя бы по аналогии с передачей энергии тепловой. Плюс - большой потенциал, минус – маленький и передача энергии лт большего к меньшему (2-закон термодинамики).

Далее представляется иная трактовка взаимодействия.

U 1- потенциал отрицательной пластины,

U 2- потенциал положительной пластины,

U – потенциал частицы.

U 1- U -падение напряжения (разница потенциалов) на воздушном или ином промежутке между отрицательной пластиной и частицей.

Красными треугольниками показано уменьшение взаимодействия между пластинами.

Движение частицы в таком случае означает не действие каких-то сил электростатического поля, а реальной силой электрического тока, пускай не большого, но вполне регистрируемого, компенсирующего или превосходящего действие силы гравитации.

Отсюда немаловажный вывод: электрический ток в промежутке между пластинами оказывает давление на находящееся в нем вещество, так же как оказывает давление поток энергии (в частности свет, давление света в опытах Лебедева). А также см. втягивания эффект. В общем виде можно постулировать частный закон: любое излучение оказывает давление на отражающую поверхность, в то же время две поверхности, одна из которых излучающая, а вторая поглощающая притягиваются.

Хотя от понятия поля действия сил можно и не отказываться в силу исторических сложившихся привычек.

Возникает вопрос о носителях электрического тока – электронах. Действительно ли это так на самом деле? Имеется множество оснований для того, чтобы сомневаться в этом. И соображения по этому поводу будут высказаны в другом месте.

Существует ли некое действие сил вне объема такого конденсатора, как показано на рис.1? Да существует, если конденсатор надежно не заизолирован от внешней среды или близких больших потенциалов.

В заключение об однородности.

Относительно однородным электрически следует считать поток энергии приблизительно равномерно распределенным между двумя поверхностями, все противолежащие точки которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, а пространство между ними заполнено любым однородным веществом, в той или иной мере проводящим электрический ток или вакуумом определенной степени разряжения.

Рис. 4. Примеры поверхностей, обеспечивающих однородность потока.

Краевые эффекты создаются не только электрическим потоком, но и магнитным потоком создаваемым им. По краям совместный поток особенно неоднороден в силу этой причины и другой, о которой стоит поговорить отдельно. Эта причина обусловлена более интенсивным стеканием энергии (в классической физике это стекание заряда с острия) с выступающих острых частей за счет большей площади самого острия по сравнению с ровной частью.

Неоднородное взаимодействие можно было бы сильно упрощенно представить в виде: рис. 5-1, 5-2.

5-1 5-2 5-3 5-4

Хотя и в данном случае все зависит от расстояния и совпадения площадей и форм взаимодействующих поверхностей. Чем меньше дистанция, тем более однороден поток на наименьшей площади его сечения. Аналог – фонтан. Наибольшую неоднородность имеет конфигурация рис. 5-3.

В соответствии с законом Кулона, имеющим обратную квадратичную зависимость силы от расстояния, представляется, что наилучшей формой для обеих пластин является параболоид вращения рис. 4-4, аналогично включенный рис. 4-1.

В дополнение к вышесказанному: закон Кулона справедлив только для точечных, и что главное сферических тел. Он не рассматривает взаимодействия поверхностей. Это взаимодействие подменено кучей теорем, не отражающих в полной мере его физической сущности. В настоящее время сила взаимодействия зарядов никак не связана с силой электрического тока и это главный недостаток электродинамики, который необходимо (давно пора) ликвидировать вместе с самим разделом электростатики.

Однородное магнитное поле.

Классическое определение:

Однородное магнитное поле - магнитное поле, в каждой точке которого вектор магнитной индукции сохраняет неизменными модуль и направление.

Здесь в отличие от напряженности (по аналогии с электростатикой) используется вектор магнитной индукции, хотя разницы особой нет. Принятое сегодня расположение силовых линий для постоянного магнита и соленоида показано на рис. 6

В чем недостаток такого описания. Предполагается, что магнитные стрелки закреплены на подставках, типа компаса, и не имеют возможности смещаться относительно магнита, а следовательно не показывают действия сил за счет жесткой опоры. Они лишь показывают направление, в котором могли бы двигаться. Стрелки, и не только намагниченные стрелки, но и любой ферромагнитный материал, подвешенный на подвесе притягивается к ближайшему полюсу (магнитное наклонение и склонение). С единственной разницей: заранее намагниченные материалы разворачиваются разноименным концом к ближайшему полюсу. При приблизительно равных формах и размерах два одинаковых магнита стремятся сомкнуться разноименными полюсами.

Сила электромагнитного взаимодействия в большой степени зависит от формы магнитных полей. Из опыта видно, чем больше площадь поверхности полюса магнита, тем меньше ширина зоны притяжения или отталкивания и наоборот, при приближении любого полюса другого магнита. Если любым из полюсов пробного магнита приблизиться к средней части магнита, то можно наблюдать что сила притяжения или отталкивания отсутствует вообще.

При этом естественно размер пробного магнита должен быть значительно меньше.

Рис. 7. Объемные Зоны притяжения и отталкивания для магнитов разной геометрической формы.

И тогда совершенно неверно принятое сегодня изображение магнитных силовых линий в виде, представленном на рис.6

То есть магнитные силовые линии надо изображать в соответствии с действительностью, а не умозрительно, поскольку они должны показывать реальные силы. Например, так:

Рис. 8. Сравнеие зон постоянного магнита и соленоида.

Тогда и графически понятно, почему разноименные полюса постоянных магнитов стремятся соединиться попарно при сравнительно близких формах и размерах. У соленоидов этого нет, и поэтому они стремятся развернуться и соединиться разноименными полюсами стык в стык.

Следует отметить, что у соленоида по оси наблюдается утолщение силовых линий. Достаточно провести опыт с железными опилками, чтобы заметить их уплотнение.

Классическая физика данный эффект не комментирует. Мало того умалчивает.

Она вообще не предполагает существования неоднородного вихревого осевого магнитного потока у соленоида гораздо более сильного, чем боковое действие.

Еще одно свойство магнита – сила притяжения (отталкивания) на острых, выступающих краях полюса больше, чем на плоских поверхностях. Опять опыт с опилками. Это совпадает с эффектом из электростатики.

В остальном, однородность магнитного взаимодействия разноименных полюсов практически ничем не отличается однородности взаимодействия электрического.

Относительно однородным магнитно следует считать поток энергии, приблизительно равномерно распределенный между двумя поверхностями, все противолежащие точки которых расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, а пространство между ними заполнено однородным веществом или вакуумом заданной степени разряжения, в той или иной мере проводящим магнитно.

Относительно неоднородный поток:

Может показаться, что ниже представленный пример это явно неоднородный поток:

Но данная конфигурация скорее ближе к однородной, в силу вышеприведенных соображений.

По аналогии с конденсатором наилучшие формы полюсов являются для южного полюса – вогнутый параболоид вращения, для северного полюса – выпуклый параболоид вращения.

Заключение: а в принципе не ясно кому и зачем нужно это самое неоднородное поле… оно и так практически неоднородно.

Читайте также: