Г.А. Кренев

Магнитные поля электронов.

Проанализируем классические опыты иллюстрирующие природу магнитного поля.

В классической физике принято - любой движущийся заряд порождает магнитное поле. В качестве доказательства приводиться опыт Роуланда и Эйхенвальда. Магнитное поле вращающегося заряженного металлического диска на диэлектрической оси обнаруживается с помощью магнитной стрелки.

Однако и незаряженное вращающееся железное тело тоже создает магнитное поле. Подтверждением этому служит опыт С. Дж. Барнетта, проведенный 1915 г. Он обнаружил, что если ферромагнитный железный стержень привести в быстрое вращение, то он становиться магнитом (книги Б.М. Яворского, А.А. Пинского "Основы физики", М.: Физматлит, 2000, т1, глава 42, с.527 и И.В. Савельева "Общий курс физики", М.: Наука, 1982, т.2, глава VII, с.167-168). Объяснение в книге дается следующие, исходя из условия, что электроны представляют из себя гироскопы: "При попытках вовлечь гироскоп во вращение вокруг некоторого направления ось гироскопа поворачивается так, чтобы направления собственного и принудительного вращений гироскопа совпадали. Если установить гироскоп, закрепленный на карданном подвесе, на диск центробежной машины и привести ее во вращение, то ось гироскопа установиться по вертикали, причем так, что направление вращения гироскопа совпадет с направлением вращения диска." Забегая вперед, отметим, что при этом происходит разрыв замкнутых магнитных вихревых жгутов электронов на ионах и перемыкание их в цепочки, в которых электроны, как элементарные магниты располагаются друг за другом, образуя прямые линии, параллельные оси вращения, т.е. происходит их упорядочение, что и обуславливает возникновение магнитного поля. Аналогичный опыт, но с алюминиевым полудиском описан в статье С.А. Герасимова "Релятивистское преобразование скоростей и "торсионное" магнитное поле" (журнал "Учебная физика", N2, 2016 г.) Однако, использование в этой статье релятивистского преобразования не выдерживает критики, так как скорости электронов в опыте далеки до релятивистских.

Общепринято, электроны двигающиеся в одном направлении хоть в проводнике, хоть в вакууме в результате магнитного взаимодействия должны взаимно притягиваться друг к другу. В качестве примера приводят два параллельных проводника по которым течет ток в одном направлении и которые притягиваются друг к другу. Но, если верно это утверждение, тогда два одинаковых заряда двигающиеся параллельно в одном направлении должны испытывать магнитное притяжение в не зависимости от выбранной системы отчета и среды движения. Возникает парадокс. Если выбрать систему отчета двигающейся со скоростью равной по величине и направлению скорости движения зарядов, то в ней заряды неподвижны и магнитного взаимодействия не должно быть. В любой другой системе заряды должны испытывать магнитное притяжение.

В книге Б.М. Яворского, А.А. Пинского "Основы физики" (М.: Физматлит, 2000, т1, глава 40, с.474-479) попытались объяснить этот парадокс используя теорию относительности. Абсурд. Скорость движения ("дрейфа") электронов в проводнике небольшая (даже при очень больших плотностях тока не превышает 1 мм/с), - далека от релятивистской, и к ним вполне применима классическая теория.

Другой пример. При выключении ускорителя электронов, обратного хода электронов, как при самоиндукции в проводе, не наблюдается.

Таким образом, электроны, двигающиеся в проводнике и в вакууме, - это далеко не одно и тоже. Так как при магнитном взаимодействии в проводе участвуют не один, а два заряда: неподвижные положительные ионы и двигающиеся относительно их "свободные" электроны.

Из всего этого следует, одиночный движущийся заряд не порождает магнитное поле (за исключением собственного магнитного момента), а только реагирует на него. Магнитное поле порождается при движении электронов в проводнике, как результат упорядочивания собственных магнитных моментов электронов под действием напряжения или упорядочивание электронов было зафиксировано в постоянном магните. Возможна также "передача" упорядочивания магнитомягкому материалу вихревыми магнитными жгутами постоянных магнитов или магнитным полем соленоида.

На ту же тему. В книге И.В. Савельева "Общий курс физики" (М.: Наука, 1982, т.2, глава VII, с.168):

"... совпадает со значением, полученным в опытах Эйнштейна и де Хааса и Барнетта. Отсюда следует, магнитные свойства железа обусловлены не орбитальным, а собственным магнитным моментом электронов".

Рассмотрим элементарное магнитное поле.

Элементарные частицы обладают механическим моментом (не путать со спином - квантовым числом). А еще - магнитным моментом. Противоположно направленным для электрона, так как его заряд (условно) отрицательный. Но какова природа магнитного момента? По моему предположению, исходя из того, что элементарные частицы вращаются, а физический вакуум может "деформироваться" (искривление пространства как у Эйнштейна), от "полюсов" элементарных частиц в физический вакуум, как продолжение оси вращения, "исходят" вихревые жгуты. Этим эффектом объясняется основное магнитное поле постоянных магнитов и соленоидов с сердечником из магнитомягкого материала. Чаще всего вихревые жгуты образуют замкнутые кольцевые или овальные структуры или более сложную "путанку". Кроме того, вихревые жгуты образовывают примыкающее к ним вторичное боковое магнитное поле за счет вовлечения во вращательное движение, примыкающий к этим жгутам физический вакуум. Естественно, что это боковое магнитное поле будет слабее, чем вызванное непосредственно вихревыми жгутами. Этим эффектом объясняется магнитное поле проводника с током и дополнительное (боковое) поле постоянных магнитов (см. ниже опыт 35 Г.Николаева). Вернемся к вихревым жгутам. При встречном расположении вихрей две частицы отталкиваются, при одинаковом - притягиваются. Расположенные рядом и одинаково направленные вихри стремятся объединится в один. Но в поперечном направлении, как будет показано далее, на вихревые жгуты третий закон Ньютона не действует - они не передают реакцию на источник магнитного поля.

На макроуровне по тем же принципам образуются мощные магнитные поля у нейтронных звезд.

Вихревую природу магнитного поля имеют и электромагнитные волны. Показать это можно на механических аналогах капиллярных (на основе сил поверхностного натяжения) или, что лучше, внутренних волн (волн на границе раздела двух сред, например, масла и воды). В них частицы среды при прохождении волны, вращаясь, совершают круг, т.е. имеют кинетическую вращательную природу. Это показано в рисунках книги Б.Б. Кадомцев, В.И. Рыдник. "Волны вокруг нас", М, Знание, 1981.

И в книге Л.М. Бреховский, В.В. Гончаров. ;"Введение в механику сплошных сред", М., Наука, 1982.

Одинаково направленные магнитные вихревые жгуты от каждой частицы, притягиваясь к друг другу, объединяются. Поэтому в итоге количество суммарных вихревых жгутов оказывается существенно меньше, чем порождающих их электронов. Таким образом, магнитное поле дискретно (а не однородно) и магнитные силовые линии не удобная графическая форма отображения магнитного поля, а вполне реальные суммарные вихревые жгуты.

Иллюстрации к сказанному.

"Иголки" в магнитной жидкости. Из-за объедения вихревых жгутов происходит потеря устойчивости магнитной жидкости

Если бы магнитное поле было бы однородно, то был бы "бугорок" вместо "иголок".

Справка.

Магнитная жидкость. Основа, например вода, керосин, масло и др., в основе растворены частицы магнетита (Fe₃O₄) размером 10 - 100 нанометров, которые покрыты оболочкой, как правило олеиновой кислотой, чтобы частицы не слипались. Если говорить о применениях, то их много.

О намагниченных «волокнах» говорится и в этой статье:

"Авторы говорят о том, что Северный полярный шпур, а также веерная область, которая находится на противоположенном конце видимого человеку неба, на самом деле могут быть связаны между собой. Связь поддерживается за счет специальной системы, состоящей из намагниченных "волокон". Все вместе они способны создать некую структуру огромного размера, которая будет напоминать туннель, окружающий как Солнечную систему, так и те звезды, что располагаются в непосредственной близости."

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20211019205842

Экспериментальное подтверждение.

Специалисты, работающие на Большом андронном коллайдере обнаружили принципиально новый эффект, не предсказанный существующей теорией. Они выяснили, что среди сотен частиц, рождающихся при столкновении протонов, были обнаружены пары, движения которых по неизвестной причине связаны ("спутаны") друг с другом.

Оказалось, что эти пары частиц, удаляясь друг от друга со скоростью света, остаются сориентированными по направлению своего движения вдоль одного и того же угла, как если бы частицы были ассоциированы вместе. Это свойственно и электронам.

Наличие магнитного вихревого жгута, связывающего частицы, может объяснить вышеприведенный эффект.

Примечание. Как оказалась, после поиска в интернете, изложенная выше идея не нова. В.С. Щербак в статье "Обменное взаимодействие в синхронно связанной паре релятивистских магнитных роторов" ввел понятие "магнитный вал" для элементарных частиц. Однако, В.С. Щербак по другому представляет физическую картину этого явления.

Скорость распространения магнитного вихря больше скорости света и при этом не происходит искривления физического вакуума до бесконечной энергии. И если существуют в космосе еще цивилизации, то они поддерживают связь между собой, всего скорее, не с помощью электромагнитных волн, а магнитных вихрей.

Куперовская пара электронов - представляет из себя кольцо, образованного вихревыми жгутами двух электронов.

Возможно также объедение четырех электронов - в электронный квадруплет.

Небольшое примечание. Как было показано в статье "Пятое измерение?" электроны не отталкиваются друг от друга, наоборот притягиваются друг друга. Правда это сила очень мала и проявляется при температурах близких к абсолютному нулю.

Если движущаяся заряженная элементарная частица со своим магнитным жгутом попадет внутрь поля действия параллельного "потока" вихревых жгутов, то будет двигаться по замкнутому контуру, так как она будет периодически "отбрасываться" под углом каждым попадающимся на ее пути вращающимся магнитным жгутом "потока". Частица будет двигаться по спирали, если вектор скорости ее имеет продольную составляющую. Пример, заряженные частицы в магнитном поле Земли движутся по спирали (см. учебник И.В. Савельева "Общий курс физики", М.: Наука, 1982, т.2, с.209.). Это следует из математики, но также хорошо иллюстрирует наличие вихревых жгутов.

Магнитное поле в проводнике с током. В проводнике, находящегося в магнитном поле, с движущимися электронными цепочками круговое движение электронов невозможно. Приложенное напряжение создает "напор", давление на электроны электростатическим полем, которое вызывает "размыкание" вихревых жгутов электронов на орбитах ионов и выстраивание их полюсами в одну сторону, в магнитные "цепочки", параллельные оси проводника, которые за счет вторичного бокового поля от вихревых жгутов электронов порождают магнитное поле вокруг проводника. При этом в момент включения, порождаемый в проводнике быстро двигающейся электромагнитный фронт, электромагнитная "волна" задает направление ориентации электронов. При этом направления магнитных стрелок, расположенных вокруг проводника с током в перпендикулярной плоскости будут касательны к окружностям силовых линий. Напряжение, электростатическое поле в проводнике создает смещение, "утрамбовку" электронов в одну сторону, что подобно сжатой пружины, так как ионы своим полем стремятся вернуть электроны на свои орбиты.

Эксперимент Белецкого показывает, что магнитная жидкость притягивается к проводнику с током, в котором действует наиболее сильное магнитное поле вихревых жгутов. При включении тока или надвигании второй катушки без тока внутрь катушки с током появляется "клин" магнитного поля вдоль проводника, который срывает с атомов и притягивает электроны в проводнике без тока, вызывая в нем продольное встречное движение электронов. Кроме того, во второй части опыта И. Белецкого показывается, что магнитная жидкость взбирается вверх по проводнику. Соответственно, если есть два проводника с током: первый неподвижный образует вместе с источником контур, второй подвижный горизонтальный, "лежит" одним краем в нахлестку на горизонтальном участке неподвижного проводника, а второй конец "лежит" на подходящем к нему перпендикулярно участке неподвижного проводника, то подвижный проводник будет стремиться "наползти" на горизонтальный участок неподвижного проводника, объединиться с ним в один из-за взаимного притяжения.

https://www.youtube.com/watch?v=HSSIV-H58e4

Магнитное взаимодействие проводников с током. Для более сложных случаев можно использовать новое правило. По правилу буравчика определяем положение магнитных силовых линий от каждого проводника. Определяем зоны, где силовые линии "складываются", а где "вычитаются". Проводники будут двигаться от зоны "сложения" к зоне "вычитания". То есть реализуется принцип стремления энергии к минимуму.

Известные иллюстрации. Сила отталкивания параллельных проводников по которым ток течет встречно и сила притяжения проводников по которым ток течет в одном направлении. Боковые магнитные поля вихревых жгутов электронов одного проводника взаимодействуют с электронами другого проводника. В результате с одной стороны этих электронов магнитное поле уменьшается, а с другой увеличивается, что порождает боковую результирующую силу, которая смещает электроны (эффект Холла) и связанный с ними проводник. Говоря по другому, магнитное поле проводника старается вернуться к первоначальной форме, до взаимодействия с магнитным полем другого проводника, стремиться принять форму соответствующую минимуму энергии, т.е. близкой к окружности. Если ток в проводниках течет в одном направлении, то магнитного поля между проводниками не будет, так как поля от таких проводников направлены встречно, они вытесняются наружу и охватывают оба проводника, стягивая их. При встречном течении токов, магнитные поля между проводниками направлены в одну сторону, но при этом они "деформированные", сжатые. Стремясь принять первоначальную форму магнитные поля раздвигают проводники.

Если проводники с током представляют собой параллельные отрезки конкретной длины и расположены уступом, то во взаимном притяжении появиться осевая составляющая. При течении тока в одном направлении проводники будут стремиться сблизиться в осевом направлении так, чтобы "картинка" стала симметричной, а при встречном, наоборот, будут стараться увеличить уступ.

О природе самоиндукции. Она происходит только в проводнике. Как было сказано ранее, приложенное напряжение создает "напор", давление на электроны электростатическим полем, которое вызывает "размыкание" вихревых жгутов электронов на орбитах ионов и выстраивание их полюсами в одну сторону, в магнитные "цепочки", параллельные оси проводника, которые за счет вторичного бокового поля от вихревых жгутов электронов порождают магнитное поле вокруг проводника. При этом в момент включения, порождаемый в проводнике быстро двигающейся электромагнитный фронт, электромагнитная "волна" задает направление ориентации электронов. Поскольку приложенное напряжение создает "напор", который уменьшает расстояние между электронами, порождает смещение, "утрамбовку" электронов в одну сторону и противодействует электростатическим силам ионов проводника разорвать "цепочки" и притянуть электроны назад к себе, подобно действию сжатой пружины. При снятии напряжения "цепочки" электронов растягиваются в противоположную сторону и электроны возвращаются к ионам, на которые они замыкаются, порождая обратный ток - ток самоиндукции.

Электромагнитная индукция.

Вариант 1. Если на электроны в проводнике действует "поток" магнитных вихревых жгутов от двигающегося перпендикулярно проводнику постоянного магнита или соленоида с сердечником из магнитомягкого материала, то эти жгуты будут вызывать "размыкание" вихревых жгутов электронов на орбитах ионов, выстраивание их полюсами в одну сторону и их направленное движение в проводнике за счет отбрасывания под прямым углом вихревыми жгутами. То же самое происходит при движении "потока" относительно электронов в проводнике. Отклонение замкнутого кольца, подвешенного на "коромысле", при приближении или удалении постоянного магнита или соленоида с сердечником из магнитомягкого материала, объясняется действием "потоком" вихревых жгутов, который срывает электроны с ионов, отбрасывает их под углом 90 градусов, вызывая ток и магнитное поле в кольце, который взаимодействует магнитным полем постоянного магнита.

Вариант 2. Как уже говорилось ранее (опыт Белецкого), при включении тока или надвигании второй катушки без тока внутрь катушки с током появляется "клин" магнитного поля вдоль проводника, который срывает с атомов и притягивает электроны в проводнике без тока, вызывая в нем продольное встречное движение электронов.

Вихревые жгуты имеет прямое отношение к строению атома и квантовой физике. Например, атом гелия имеет два электрона связанных одним вихревым жгутом, но поскольку они расположены на противоположных сторонах, их спины противоположно направлены. Вихревые жгуты электронов атома образуют квантовые уровни. У лития сложнее, так как третий электрон оказывает влияние на первых два, внося возмущение в их движение. Вихревые жгуты электронов опутывают ядра, образуя замкнутые структуры. Именно, связывающие магнитные жгуты образуют дополнительные силы, которые удерживают электроны в атоме. Чем больше электронов на одном уровне, тем эти силы больше. И наоборот один-два электрона на внешнем слое слабея всех удерживаются атомом. Последняя схема характерна для твердых проводников. То же самое с ковалентной связью между атомами - "общие" электроны образуют вихревые жгуты, которые "опоясывают" эти атомы и стремятся принять форму окружности. Говоря другими словами - магнитные силы обуславливают ковалентную связь. Это наглядно видно для случая проводника с током в опыте "Магнитный хранитель" Игоря Белецкого. Если замкнутые вихревые жгуты от электронов в магнитомягком железе коротки, т.е. они проходят через него без размыкания (не по воздуху), то образованные ими кольцевые структуры устойчивы и магнитное поле соответственно сохраняется после выключения источника первичного магнитного поля (проводника с током).

https://www.youtube.com/watch?v=s-5FMFzSPYU

При относительно большой длине магнита часть вихревых жгутов не замкнуты и магнитного поля на внешнем стороне магнита в середине нет, но там есть боковое вторичное магнитное поле от вихревых жгутов электронов, как от проводника с током. "Проявленная" с помощью железных опилок картинка магнитного поля постоянного магнита.

Ранее было сказано, что вихревые жгуты внешних электронов атомов в проводнике без тока "замкнуты" и не создают внешнего магнитного поля.

По представлениям официальной науки "свободные" электроны в металлах (Б.М. Яворский, А.А. Пинский "Основы физики", М.: Физматлит, 2000, т1, глава 44, с.548-555 и И.В. Савельев "Общий курс физики", М.: Наука, 1982, т.2, глава XI, с.227-233) представляют из себя идеальный "электронный газ" или, по более современным понятиям, "квантовый" вырожденный газ.

Количество "свободных" электронов в металлах: 10²²-10²³ на 1 см³.

Средняя скорость хаотического теплового движения "свободных" электронов при комнатной температуре для "идеального" газа - порядка 10⁵ м/с. И 10⁶ м/с - для "квантового" вырожденного газа.

Однако, о каком идеальном или вырожденном "квантовом" газе может идти речь, если есть "частая решетка" из ионов проводника, т.е. до начала направленного движения электронов, "свободных" электронов почти нет, так как нет силы, которая их бы "освободила". Потеря ориентации "свободных" электронов проявляется только после прохождения точки Кюри у ферромагнетиков. Иначе как объяснить, не возникновение флуктуационного магнитного поля в проводнике без тока, так как по утверждению официальной науки средняя скорость свободных электронов от нагрева 10⁶ м/с, а направленного движения в проводнике с током - всего лишь 10^-3 м/с. Да и если бы "свободные" электроны участвовали бы в хаотичном движении со скоростью 10⁶ м/с "электронного газа", постоянных магнитов не существовало бы.

В ролике на Ютубе показали, что в опыте Стюарта и Толмена, доказывающего, что есть "электронный газ", отношение заряда к массе ∣q∣/m для катодных частиц полученного Дж. Томсон, совпадает с полученным ими только для случая, когда длина провода L = 500 м и линейная скорость провода катушки во вращательном движении v₀ = 500 м/с. В остальных случаях это не так.

https://www.youtube.com/watch?v=slQayHj4mPY&feature=emb_imp_woyt

Оцифрованный кадр из ролика

Рассмотрим работу униполярного генератора на примере опытов А.Л. Роднина.

О. СЕРДЮКОВ "Туман над магнитным полем"// ж."Изобретатель и рационализатор", 1982, № 2, с. 18-19.

https://www.booksite.ru/elektr/1994/1994_7.pdf

Суть статьи:

1. При вращении медного диска относительно двух неподвижных кольцевых постоянных магнитов (медный диск между ними) микроамперметр показывает ток.

2. При вращении кольцевых постоянных магнитов относительно неподвижного медного диска микроамперметр не показывает ток.

3. При вращении скрепленных в один блок кольцевых постоянных магнитов и медного диска микроамперметр показывает ток.

Первый опыт классический, эффект Холла. Подробности даны выше (см. объяснение индукции 1).

Второй опыт объяснить легко. Вырабатываются два противоположно направленных тока, один диском, другой контактом с проводом. Разные, потому что действующие на них магнитные поля от магнита противоположно направлены. Результирующий ток от этих двух токов нулевой.

Третий опыт. Надо учесть контакт с примыкающим к нему проводом и боковое магнитное поле вихревых жгутов магнита (не путать с боковым дополнительным магнитным полем), действующее на него. Диск неподвижен относительно магнитного поля и не вырабатывает ток, но магнит движется относительно контакта с проводом, что создает ток.

Этот опыт можно повторить в варианте, когда токосъемник присоединен не к диску, а к магниту. В этом случае микроамперметр тоже показывал бы ток.

Если блок кольцевых постоянных магнитов и медного диска неподвижен, а вращается периферийный контакт с примыкающим к нему куском провода, то это будет обычный униполярный генератор. Только он работает не на центральном, торцевом магнитном поле, а на боковом от вихревых жгутов, а роль диска выполняет движущийся контакт с примыкающим к нему куском провода.

Таким образом у униполярного генератора всегда есть относительное движение магнита и проводника и поэтому идея А.Л. Роднина о том, что магнитное поле неподвижно неверна. Но есть другое, с вихревыми жгутами магнитного поля не работает третий закон Ньютона при взаимодействии их с электронами. Электроны получают дополнительную скорость под углом 90 градусов от основного движения от действия магнитных жгутов, но жгуты магнитного поля не передают отдачу (реактивную силу) на магниты. Впрочем, А.Л. Роднин сам замечает "Кстати, реактивного момента на магнитах не возникает: я устанавливал магнит между дисками, подводил к ним ток — не шевельнулся". Т.е. в униполярном двигателе, если сделать магнит способным свободно вращаться, при подключении источника тока к диску, последний будет вращаться, а магнит нет. Если бы действовал третий закон Ньютона, то магнит вращался бы в противоположную сторону от вращения диска. Магнитные жгуты можно сравнить с пузырями идущими из трубки на дне аквариума - не возможно действовать на трубку, воздействуя на пузыри. Кроме того, угловая скорость вращения вихревых жгутов не зависит от угловой скорости вращения магнита.

Аналогичный опыт делал Брюс ДеПальма на своей "N-Machine", но в его машине токосъемник ртутный и не в одном месте, а по всей окружности диска.

Линейная интерпретация униполярного двигателя - опыт Сигалова Р.Г. (книга Сигалова Р.Г., Шаповаловой Т.И., Каримова X.X., Самсонова Н.И. Новые исследования движущихся сил магнитного поля". Ташкент: ФАН, 1975 (с.98-99, 163).)

http://oil-pipeline.narod.ru/books.htm

С постоянным магнитом жестко скреплен проводник, который проходит вдоль торца одного из полюсов магнита. При пропускании тока через проводник он движется плоскопараллельно вместе с магнитом.

Собственная интерпретация опыта Сигалова Р.Г.

Неодимовый цилиндрический магнит диаметром 3 см и высотой 3 см, установлен на небольшую стеклотекстолитовую пластину, под которой находятся два цилиндрических пластмассовых катка (корпуса от авторучек). Поверхность на которой стоят катки горизонтальна и гладкая.

На два толстых провода подается напряжение 1,5 В (ток порядка 6 А) от шести больших круглых батареек (MN1300 LR 20), соединенных параллельно.

При контакте проводов, сориентированных параллельно каткам, с боковой поверхностью магнита (по диаметру) магнит на тележке начинает двигаться в одну сторону, а провода отбрасывает в другую, так как магнитные поля внутри магнита и по бокам магнита противоположны. Этот опыт подтверждает то, что с вихревыми магнитными жгутами в поперечном направлении не работает третий закон Ньютона, иначе магнит оставался бы неподвижным.

На вторую страницу

Эта статья в формате Word    https://bukren.my1.ru/Krenev/magnit.doc