Откако Ампер претпостави дека не постојат „магнетни полнежи“ и дека магнетизацијата на телата се објаснува со молекуларни кружни струи (§§ 57 и 61), поминаа речиси сто години кога, конечно, оваа претпоставка беше целосно убедливо докажана со директни експерименти. Прашањето за природата на магнетизмот беше решено со експерименти во областа на таканаречените магнето-механички феномени. Методите за извршување и пресметување на овие експерименти беа развиени врз основа на идеите за структурата на атомите развиени од Радерфорд во 1911 година и Бор во 1913 година (сепак, некои експерименти слични по концепт беа спроведени претходно, особено од Максвел, но без успех ).
Кога Радерфорд ги проучувал феномените на радиоактивност, било откриено дека електроните во атомите ротираат во затворени орбити околу позитивно наелектризираните атомски јадра; Бор покажа на теоретска анализаспектри дека само некои од овие орбити се стабилни; конечно, по ова (во 1925 година, исто така врз основа на анализа на спектрите), беше откриена ротацијата на електроните околу неговата оска, како да е аналогна на дневната ротација на Земјата; комбинацијата на овие податоци доведе до јасно разбирање на природата на амперските кружни струи. Стана очигледно дека главните елементи на магнетизмот во супстанциите се: или ротацијата на електроните околу јадрата, или ротацијата на електроните околу нивната оска, или двете од овие ротации истовремено.
Кога е поставена во 1914-1915 година. Првите успешни магнетомеханички експерименти, кои се објаснети подолу, првично претпоставуваа дека магнетните својства на супстанциите се целосно определени со орбиталното движење на електроните околу јадрата. Сепак квантитативни резултатиЕкспериментите споменати погоре покажаа дека својствата на феромагнетните и парамагнетните супстанции не се одредуваат со движењето на електроните во орбитите, туку од ротацијата на електроните околу нивната оска.
За да се разбере намерата на магнетомеханичките експерименти и правилно да се проценат заклучоците до кои доведоа овие експерименти, неопходно е да се пресмета односот на магнетниот момент на кружната струја создадена од движењето на електронот до механичкиот аголен импулс на електронот.
Големината на која било струја, како што е познато, се определува со количината на електрична енергија што минува низ пресекот по единица време; Очигледно е дека големината на струјата еквивалентна на орбиталната ротација на електронот е еднаква на производот од полнежот на електронот и бројот на вртежи по единица време, каде што е брзината на електронот и радиусот на орбитата. Посочениот производ ја изразува вредноста на еквивалентната струја во електростатички единициО. За да се добие големината на струјата во електромагнетни единици, наведениот производ мора да се подели со брзината на светлината (стр. 296); Така,
Кружна струја го произведува истото магнетно поле како магнетен лист со момент еднаков на производотструја во областа што тече околу неа [формула (17)]:
Така, гледаме дека движењето на електронот околу јадрото му дава на атомот магнетен момент еднаков на
Споредувајќи го овој магнетен момент со механичкиот аголен момент на електронот:
откриваме дека односот на магнетниот момент и механичкиот импулс не зависи ниту од брзината на електронот ниту од радиусот на орбитата
Навистина, поцелосна теорија покажува дека равенката (33) е валидна не само за кружни орбити, туку и за елиптични орбити на електронот.
Ротацијата на електронот околу неговата оска му дава одреден магнетен момент на самиот електрон. Ротацијата на електронот околу неговата оска се нарекува спин (од англискиот збор „спин“, што значи ротација околу оската). Ако претпоставиме дека електронот има сферична форма и дека полнежот на електронот е распределен со подеднаква густина по сферичната површина, тогаш пресметките покажуваат дека односот на спин магнетниот момент на електронот до механичкиот импулс на ротацијата на електронот околу неговата оска е двојно поголема од сличниот однос за орбитално движење:
Горенаведените размислувања за пропорционалноста на магнетниот момент и ротациониот моментум укажуваат на тоа дека, под одредени услови, магнетните феномени можат да бидат поврзани со жироскопски ефекти. Максвел се обиде експериментално да ја открие оваа врска помеѓу магнетните феномени и жироскопските ефекти, но само на Ајнштајн и де Хас (1915), А.Ф. Јоф и П.Л. Капица (1917) и Барнет (1914 и 1922 година). да се спроведат успешни експерименти. Ајнштајн и де Хас утврдиле дека железната прачка суспендирана во соленоид како јадро, кога се магнетизира од струја што минува низ соленоидот, добива ротациски импулс (сл. 256). За да добијат забележителен ефект, Ајнштајн и де Хас го искористија феноменот на резонанца, изведувајќи периодично менување на магнетизацијата наизменична струјасо фреквенција што се совпаѓа со фреквенцијата на природните торзиони вибрации на шипката.
Ориз. 256. Шема на експериментот на Ајнштајн и де Хас, а - огледало, О - извор на светлина.
Ефектот на Ајнштајн и де Хас е објаснет на следниов начин. Кога се магнетизираат, оските на елементарните магнети - „електронски врвови“ - се ориентирани во насока на магнетното поле; геометрискиот збир на импулсите на ротација на „електронските врвови“ станува различен од нула, и бидејќи на почетокот на експериментот ротациониот импулс на железната прачка (се смета како механички систематоми) беше еднаква на нула, тогаш според законот за зачувување на ротациониот импулс
(том I, § 38) поради магнетизацијата, шипката како целина мора да добие импулс на ротација еднаков по големина, но спротивен во насока на геометрискиот збир на ротационите импулси на „електронските врвови“.
Барнет го извршил спротивниот експеримент на Ајнштајн и де Хас, имено, Барнет предизвикал магнетизација на железна прачка, предизвикувајќи таа брзо да се ротира; магнетизацијата се случи во насока спротивна на оската на ротација. Исто како што, поради дневната ротација на Земјата, оската на жирокомпасот зазема позиција паралелна со земјината оска (том I, § 38), на ист начин, во експериментот на Барне, оските на „електронските врвови“ заземете позиција паралелна на оската на ротација на железната прачка (поради фактот што електронскиот полнеж е негативен, насоката на магнетизација ќе биде спротивна на оската на ротација на шипката).
Во експериментите на A.F. Ioffe и P.L. Kapitsa (1917), магнетизирана железна прачка суспендирана на конец беше подложена на брзо загревање над точката Кири. Во овој случај, наредениот распоред на „елементарни врвови“, чии оски, поради магнетизација, беа ориентирани по полето паралелно со оската на шипката, беше изгубено и заменет со хаотична распределба на насоката на оските, така што вкупните магнетни и механички моменти на „елементарните врвови“ се покажаа блиску до нула (сл. 257). Поради законот за зачувување на аголниот моментум, железната прачка добила ротационен импулс кога се демагнетизирала.
Ориз. 257. Дијаграм што ја објаснува идејата за експериментот Јофе-Капица. а - железната прачка е магнетизирана; б - прачката се демагнетизира со загревање над точката Кири.
Мерењата на магнетниот момент и ротациониот момент во експериментите на Ајнштајн и де Хас, во експериментите на Барнет и во експериментите на Јоф и Капица, кои постојано ги повторуваа многу научници, покажаа дека односот на овие количини се одредува со формулата (34), а не по формулата (33). Ова покажува дека главниот елемент на магнетизмот кај железото (и во феромагнетните тела воопшто) е спин-аксијалната ротација на електроните, а не орбиталното движење на електроните околу позитивните јадра на атомите.
Сепак, орбиталното движење на електроните влијае и на магнетните својства на супстанциите: магнетниот момент на атомите, јоните и молекулите е геометриски збир на спин и орбитални магнетни моменти (сепак, структурата на атомите е таква што моментите на вртење повторно играат одлучувачка улога во оваа сума).
Кога вкупниот магнетен момент на честичката е нула, супстанцијата се покажува како дијамагнетна. Формално, дијамагнетните супстанции се карактеризираат со магнетна пропустливост помала од една; затоа, негативната магнетна подложност значи дека дијамагнетните супстанции се магнетизираат во насока спротивна на јачината на магнетизирачкото поле.
Теоријата за електрони го објаснува дијамагнетизмот со влијанието на магнетното поле врз орбиталното движење на електроните околу јадрата. Ова движење на електронот, како што веќе беше објаснето, е еквивалентно на струја. Кога магнетното поле почнува да делува на атомот и неговиот интензитет се зголемува од нула до одредена вредност, „се индуцира дополнителна струја“, која, според Ленцовиот закон (§ 71), има таква насока што магнетниот момент создаден од оваа „дополнителна струја“ е секогаш насочена спротивно на онаа што се зголемила од нула на поле. Ако полето за магнетизирање е нормално на орбиталната рамнина, тогаш тоа едноставно ја менува брзината на електронот во неговата орбита, и оваа променета вредност на брзината се одржува се додека атомот е во магнетното поле; ако полето не е нормално на орбиталната рамнина, тогаш се појавува и се воспоставува прецесионално движење на орбиталната оска околу насоката на полето (слично на прецесијата на оската на врвот околу вертикалата што минува низ потпорната точка на врвот) (том I, § 38).
Пресметките водат до следната формула за магнетна подложност на дијамагнетните супстанции:
тука е полнежот и масата на електронот, бројот на електрони во атомот, бројот на атоми по единица волумен на материја, просечниот радиус на електронските орбити.
Така, дијамагнетниот ефект е заедничка сопственост на сите супстанции; сепак, овој ефект е мал, и затоа може да се забележи само ако наспроти него нема силен парамагнетски ефект.
Теоријата на парамагнетизам беше развиена од Лангевин во 1905 година и се разви врз основа на тоа модерни идеиФлек, Стонер и други (во 1927 година и следните години). Во зависност од структурата на атомот, магнетните моменти создадени од поединечни интраатомски електрони можат или да се поништат, така што атомот како целина ќе испадне дека е немагнетен (таквите супстанции покажуваат дијамагнетни својства), или како резултат на магнетниот момент на атомот се покажува како не-нула. Во овој последен случај, како што покажува квантната механика, магнетниот момент на атомот (поточно, неговата електронска обвивка) е природно изразен (том III, §§ 59, 67-70) преку еден вид „атом на магнетизам“ Според до квантна
Во механиката, овој „атом на магнетизам“ е магнетниот момент создаден со ротација на електрон околу јадрото - Боров магнетон, еднаков на
(тука е полнежот на електронот, Планкова константа, с - брзина на светлината, маса на електрони).
Секој електрон има потполно ист магнетен момент, без оглед на неговото движење околу јадрото, но поради неговата структура или, како што конвенционално велат, поради неговата ротација околу оската. Магнетниот момент на спинот е еднаков на магнетонот Бор, додека механичкиот момент на спинот [во согласност со формулите (33) и (34)] е еднаков на половина орбитален моментелектрон.
Некои атомски јадраимаат и магнетни моменти, но илјадници пати помали од магнетните моменти својствени електронски обвивкиатоми § 115). Магнетните моменти на јадрата се изразуваат преку нуклеарниот магнетон, чија вредност се определува со истата формула како вредноста на магнетонот Боров, ако во оваа формула масата на електронот се замени со масата на протонот.
Според теоријата на Лангевин, кога парамагнетната супстанција се магнетизира, молекулите се ориентирани со нивните магнетни моменти во насока далноводиполиња, но молекуларни термички
движењето до еден или друг степен ја нарушува оваа ориентација. Молекуларната слика за магнетизација на парамагнетна супстанција е слична на поларизацијата на диелектрик (§ 22), ако, се разбира, замислиме дека тврдите електрични диполи се заменуваат со елементарни магнети, а електричното поле е заменето со магнетно поле. Степенот на ориентација на елементарните магнети во насока на магнетизирачкото поле може да се процени според вредноста на просечната проекција на магнетниот момент на насоката на полето (пресметано по молекула). Со случаен распоред на оските на елементарните магнети, кога сите елементарни магнети се ориентирани во насока на полето,
Лангевин покажа дека на температура и на интензитетот на внатрешното магнетно поле наутро, слично на формулата за во § 22), односот се изразува со следнава функција:
За мали вредности, како што веќе беше споменато во § 22, горната Langevin функција (36) ја зема вредноста y, така што во овој случај
Очигледно, магнетизацијата е еднаква на производот на вредноста и бројот на молекули по единица волумен:
Така, при постојана густина на супстанцијата, магнетизацијата е обратно пропорционална на апсолутната температура. Овој факт беше емпириски утврден од Кири во 1895 година.
За повеќето парамагнетни супстанции, тој е мал во споредба со единството, затоа, со замена во формулата и замена преку, вредноста во споредба со единството може да се занемари; тогаш добиваме:
каде што ја означува специфичната магнетна подложност (т.е. подложност по единица маса). Оваа формула се нарекува Кириевиот закон. За многу парамагнети, следнава, посложена форма на Кириевиот закон [формула (31)] е попрецизна:
Вредноста за некои парамагнетни супстанции е позитивна, за други е негативна.
Кога се магнетизира, парамагнетна супстанција се вовлекува во просторот помеѓу половите на магнетот. Затоа, за време на магнетизацијата, парамагнетната супстанција може да произведе работа, додека работата мора да се потроши на демагнетизација. Во овој поглед, како што теоретски беше предвидено од Дебај, парамагнетните супстанции за време на брзата адијабатска демагнетизација треба да доживеат одредено ладење (особено во регионот на многу ниски температури, каде што магнетната подложност на парамагнетниот материјал значително се зголемува со намалувањето на температурата). Експериментите спроведени од 1933 година во голем број лаборатории ги потврдија заклучоците од теоријата и послужија како основа за развој на магнетна метода за длабоко ладење на телата. Парамагнетната супстанција се лади со конвенционални методи во магнетно поле до температурата на течниот хелиум, по што супстанцијата брзо се отстранува од магнетното поле, што предизвикува уште поголемо намалување на температурата кај оваа супстанца. Овој метод произведува температури кои се разликуваат од апсолутната нула за илјадити дел од степенот.
Карактеристична карактеристика на феромагнетните супстанции е тоа што во релативно слабите полиња тие се магнетизираат речиси до целосна заситеност. Затоа, во феромагнетите постојат некои сили кои, надминувајќи го влијанието термичко движење, придонесуваат за подредена ориентација на елементарните магнетни моменти. Претпоставката за постоење на внатрешно поле на сили што ја промовира магнетизацијата на феромагнетите првпат беше изразена од рускиот научник Б. Л. Розинг во 1892 година и поткрепена од П. Вајс во 1907 година.
Во феромагнетните супстанции, елементарните магнети се електрони кои ротираат околу нивната оска - спиновите. Во развојот на идеите на Вајс, се претпоставува дека спиновите се наоѓаат на јазлите кристална решеткаи во интеракција едни со други, тие создаваат внатрешно поле, кое во одделни мали области на феромагнетниот кристал (овие области се нарекуваат домени) ги врти сите вртења во една насока, така што секоја таква област (домен) се покажува спонтано (спонтано ) магнетизирана до сатурација. Сепак, соседните области на кристалот во отсуство на надворешно магнетно поле имаат различни насоки
магнетизација. Пресметките покажуваат дека, на пример, кај железните кристали, „спонтаната“ магнетизација може да се случи во правец на кој било раб на кубната кристална ќелија.
Слабото надворешно магнетно поле предизвикува сите вртења во доменот да се вртат во насока на тој раб на кубната ќелија што го прави најмалиот агол со насоката на полето за магнетизирање.
Ориз. 258. Ориентација на спиновите во домени при магнетизација на феромагнет.
Повеќе силно полепредизвикува нова ротација на вртењата поблиску до насоката на полето. Магнетна сатурација се постигнува кога магнетните моменти на сите спонтано магнетизирани микрокристални области се ориентирани во насока на полето. Кога се магнетизираат, не се ротираат домените, туку сите вртења во нив; сите грбови во секое микрокристално вртење во исто време, како војници во формација; оваа ротација на вртењата се јавува прво во некои домени, а потоа во други. Така, процесот на магнетизација на феромагнетната супстанција се одвива постепено (сл. 258).
Експериментално, магнетизацијата во чекор е првпат откриена од Баркхаузен (1919). Наједноставното искуствоПогоден метод за демонстрирање на овој феномен е следниот: железна прачка вметната во калем поврзан со телефон постепено се магнетизира со бавно вртење на магнет од потковица суспендиран над серпентина (сл. 259); Во исто време, во телефонот се слуша карактеристичен звук на шушкање, кој се распаѓа на одделни отчукувања доколку полето за магнетизирање се менува доволно бавно (за стотинки од етерс во секунда).
Ориз. 259. Експериментот на Бархаузен.
Се покажа дека ефектот Баркхаузен е исклучително силен при магнетизирање на тенка никелова жица, која претходно била извиткана во навива со влечење низ блок, а потоа вметната во капилар, кој насилно ја држи во исправена состојба. Наизменичната природа на магнетизацијата влијае на дијаграмот на магнетизација во форма на ситни чекори (сл. 260).
Областите на спонтана магнетизација - домени - беа експериментално откриени и проучувани од Н.С. Бидејќи домените се слични на малите магнети, полето на границата меѓу нив не е униформно.
Ориз. 260. Степена природа на кривите на магнетизација. Областите означени со кругови се прикажани на зголемена скала.
За да се откријат контурите на домени, примерок од демагнетизирана феромагнетна супстанција се става под микроскоп и површината на примерокот е обложена со течност што ја содржи најфината железна прашина суспендирана во неа. Железната прашина, која се собира во близина на границите на домените, јасно ги означува нивните контури (сл. 261),
Ориз. 261. Домени во чисто железо (а), во силициумско железо (б) и во кобалт (в).
На сликата за потеклото на феромагнетните својства објаснета погоре, еден важен дел остана нејасен некое време, имено природата на силите што го формираат внатрешното поле што предизвикува наредена ориентација на спиновите во домени. Во 1927 година, советскиот физичар Ја.
се сили на магнетна интеракција, но имаат различно потекло. Имајќи истакнато тесна пунџаод проток на електрони кои брзо се движат („бета зраци“ емитирани од радиоактивни материи), Дорфман ги принудил овие електрони да поминат низ тенок феромагнетен филм од никел; Зад филмот од никел беше поставена фотографска плоча, која овозможи, по развојот, да се одреди каде електроните се сретнаа со него, така што беше можно со голема точност да се измери аголот под кој електроните се отклонуваат при минување низ магнетизираниот никел филм (сл. 262). Пресметките покажуваат дека ако внатрешното поле во феромагнетот е од природата на обичните магнетни интеракции, тогаш трагата на електронскиот зрак би се поместила на фотографската плоча во инсталацијата Дорфман за речиси 2 cm; во реалноста поместувањето се покажа како занемарливо.
Ориз. 262. Дијаграм што ја објаснува идејата за експериментот на Дорфман.
Теоретски истражувања на проф. Френкел (1928) и подоцна Блох, Стонер и Слејтер покажаа дека наредената ориентација на спиновите во домени е предизвикана од посебен видсили, чие постоење беше откриено од квантната механика и кои се манифестираат за време на хемиската интеракција на атомите (во ковалентна врска; Том I, § 130). Овие сили, според прифатената практика квантна механикаНачинот на кој тие се пресметуваат и толкуваат се нарекува размена на сили. Пресметките покажаа дека енергијата на размена на интеракција помеѓу атомите на железо во еден кристал е стотици пати поголема од енергијата на магнетната интеракција. Ова е во согласност со мерењата што ги направи Ya. G. Dorfman во експериментите споменати погоре.
Сепак, практично најмногу важни својстваФеромагнетите се одредуваат не толку со размена на интеракција, туку главно со магнетна интеракција. Факт е дека иако постоењето на региони на „спонтана“ магнетизација (домени) во феромагнетите е предизвикано од силите на размена (наредената ориентација на вртењата одговара на минималната енергија на размена на интеракција, т.е. е најстабилна), доминантна насоките на магнетизација на домените се одредуваат со симетријата на кристалната решетка и одговараат на минималната енергија на магнетно заемно дејство. И процесот на техничка магнетизација, како што е објаснето погоре (сл. 258), се состои во превртување на сите вртења во поединечни домени, прво во насока на кристалографската оска на лесна магнетизација, што го прави најмалиот агол со насоката на полето, а потоа во вртење на вртењата во правец на полето. Енергетските трошења потребни за да се изврши такво постепено превртување на спиновите за возврат во сите
домени и нивната ротација по полето, како и голем број количини што зависат од наведените трошоци за енергија (вредности што ја одредуваат магнетизацијата, магнетострикцијата и другите феномени), најуспешно се пресметуваат со методите развиени од Н.С. Акулов (од 1928 година) и E. Kondorsky (од 1937 година).
Ориз. 263. Споредба на теоретските криви на магнетизација со експериментални податоци (тие се прикажани во кругови) за железен еднокристал.
Од Сл. 263, кој го претставуваме како еден од примерите, може да се види дека теоретските криви добиени од равенките на N. S. Akulov се во добра согласност со експерименталните податоци; дијаграмот од десната страна ја претставува магнетизацијата на железен еднокристал во насока на просторната дијагонала на кубната решетка, дијаграмот лево го претставува истото во насока на дијагоналата на лицето на коцката,
Една од главните пречки за развој на поцелосна и конзистентна теорија за електричните феномени е претерано значење дадено на сличностите помеѓу статичкиот електрицитет и електричната струја. Овој пристап доведе до погрешно верување дека и двата типа на феномени вклучуваат само еден ентитет - електричен полнеж. Истиот тип на грешка, само на поцелосен и покатегоричен начин, се манифестираше во сегашниот поглед на магнетизмот. Инсистирајќи дека електростатските и електричните појави се едноставно два аспекта на иста работа, современото научно мислење признава дека има доволно разлика меѓу нив за да се оправда посебна категорија на електростатика во теоретските аспекти на статичките феномени. Дури и ако магнетостатиката (соодветната гранка на магнетизмот) се споменува во сите современи текстови по физика, таа обично се отфрла како „стар пристап“ кој сега е надвор од мода. Со извинување најчесто се воведуваат строго статични концепти како магнетни полови.
Фрагментацијата на поединечните физички полиња на проучување на се повеќе и повеќе поделби е карактеристична карактеристика на научната активност низ нејзината историја. Во ситуацијата со магнетостатиката имаме обратен процес, случај кога голема гранка на физиката починала поради канибализам. Magnetostatics беше проголтан од поврзан, но сосема поинаков феномен - електромагнетизам. Постојат многу сличности помеѓу овие два типа на магнетни појави, како што има и помеѓу двата типа на електрична енергија. Во суштина, количините во однос на кои се изразуваат магнетостатиците се определуваат главно со електромагнетни односи. Но, ова во никој случај не го оправдува сегашното верување дека има само еден ентитет вклучен во процесот. Подредениот статус кој традиционалната физика често им го припишува на магнетните феномени е илустриран со следниов коментар на C. W. Ford:
„Според теоретските физичари, магнетизмот во нашиот свет е едноставно нуспроизвод на електричната енергија; постои само како резултат на движењето на електрично наелектризираните честички“.
Оваа изјава имплицира дека направените претпоставки се воспоставени разумни и издржливи. Меѓутоа, всушност, претпоставката дека магнетизмот постои само како резултат на движењето на наелектризираните честички се заснова на сосема безначајни претпоставки. Вистинската ситуација е попрецизно опишана со следниот цитат од учебник по физика:
„Само во изминатите триесет години се создадени модели кои комбинираат два извора на магнетизам (магнети и магнетостатици). Дури и денес, моделите се далеку од совршени, но барем ги убедија луѓето дека постои само еден извор на магнетни полиња: сите магнетни полиња произлегуваат од подвижните електрични полнежи.
Во суштина, овој пасус покажува дека во пракса идејата не е толку добро развиена, но, сепак, мнозинството гласа за неа. Тоа го истакна истакнатиот американски астроном J. N. Buckell „Честопати создаваме сериозни научни проблеми со џагор наместо со набљудување“. Некритичко прифаќање „Далеку од совршено“моделите на магнетизам се достоен пример за таква ненаучна практика.
Чудна карактеристика на сегашната ситуација е тоа што, откако дошле до заклучок дека магнетизмот е едноставно нуспроизвод на електрична енергија, една од активностите на физичарите е да бараат магнетен аналог на мобилниот електричен полнеж - електронот. Повторно, да го цитирам C.W. Ford:
„Електрична честичка создава електрично поле. Кога се движи, создава магнетно поле како секундарен ефект. За целите на симетрија, мора да има магнетни честички кои создаваат магнетни полиња чие движење создава електрични полиња на ист начин како што електричните честички што се движат создаваат магнетни полиња.
Авторот го признава тоа „И до ден-денес магнетниот монопол ги збунува сите истражувачи. Експериментаторите не успеаја да откријат никаков знак на честичката“.Оваа волја и понатаму да се следи со ревност што предизвикува такви навредливи коментари како што се:
„Изненадувачки е што недостатокот на експериментални докази за постоењето на магнетни монополи не ја намалува ревноста на трагачите“.
Поентата на Форд е: „Очигледното отсуство на постоење на монополни честички ги води современите физичари до парадокс; тие не можат да се откажат додека не најдат објаснување“.. Но, тој (ненамерно) нуди одговор и на парадоксот со кој ја заклучува дискусијата за монополската ситуација:
„Физичарите се загрижени за предизвикот на симетријата и сите познати закони - магнетна честичка сè уште не е создадена или откриена“.
Секогаш кога набљудуваните факти „ги предизвикуваат познатите закони“ и сегашното разбирање за тоа како односите на симетрија се поврзани со која било дадена ситуација, слободно може да се каже дека сегашното разбирање на симетријата и барем некои од „познатите закони“ е неточно. ВО во овој случајсекој критички пристап брзо ќе укаже не само дека голем број од претпоставките за кои се заклучува постоењето на магнетни монополи се изведени од чисти претпоставки без фактичка поткрепа, туку и дека постои одредена противречност помеѓу двете клучни претпоставки.
Како што објасни Форд, магнетниот монопол што физичарите толку желно го бараат е честичка што „создава магнетни полиња; односно магнетно полнење“. Кога би постоела таква честичка, таа, се разбира, би извршила магнетни влијанија поради нејзиниот полнеж. Но, ова директно противречи на претпоставката дека магнетизмот е „нуспроизвод на електрична енергија“. Физичарите не можат да седат на две столчиња во исто време. Ако магнетизмот е нуспроизвод на електрична енергија (односно, електрични полнежи), тогаш не може да има магнетно полнење(извор на магнетни ефекти), слично на електричен полнеж - извор на електрични ефекти. Од друга страна, ако постоела честичка со магнетно полнење (магнетен монопол), тогаш основна теоријаМагнетизмот, кој ги припишува сите магнетни ефекти на електричната енергија, е неточен.
Од одредбите на теоретскиот развој на универзумот на движење, очигледно е дека информацијата што недостасува е разбирање на физичката природа на магнетизмот. Сè додека магнетизмот се смета за нуспроизвод на електричната енергија, а електричната енергија се смета како оваа карактеристикаприродата, која не може да се објасни, ништо нема да ја насочи теоријата во правилна насока. Но, штом ќе се сфати дека магнетостатските појави се јавуваат поради магнетни полнежи, и дека таквото полнење е еден вид движење (ротациона вибрација), ситуацијата станува јасна речиси автоматски. Се разбира, постојат магнетни полнежи. Како што има електрични полнежи, кои се еднодимензионални вибрации на ротација, кои дејствуваат спротивно на еднодимензионалните ротации, исто така има и магнетни полнежи, кои се дводимензионални вибрации на ротација, кои дејствуваат спротивно на дводимензионалните ротации. Појавите кои настануваат поради обвиненијата од оваа природа се нарекуваат магнетостатици. Електромагнетизмот е уште еден дводимензионален феномен кој вклучува движење на континуирано, наместо вибрациона природа.
Дводимензионалноста е клучот за разбирање на магнетните односи. Недостатокот на свесност за основните карактеристики на магнетизмот е една од главните причини за конфузија што постои во многу области на магнетната теорија. Двете димензии на магнетното полнење и електромагнетизмот се, се разбира, скаларни димензии. Движењето на компонентите во втората димензија не може директно да се претстави во традиционалната просторна референтна рамка, но тие имаат забележливи индиректни влијанија, особено на ефективни големини. Значаен придонес за конфузијата е недостатокот на свест за вибрациската природа на електростатските и магнетостатските движења, што остро ги разликува од континуираните движења вклучени во електричната струја и електромагнетизмот. Магнетостатиката е слична на електромагнетизмот по тоа што одлучувачки фактор е серија мерења кои се во игра. Слично е на електростатиката по тоа што одлучувачки фактор е вибрациската природа на движењето.
Нашите откритија покажуваат дека отсуството на магнетни монополи не е „предизвик за симетрија“. Симетријата постои, но нејзиното разбирање бара подобро разбирање на природата на електричната енергија и магнетизмот. Постои симетрија во електричните и магнетните односи, а во некои погледи ова е вид на симетрија што Форд и неговите колеги ја замислиле. Еден вид на магнетно поле навистинасе создава на ист начин како електричното поле, како што предлага Форд при објаснувањето на расудувањето зад хипотезата магнетен монопол. Но, електричното поле не е создадено од „ електрична честичка”; Ова одреден типдвижење - вибрации на ротација. Магнетното поле се создава со слична вибрација на ротација. Магнетното поле создава електрична струја, преводно движење на честичка (ненаполнет електрон) во проводникот. Напредното движење на магнетното поле на сличен начин создава електрична струја во проводникот. Повторно, постои симетрија, но не и вид на симетрија што би се повикала за магнетен монопол.
Равенката на магнетната сила, изразот за силата помеѓу две магнетни полнежи, е идентична со Кулоновата равенка освен за коефициентот t/s внесен во магнетното полнење со втората скаларна димензија на движење. Традиционална формаравенки F = MM’/d². Како и во другите равенки на примарни сили, поимите M' и d² немаат димензии. Врз основа на општите принципи кои се применуваат за равенките на силите како што се дефинирани во универзумот на движење, терминот што недостасува во магнетната равенка е аналоген на 1/s во равенката на Кулон, е 1/t. Тогаш димензиите на простор-времето на магнетната равенка се F = t²/s² x 1/t = t/s².
Како и движењето што сочинува електричен полнеж, и од истите причини, движењето што сочинува магнетно полнење има скаларна насока кон надвор. Но, бидејќи во материјалниот сектор магнетната ротација е нужно позитивна (временско поместување), сите стабилни магнетни полнежи во овој сектор имаат поместување во просторот (негативно) и не постои независен магнетен феномен што одговара на негативно* електрично полнење. Во овој случај, не постои воспоставена употреба што ја спречува употребата на нотација во согласност со терминологијата за ротација. Затоа, магнетното полнење ќе го нарекуваме негативни полнежи, наместо да користиме позитивно* означување, како во случајот со електричен полнеж.
Иако нема позитивни магнетни полнежи во материјалното опкружување освен под влијание на надворешни сили во ситуација што ќе се дискутира подоцна, дводимензионалната природа на магнетното полнење воведува ориентациони влијанија кои не се присутни во електричните феномени. Сите еднодимензионални (електрични) полнежи се слични; немаат карактеристични карактеристики според кои би можеле да се поделат на различни видови класи. Но, дводимензионалното (магнетно) полнење се состои од вибрации на ротација во димензијата на рамката и друга скаларна димензија независна од првата, и затоа е нормална на неа во геометриската претстава. Ротацијата, со која е поврзана втората ротациона вибрација, го дели атомот на две половини, кои можат да се дефинираат посебно. На едната страна од линијата за поделба, набљудуваната ротација е во насока на стрелките на часовникот. Скаларната насока на магнетното полнење на оваа страна е нанадвор од ротацијата во насока на стрелките на часовникот. Слично полнење на спротивната страна е движење нанадвор од ротација спротивно од стрелките на часовникот.
Единица за магнетно полнење се применува само на еден од двата ротирачки системи. Следствено, атомот добива две полнежи, заземајќи ги позициите опишани во претходниот пасус и насочени во спротивни насоки. Затоа, секој атом на магнетна или магнетизирана супстанција има два пола или центри на магнетно влијание. Постојат аналози на магнетни полови на Земјата, соодветно, тие се нарекуваат северен пол и јужен пол.
Половите претставуваат скаларни референтни точки. Ефективната насока на ротационите вибрации што го сочинуваат полнежот лоциран на северниот пол е движење нанадвор од северната референтна точка; тековната насокаполнењето центрирано на јужниот пол е движење нанадвор од јужната референтна точка. Затоа, интеракцијата на два магнетно наелектризирани атоми ја следи истата шема како и интеракцијата на електричните полнежи. Како што е прикажано на слика 22, двата северни пола (линија а) се движат нанадвор од северните референтни точки и затоа нанадвор еден од друг. Двата јужни пола (линија в) исто така се движат нанадвор еден од друг. Но, како што е прикажано во линијата б, северниот пол, кој се движи кон надвор од северната референтна точка, се движи кон јужниот пол, кој се движи нанадвор од јужната референтна точка. Така, како столбови одбиваат, а за разлика од столбовите привлекуваат.
Врз основа на ова, кога два атома магнетно наелектризирани се приближуваат еден до друг, северниот пол на едниот атом се привлекува кон јужниот пол на другиот атом. Добиената структура е линеарна комбинација северен Пол, неутрална комбинација на двата пола и јужниот пол. Додавањето на трет магнетно наелектризиран атом го претвора јужниот пол во неутрална комбинација, но остава нов јужен пол на новиот крај на структурата. Може да се појават дополнителни додатоци од овој вид, ограничени само од температурата и другите деструктивни сили. Слична стрелка од атоми со северни и јужни полови на спротивните краеви може да се создаде со воведување атоми на магнетизирана материја помеѓу магнетно наелектризираните атоми на диатомска комбинација. Поделбата на таква структура во која било точка ја крши неутралната комбинација и ги остава северните и јужните полови на краевите на секој сегмент. Следствено, без разлика на колку делови е поделен магнетизираниот материјал, секој фрагмент од материјалот секогаш има северен и јужен пол.
Поради насочената природа на магнетните сили, тие се заштитени на ист начин како и електричните сили. Од друга страна, гравитационата сила не може да биде заштитена или модифицирана на кој било начин. Многу набљудувачи сметаа дека ова е показател дека гравитационата сила мора да биде од сосема поинаква природа. Овој впечаток е надополнет со тешкотијата да се најде соодветно место за гравитација во главната физичка теорија. Главната цел на теоретичарите кои работат на проблемот на конструирање на „општа теорија“ или „унифицирана теорија“ на физиката е да најдат место за гравитацијата во нивната теоретска структура.
Сега развојот на теоријата за универзумот на движење покажува дека гравитацијата, статичкиот електрицитет и магнетостатиката се феномени од ист вид. Тие се разликуваат едни од други само по бројот на активни скаларни димензии. Поради симетријата на просторот и времето во овој универзум, секој тип на сила (движење) има спротивно насочен партнер. Гравитацијата не е исклучок, таа се одвива и во времето и во просторот. Следствено, таа се подложува на истата диференцијација помеѓу позитивно и негативно како и диференцијацијата во која ја наоѓаме електрични сили. Но, во материјалниот сектор на универзумот, конечното гравитационо влијание секогаш се случува во вселената, односно нема ефективна негативна гравитација. Во вселенскиот сектор тоа секогаш се случува во времето. Бидејќи гравитацијата е тридимензионална, не може да има никаква просторна диференцијација каква што ја наоѓаме во магнетизмот.
Како резултат на недостатокот на разбирање на вистинската врска помеѓу електромагнетните и гравитационите феномени, традиционалната физичка наука не е во состојба да формулира теорија релевантна за двете области. Нејзиниот пристап кон проблемот е да претпостави дека електричната енергија е фундаментална и да изгради структура на физичка теорија на таа основа. За да се усогласат набљудувањата и мерењата со електрично базираната теорија, потребни се дополнителни претпоставки. Така, гравитацијата доби статус на необјаснива аномалија. Ова се случи поради начинот на кој се конструираа теориите, а не поради некоја карактеристика на гравитацијата. Доколку пристапот се смени, физичката теорија би била изградена врз претпоставката дека гравитацијата е основна, а „ненаучените“ точки би биле електричната енергија и магнетизмот. Обединетата теорија која истражувачите се обидуваат да ја изградат може да се создаде само преку развој на настаните како оној што е претставен во овој труд. Почива на цврста основа на разбирање, каде на секој од трите основни феномени му е дадено своето соодветно место.
Освен ефектите на разликите во бројот на скаларните димензии, својствата на ротационите вибрации што сочинуваат магнетно полнење се исти како својствата на ротационите вибрации што сочинуваат електрично полнење. Оттука, магнетните полнежи може да се индуцираат во соодветни материјали. Материјалите во кои се индуцирани магнетни полнежи се однесуваат како постојани магнети. Во суштина, некои материјали стануваат постојани магнети кога во нив се индуцираат магнетни полнежи. Сепак, само релативно мал број елементи се способни да се магнетизираат во значителна мера; односно да го има имотот познат како феромагнетизам.
Традиционалните теории за магнетизам немаат објаснување за ограничувањето на магнетизацијата на елементите. Се разбира, овие теории би имплицирале дека тоа мора да биде општо својство на материјата. Врз основа на претходно споменатите претпоставки, електроните, кои традиционалната теорија ги смета за составни делови на атомите, се минијатурни електромагнети и создаваат магнетни полиња. Во повеќето случаи, се претпоставува дека магнетните полиња на атомите се случајно ориентирани и дека нема конечна магнетна резултата. „Меѓутоа, постојат неколку елементи во атомите од кои полињата создадени од различни електрони не се поништуваат целосно. Таквите атоми имаат добиено магнетно поле. Во некои материјали...магнетните полиња на атомите се редат едно со друго“.. Се претпоставува дека таквите материјали имаат магнетни својства. Но, зошто овие неколку елементи треба да стекнат својство што повеќето елементи не го поседуваат не е наведено.
За да го објасниме движењето во однос на универзумот, ќе треба да ја разгледаме природата на атомското движење. Ако на тродимензионалната комбинација на движења што го сочинуваат атомот се додаде дводимензионална, позитивна вртежна вибрација, таа ја менува големината на движењата. Резултатот не е ист атом со магнетно полнење, туку атом од различен тип. Како посебен ентитет, магнетното полнење може да постои само во атом составен така што има дел од атомската структура способна да вибрира дводимензионално и независно од главното тело на атомот. Ако се грижиме за магнетната ротација, условот е задоволен кога ротацијата е асиметрична; односно во една од двете магнетни мерењаима n единици за поместување, а во другата има n + 1.
Врз основа на ова, се исклучени симетричните елементи со магнетни ротации 1-1, 2-2, 3-3 и 4-4. Иако магнетното полнење нема трета димензија, електричната ротација со која е поврзана во тродимензионалното движење на атомот треба да биде независна од ротацијата поврзана со остатокот од атомот. Затоа, пристрасноста на електричната ротација мора да надмине 7, така што една целосна единица (7 единици за поместување плус нивото на примарната единица) може да остане со главното тело на магнетната ротација, додека вишокот се припишува на магнетната ротација. Покрај тоа, електричното поместување мора да биде позитивно, бидејќи референтната рамка не може да прими две различни негативни поместувања (движење во времето) во истото атомска структура. Следствено, електронегативните предрасуди се целосно елиминирани. Ефектот на сите исклучувања ги ограничува магнетните полнежи на мал број елементи.
Првиот елемент способен да прифати магнетно полнење во неговата нормална состојба е железо. Оваа позиција бр.1 е особено поволна за магнетизација, поради што железото е сè уште најмагнетното од елементите. Следните два елементи кобалтИ никел, исто така се магнетни бидејќи нивната електрична пристрасност е обично позитивна. Под посебни услови, поместувањата на хром (6) и магнезиум (7) се зголемуваат на 8 и 9 соодветно со преориентација во однос на новата нулта точка, што беше објаснето во том 1 од книгата од Д. Ларсон. Тогаш овие елементи се способни и да прифатат магнетни полнежи.
Според претходното објаснување за атомските карактеристики потребни за прифаќање на магнетно полнење, единствените други магнетни елементи се членовите на дивизија II Група 4А. Теоретското очекување се совпаѓа со набљудувањето, но сè уште постојат необјаснети разлики помеѓу магнетното однесување на овие елементи и оние од групата 3А. Во групата 4А магнетната сила е помала. Само еден од елементите во оваа група, гадолиниум, е магнетен на собна температура и не ја зазема истата позиција во групата како железото, најмагнетниот елемент во групата 3А. Сепак, самариумот кој е во железна позиција не игра важна улогаво многу магнетни легури. Гадолиниумот е за две позиции повисок во атомската серија, што може да укаже дека претрпува модификација слична, но во спротивна насока на елементите од долната група 3А.
Ако, врз основа на однесувањето на некои легури, му припишеме некои магнетни својства на ванадиумот, сите елементи од дивизија II од групите 3А и 4А имаат одреден степен на магнетизација под соодветни услови. Поголем број магнетни елементиво групата 4А е одраз на поголемата големина на 32-те елементи од групата, што ги става овие елементи во поделба II. Поради магнетните својства на ретките земјени елементи од групата 4А, постојат голем број на сè уште необјаснети карактеристики во позициите на елементите во атомските серии. Можеби тие се поврзани со други сè уште необјаснети отстапувања во однесувањето на овие елементи кои беа забележани во дискусиите за други физички својства. Магнетните способности на елементите и легурите на фисија II се пренесуваат на некои соединенија. Но, таквите едноставни соединенија како бинарни хлориди, оксиди и така натаму не се магнетни; односно не се способни да прифатат магнетни полнежи од феромагнетен тип.
ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗАМ
Термините „електрични“ и „магнетни“ беа воведени во делата на Д. Ларсон со разбирање дека тие се користеа како синоними за „скаларен еднодимензионален“ и „скаларен дводимензионален“, соодветно, и не беа ограничени на релативно тесно значење што го имаат во секојдневна пракса. Овде тие се користат во исти сетила, иако проширениот опсег на дефинициите не е толку очигледен, бидејќи сега главно се занимаваме со појави кои обично се нарекуваат „електрични“ или „магнетни“. Еднодимензионалното движење на ненаполнетите електрони го дефиниравме како електрична струја, еднодимензионалната вибрација на ротација како електричен полнеж и дводимензионалната вибрација на ротација како магнетно полнење. Поконкретно, магнетното полнење е дводимензионално ротационо дистрибуирано скаларно движење од вибрациона природа.
Сега сме подготвени да истражуваме движења кои не се полнежи, но имаат некои од примарните карактеристики на магнетното полнење, односно тие се дводимензионални насочени дистрибуирани скаларни движења.
Да погледнеме кратко парче проводник низ кое ќе поминеме електрична струја. Материјата што го сочинува проводникот е предмет на гравитација, тродимензионално распределено навнатре скаларно движење. Како што видовме, струјата е движење на просторот (електрони) во материјата на спроводникот, што е еквивалентно на скаларното движење на материјата нанадвор во просторот. Така, еднодимензионалното движење на струјата се спротивставува на делот од скаларното движење на гравитацијата навнатре што работи во скаларната димензија на просторната референтна рамка.
За овој пример, да претпоставиме дека две спротивни движењаво проводен сегмент се еднакви по големина. Тогаш добиената скаларна димензија е нула. Она што останува од почетното тридимензионално гравитационо движење е ротационо распределено скаларно движење во две други скаларни димензии. Бидејќи преостанатото движење е скаларно и дводимензионално, тоа магнетнии е познат како електромагнетизам. Обично гравитационото движење при мерењето на струјата само делумно се неутрализира со струјниот тек, но тоа не ја менува природата на резултатот, туку едноставно ја намалува големината на магнетното влијание.
Од горенаведеното објаснување, јасно е дека електромагнетизмот е остаток од гравитациското движење што останува откако целото или дел од движењето во една од трите гравитациски димензии се неутрализира со спротивното движење на електричната струја. Оттука, дводимензионално скаларно движење нормално на протокот на струја. Бидејќи гравитационото движење во две димензии не е под влијание на надворешното движење на електричната струја, тоа има скаларна насока навнатре.
Во сите случаи, магнетниот ефект е многу поголем од гравитациониот, кој се отстранува кога се разгледува во контекст на нашата референтна рамка поврзана со гравитацијата. Тоа не значи дека струјата нешто создава. Она што се случува е ова: Одредени движења се трансформираат во други видови движења кои се повеќе концентрирани во референтната рамка. А за да се задоволат барањата на новонастанатата ситуација, енергијата се внесува однадвор. Како што е наведено, разликата што ја забележуваме помеѓу големините на движењата со различни броевитековните мерења се вештачки резултат на нашата локација во гравитациски врзан систем, локација која во голема мера ја зголемува големината на . Од гледна точка на природната референтна рамка, рамката на која всушност се прилагодува универзумот, фундаменталните единици се независни од мерењето; односно 1³ = 1² = 1. Но благодарение на нашата асиметрична локација во универзумот, природна единицабрзина, s/t, зема b Опоголема вредност, 3x10 10 cm/sec. Станува мерен коефициент кој влегува во секоја врска помеѓу количините на различни мерења..
На пример, терминот c² (3x10 10 квадрат) во Ајнштајновата равенка за односот помеѓу масата и енергијата одразува коефициент поврзан со двете скаларни димензии што ја одвојуваат масата (t³/s³) од енергијата (t/s). Исто така, разликата на една димензија помеѓу дводимензионално магнетно влијание и тридимензионално гравитациско влијаниего прави магнетното влијание 3х10 10 пати поголемо (ако е изразено во системот cgs). Магнетното влијание е помало од еднодимензионалното електрично влијание од истиот фактор. Следи дека магнетната единица на полнење или електромагнетната единица, дефинирана со магнетниот еквивалент на Кулонов закон, е 3x10 10 пати поголема од електричната единица или електростатската единица. Електрична единица од 4,80287x10 -10 електростатички единици е еквивалентна на 1,60206x10 -20 електромагнетни единици.
Релативните скаларни насоки на силите помеѓу тековните елементи се спротивни на насоките на силите создадени од електрични и магнетни полнежи, како што е прикажано на слика 23, што треба да се спореди со слика 22. Електромагнетните движења се насочени навнатре кон нула точките, од кои движењата на полнежите се насочени кон надвор. Два проводници кои носат струја во иста насока, AB или A'B, како слични полнежи, се движат еден кон друг, како што е прикажано со линијата (а) на дијаграмот и не се одбиваат еден со друг, како што се полнењата. Два проводници кои носат струја во насока BA или B'A, како што е прикажано во линијата (в), исто така се движат еден кон друг. Но, проводниците што носат струја во спротивни насоки, AB' и BA', како спротивни полнежи, се одбиваат едни со други, како што е наведено на линијата (б).
Ваквите разлики во појавата и скаларната насока помеѓу двата типа на магнетизам се манифестираат на други начини. Во нашето истражување на овие теми, ќе биде попогодно да се разгледаат односите на моќ од поинаква гледна точка. Досега, нашата дискусија за ротационо распределените скаларни движења - гравитациони, електрични и магнетни - беше во однос на силите што ги вршат поединечни објекти, во суштина точкасти извори на влијанијата за кои станува збор. Сега, во електромагнетизмот, имаме работа со проширени извори. Всушност, тие се проширени збирки на дискретни извори, бидејќи сите физички феномени постојат во форма на дискретни единици. Следствено, би било можно да се работи со електромагнетни влијанија на ист начин како и со влијанија кои произлегуваат поради полесно одредување точки извори, но таквиот пристап кон проширените извори е сложен и тежок. Значително поедноставување се постигнува со воведување на концептот на терен.
Овој пристап е применлив и за поедноставни гравитациски и електрични феномени. Се разбира, сега ова е модерен начин за справување со сите (видливи) интеракции, иако алтернативниот пристап е подобро прилагоден на дискретни извори. Со истражување на основната природа на полињата, можеме да ја разгледаме ситуацијата на гравитацијата, која на многу начини е наједноставниот феномен. Како што знаеме, масата А има движење AB кон масата Б, која се наоѓа во близина. Ова движење инхерентно не се разликува од движењето BA на атомот Б. До степен до кој реалното движење на масата А е попречено од инерција, движењето на објектот А се појавува во референтната рамка како движење на објектот Б, што претставува додаток на вистинското движење на овој објект.
Големината на гравитациското движење на масата А припишана на масата B се дефинира како производ на масите A и B поделени со растојанието помеѓу двете маси, бидејќи тоа е движење на масата B ако скаларното движење AB се смета за движење на двата објекти. Следи дека на секоја просторна положба во близина на објектот А може да и се додели големина и насока, што укажува на начинот на кој маса со големина би се движи под влијание гравитациона силаобјект А, ако ја зафатил оваа локација. Комбинацијата на локации и соодветните вектори на сила го сочинува гравитационото поле на објектот А. Исто така, распределбата на движењето на електричните или магнетните полнежи го одредува електричното или магнетното поле во просторот што го опкружува полнежот.
Математичкиот израз за објаснување на полето за маса или полнење е идентичен со оној што се појавува во моментално прифатената физичка теорија, но нејзиниот концептуална рамкасосема друго. Традиционалното гледиште е ова. Полето е „нешто физички реално во вселената“ околу возбудливиот објект, а силата физички се пренесува од еден објект на друг со тоа „нешто“. Меѓутоа, после критичка анализаситуација P. W Bridgman дојде до заклучок дека нема докази за да се оправда претпоставката дека ова „нешто“ навистина постои. Го наоѓаме тоа полето не е „нешто физичко“. Ова е едноставно математичка последица на неспособноста традиционален системреференца за претставување на вистинската природа на скаларното движење. Но, реализацијата на нејзиниот вистински статус како математичка техника не ја лишува од нејзината корисност. Теренскиот пристап останува наједноставниот и најзгодниот начин математички да се справиме со магнетизмот.
Полето на магнетното полнење е дефинирано во однос на силата што делува на магнетот за тестирање. Полето на магнетниот пол, како што е едниот крај на долгиот прачки магнет, е радијално. Како што може да се види од описот на потеклото на магнетизмот во претходните ставови, полето на жица што носи електрична струја исто така би било радијално (во две димензии) доколку се дефинира во однос на силата што делува на елемент на струја во паралелен проводник. Вообичаено е да се дефинира магнетното поле во смисла на електростатика: тоа е, силата што дејствува на магнет или електромагнет во форма на калем, соленоид, кој произведува радијално поле на ист начин како и прачка магнет преку геометриски распоред. . Ако полето на жица што носи струја е дефинирано на овој начин, таа ја опкружува жицата наместо да се протега радијално. Тогаш силата што дејствува на тест магнетот е нормална на полето и насоката на течењето на струјата.
Ова е директен предизвик за физичката теорија, очигледно прекршување на универзално применетата физички принципи. Физиката никогаш не се соочила со таков предизвик. Физичарите не се во можност ниту да излезат со веродостојна хипотеза. Така, тие едноставно забележуваат аномалија, „чудна“ карактеристика на магнетниот ефект. „Магнетната сила има чудно насочен карактер,– вели Ричард Фајнман. - Во секој пример, силата е секогаш под прав агол на векторот на брзината“.. Сепак, нормалната врска помеѓу насоката на движењето на струјата и насоката на силата не би изгледала чудна доколку магнетите комуницираат со магнети, а струите со струите. Во овој случај, магнетното влијание на струјата врз струјата сепак би било „под прав агол на векторот на брзината“, но во насока на полето наместо нормално на него, бидејќи полето би било дефинирано во однос на дејството на струјата. на струја. Во случај на интеракција на струја со магнет, добиената сила е нормална на магнетното поле, односно на векторот на јачината на полето. Тест магнет во електромагнетно поле не се движи во насока на полето, како што може да се очекува, туку во нормална насока.
„Забележете колку е чудна насоката на силата. Не се совпаѓа ниту со полето, ниту со насоката на струјата. Наместо тоа, силата е нормална и на струјата и на линиите на полето.
Употреба на зборот „чудно“ во оваа изјавае имплицитно признание дека причината за нормалната насока не е разбрана во контекст на модерната физичка теорија. Уште еднаш, развојот на универзумот на движење нуди информации што недостасуваат. Клучот за разбирање на ситуацијата е да се препознае разликата помеѓу скаларната насока на движење (сила) на магнетното полнење нанадвор и електромагнетното движење навнатре.
Очигледно е дека движењето на електричната струја се јавува во една од скаларните димензии, различна од димензијата претставена во просторната референтна рамка, бидејќи насоката на протокот на струја обично не е иста со насоката на движење на проводникот. Според тоа, магнетниот остаток се состои од движење во друга незабележлива димензија и во димензија на референтната рамка. Ако магнетното влијание на една струја е во интеракција со магнетното влијание на друга, мерењето на движењето на струјата А, паралелно со мерењето на референтната рамка, се совпаѓа со соодветното мерење на струјата B. Резултатот е една сила, а сила на взаемно привлекување или одбивање, намалување или зголемување на растојанието помеѓу А и Б. Но, ако се појави интеракција помеѓу струјата А и магнетот Б, мерењата паралелни на референтната рамка не можат да се совпаднат бидејќи движењето (и соодветната сила) на струјата А е во скаларен правец навнатре, а движењето на магнетот Б е во скаларна насока кон надвор.
Некој може да се запраша зошто движењата навнатре и нанадвор не можат да се комбинираат на позитивна или негативна основа со конечен резултат еднаков на разликата. Причината е што навнатре движењето на проводникот А кон магнетот Б е истовремено движење на Б кон А, бидејќи скаларното движење е реципрочен процес. Надворешното движење на магнетот е слично на движењето на B од A и движењето на A од B. Следи дека двете одделни движења на двата објекти, едниот навнатре, а другиот нанадвор, не се комбинација од движењето навнатре на едниот предмет и движењето нанадвор на другиот предмет. Го следи тоа двете движења мора да се појават во различни скаларни димензии. Затоа, силата што дејствува на тековниот елемент во магнетното поле (аспектот на силата на движењето во димензијата на референтната рамка) е нормална на полето.
Овие врски се прикажани на слика 24. Лево е едниот крај на магнетот на шипката. Магнетот создава магнетостатско (MS) поле кое постои во две скаларни димензии. Една димензија на секое скаларно движење мора да биде ориентирана да се совпаѓа со димензијата на референтната рамка. Забележаното мерење ќе го наречеме MC на движење - A, користејќи голема буквада го демонстрира набљудуваниот статус и да го претстави полето MS со дебела линија. Незабележливата димензија на движењето се означува со буквата b и е претставена со тенка линија.
Сега воведуваме електрична струја во третата скаларна димензија. Како што е наведено погоре, нејзината ориентација се совпаѓа со димензијата на референтната рамка и е означена со буквата C. Струјата создава електромагнетно (EM) поле во димензии a и b, нормално на C. Бидејќи движењето MC има скаларна насока кон надвор, додека ЕМ движењето има насока навнатре, скаларните мерења на движењата што се совпаѓаат со мерењето на референтната рамка не можат да бидат исти. Затоа, димензиите на ЕМ движењето се B и a; односно видлив резултат на интеракција помеѓу два вида магнетно движењесе наоѓа во димензија B, нормално на полето MC и струјата C.
15:07 13/03/2018👁 313
Навикнати сме на фактот дека магнетните процеси се случуваат главно во мали, но важни делови од сите видови технички уреди и се поврзани со суптилни квантни механички феномени, а во написите за нив кои се преправаат дека се популарни, мистериозниот и нејасен збор „спин“ се повторува одвреме-навреме. Но, магнетизмот се случува и во вселената, а таму изгледа сосема поинаку.
Астрономите откриле дека многу небесни тела, на пример или наши, се џиновски магнети, а димензиите на магнетното поле се споредливи со димензиите на самото небесно тело. Материјата што го сочинува Сонцето - соларната плазма - е многу жешка, а меѓуѕвездениот гас во Млечниот Пат е многу слаб. Затоа, магнетното поле во нив не е поврзано со редоследот на вртењата, како кај феромагнетите, туку со некои процеси кои припаѓаат на регионот класична физика, за која се надеваме дека сè уште се учи во средно училиште.
Космичките магнетни полиња се значително посилни од полињата на кои сме навикнати. Не треба директно да ја споредувате јачината на магнетното поле во DVD плеер, мобилен телефон или часовник со полето на Сонцето или галаксијата. Многу добро за телата различни големинитреба да се избере вага сразмерна на нив. Невнимателен ученик ја прескокнал наставата и барајќи оправдување вели дека не можел да стигне на училиште бидејќи магнетното поле во близина на училиштето било пресилно. Не е тешко да се предвиди реакцијата на родителите... Сепак, за да се објаснат движењата на космичките медиуми, ова објаснување е сосема природно - магнетното поле е тоа што го спречува облакот од плазма исфрлен од Сонцето да стигне до површината на Земјата.
Земјиното магнетно поле е единствениот пример на космички магнетизам што може да се набљудува со голо око (сл. 1). Поларните светлае визуелизација на магнетното поле на Земјата со наелектризирани честички, слично на визуелизацијата на ласерскиот зрак со прашина во воздухот. Иглата на компасот покажува кон север, бидејќи самиот тој е мал феромагнет, неговите својства се одредуваат токму од тие вртења. Но, зошто самата Земја е магнет и зошто е тоа магнетен полприближно се поклопува со географската?
На Земјата има наоѓалишта на железна руда, чија магнетизација придонесува нешто за геомагнетното поле и создава магнетни аномалии, на пример магнетната аномалија Курск. Но, тие внесуваат мали нарушувања во општото (како што велат, главното) геомагнетно поле. Ова поле е формирано некаде длабоко во Земјата, а температурата таму е доволно висока за феромагнети да не станува збор.
Кои процеси доведуваат до формирање на магнетни полиња на небесни тела - и галаксии? Изборот е мал: ние сме во областа на класичната физика и таа знае само еден процес, кој, во принцип, може да доведе до зголемување на магнетното поле. Ова е феноменот на електромагнетна индукција. На училиште тие кажуваат (а понекогаш и покажуваат) дека кога спроводната рамка се движи во магнетно поле, струја почнува да тече во неа. Оваа индуцирана или индуцирана струја создава и магнетно поле. Дали може да се случи ова индуцирано поле да се додаде на првобитното, така што вкупното магнетно поле да се зголеми? Пред речиси еден век, во 1919 година, физичарот Џозеф Лармор сфатил дека токму индуцираната струја во длабочините на Сонцето е единствената шанса да се објасни магнетното поле на нашата ѕвезда без прибегнување кон фантастични хипотези за некои нови интеракции (такви хипотези се не е прашањето, туку сето она што тие не можеа да издржат споредба со реалноста).
Кратката белешка на Лармор (тоа беше само една страница) се покажа како првиот чекор во проучувањето на процесот на самовозбудување на магнетното поле во подвижните спроводливи медиуми. Почетокот на 20 век беше време на развој на електричната енергија; јазикот реагираше со популарност на нови зборови, вклучувајќи го и зборот „динамо“. Уредот што ја претвора механичката работа во електрична работа беше наречен „динамо“, а новата гранка на физиката беше наречена „теорија на динамо“. Токму тоа беше вообичаено да се каже долги години, а тоа го велат и денес - теоријата на динамо.
Физиката е експериментална наука: може долго време да се дискутира за моделите на физички процеси со кои работат теоретичарите, но физичарите набрзо почнаа да велат дека би било убаво експериментално да се потврдат сите овие претпоставки. Имено: потребно е да се потврди дека индуцираното поле може да се комбинира со оригиналното. Моравме да чекаме речиси еден век за оваа потврда.
Што е проблемот?
Тешкотии во експериментална верификацијаИдејата за динамо е ова. Ако го притиснете прекинувачот и го прекинете проводното коло низ кое тече струјата, светлината ќе се изгасне, а во исто време магнетното поле генерирано од струјата ќе исчезне. Енергијата на магнетното поле ќе се претвори во топлина поради омски загуби (и делумно поради зрачење). За да може динамото да работи, индукцискиот ефект мора да ги надмине омските загуби. Да се оцени релативна големинаиндукциски ефекти и омски загуби, воведуваат т.н. бездимензионални магнетен бројРејнолдс Rm = vL/νm. Бројачот на оваа дропка ги содржи количините поврзани со индукционите ефекти - брзината на движење на рамката и нејзината големина, а именителот е коефициентот на магнетна дифузија, кој е пропорционален на специфичната електричен отпорживотната средина. За да може индукцијата да ги надмине омските загуби, магнетниот Рејнолдсов број мора да биде доста висок - пресметките покажуваат дека мора да се достигне вредност од околу 17.
Потрагата по можна шема за експеримент со динамо е, пред сè, борба за висок магнетен Рејнолдс број. Можностите на лабораториската физика овде не се многу големи - нема многу подвижни доброспроводливи медиуми. Ако сакаме да симулираме планетарни и космички ефекти, тогаш не зборуваме за цврсти проводници. Во вселената, цврстите тела се ретки, а оние што постојат - цврстите обвивки на Земјата, на пример - очигледно не создаваат интересни индукциски ефекти. Спроводливите гасови се плазма. Огромното мнозинство на небесни тела се направени од него. Можно е во иднина да имаме и лабораториски динамо експерименти со плазма, но сега овие можности се уште се предмет на дискусија.
Мал е и изборот меѓу течностите. Електролитите имаат слаба спроводливост, оставајќи течни метали. Живата е скапа, опасна, многу тешка и слаб проводник. За оверклокување голем број наживата до потребните брзини бара огромна енергија. Во лабораториските експерименти за проучување на протокот на течни метали, галиумот е широко користен - тој е половина од тежината на живата и се топи на 29 ° C (и неговите легури дури и на 17 ° C), но галиумот е исто така скап и не спроведува електрична енергија. актуелни како што би сакале. Висока густинаи слаба спроводливост - недостатоци на другите легури со ниска температура (на пример, добро познатата легура на Вуд). Следниот кандидат, натриумот, е експлозивен и би требало да се загрее до стотици степени. Но, тој е евтин, ја спроведува струјата подобро од галиумот и е многу лесен. Постои и еутектичка легура на натриум со галиум, која се топи на 12°C, но сепак е многу агресивна, како литиумот.
Значи, решивме за можна супстанца за експерименти со динамо: тоа е натриум, разумен компромиспотребни физички својства и опасности. Изборот беше јасен на самиот почеток на патувањето, пред половина век.
Што се однесува до брзината на движење, можностите на лабораториската физика се јасно инфериорни во однос на можностите на вселенската средина. Сепак, главната предност на просторот е неговата огромна големина. Лабораториска инсталација со големина од 10 метри, во која медиумот се движи со брзина од 10 m/s, е киклопски спектакл, а за просторот тоа се многу скромни фигури.
Како резултат на тоа, за Сонцето магнетниот Рејнолдсов број достигнува милиони, а за модерна лабораторија сто е крајниот сон, резултат на долгогодишна напорна работа. Сепак, ова е веќе повеќе од негуваните 17, па има шанси.
Сепак, не е сè толку едноставно со самиот механизам на динамо. На Сонцето, па дури и на Земјата, нема метални рамки со струја - нивната работа мора да се репродуцира со еколошки текови. Организирањето на потребното движење на протокот на течност е многу потешко отколку поместување на жица на потребниот начин. Сепак, она што е многу полошо е што едноставните текови очигледно не можат да работат како динамо. За ова зборуваат и во училиште: според правилото на Ленц, магнетното поле што се појавува во спроводна рамка поради феноменот на електромагнетна индукција е насочено спротивно на првобитното магнетно поле и не го зајакнува, туку го ослабува. Затоа, движењето на една рамка не може да доведе до самовозбудување на магнетно поле во неа.
Smart Lenz ќе заобиколи
А сепак, физичарите пронајдоа дупка во правилото на Ленц. Размислете за две рамки кои се движат во магнетно поле. Индуктивниот ефект во првата рамка го ослабува магнетното поле во истата рамка, но може да го зајакне во втората ако е соодветно поставена. Ова не е во спротивност со правилото на Ленц. Сега е можно да се осигура дека индукцискиот ефект во втората рамка го зајакнува магнетното поле во првата, но, се разбира, го ослабува во втората. Може да се надеваме дека заедничката работа на двете рамки ќе доведе до фактот дека во секоја од нив индукцијата ќе стане поголема од загубите и магнетното поле ќе почне да се зголемува како лавина.
Се разбира, во принцип, може да се надеваме на сè што не е директно забрането со законите на природата, но забележлива е растојанието од надежта до довербата. Тоа беше можно да се надмине во 60-тите години на минатиот век, а тоа го направи Ју Б. Пономаренко. Тој дошол до специфичен проток на спроводлива течност што бил доволно сложен за да генерира магнетно поле, но доволно едноставен за да може точно да се реши индукциската равенка, која го опишува однесувањето на магнетното поле.
Судбината на пионерите во науката е често тешка. Делото на Пономаренко е едно од најпознатите познати делапосветен на динамото. Ова воопшто не може да се каже за самиот Пономаренко - неговата биографија целосно исчезна од меморијата на научната заедница. Искрено, можевме подобро да се сеќаваме на нашите херои.
Протокот, измислен од Пономаренко, е бескраен ротирачки млаз од спроводлива течност опкружена со спроводлив медиум (сл. 2). Таквиот тек е погодно да се репродуцира во лабораторија и има најнизок познат критички магнетски Рејнолдс број, така што идејата на Пономаренко стана една од главните во експериментите со динамо.
Сега е експериментално потврдено дека протокот структуриран приближно на овој начин всушност генерира магнетно поле. Сепак, тоа всушност не го генерира многу добро, а полето расте бавно. Во исто време астрономски набљудувањапокажуваат дека, да речеме, на Сонцето, магнетните полиња брзо се менуваат. Секој циклус на сончева активност, односно на секои 11 години, сончевиот магнетен дипол го менува знакот спротивно - за ѕвездите тоа се многу брзи промени. Динамо Пономаренко не може да обезбеди вакво нешто. Причината е што при работата на динамото Пономаренко, магнетната дифузија не само што предизвикува омски загуби, туку и обезбедува работа на едно од кола во кои се индуцира магнетното поле. Ова е уште еден суптилен ефект во нашата наука: векторска количина, односно магнетното поле, дифузира поинаку од скаларната количина, односно температурата.
За да може магнетното поле брзо да се промени, како што се случува во сончевиот циклус, потребен е покомплексен механизам од динамото Пономаренко. Таков механизам беше предложен во 1955 година од Јуџин Паркер. Да го замислиме полето на магнетниот дипол насочен по оската на ротација на Сонцето. Бидејќи соларната плазма е релативно добар проводник, магнетните линии се движат заедно со соларната плазма. Но, Сонцето не ротира како цврсто тело - неговите различни слоеви ротираат со различни аголна брзина, ова се нарекува диференцијална ротација. Како резултат на тоа, некои честички од сончевата материја ги претекнуваат другите, магнетните линии се прошируваат во азимутален правец, а од диполското поле се добива магнетно поле кое се намотува околу одреден торус во Сонцето - тоа се нарекува тороидално. Ова е ефектот на индукција во примарното коло. Тоа е прилично едноставно, и нема сомнеж за тоа.
За да може динамото да работи, потребно е некако да се трансформира тороидалното магнетно поле во поле на магнетен дипол (тоа се нарекува полоидално). Ова не може да се направи со едноставни струи. Паркер претпоставил дека за да се случи ова, струите мора да бидат огледални асиметрични. Во северната хемисфера, струите треба да содржат повеќе вртлози кои ротираат надесно (по општото движење на вителот) страна, и во Јужна хемисфера- на лево. Излегува дека токму тоа е случај во ротирачко тело, во кое има конвективни текови и променлива густина. Потоа во едната хемисфера вртлозите всушност се вртат главно надесно, а на другата - налево. И ако овој медиум е спроводлив, тогаш се појавува магнетно поле насочено долж електричната струја (и не нормално на него, како и обично), а тоа, пак, доведува до посакуваната трансформација на тороидалното поле во полоидално (Сл. 3).
Ориз. 3. Полоидни и тороидални магнетни полиња. Главната слика покажува како изгледаат магнетните линии на магнетот лоциран во сфера - полоидално магнетно поле. Белото поле покажува како тороидалното магнетно поле се визуелизира од набљудувањата на сончевите дамки
На сл. Слика 3 ги прикажува магнетните линии на магнетот лоциран во сферата - полоидално магнетно поле, она што е нацртано во училишни учебници. Белиот правоаголник покажува како тороидалното магнетно поле се визуелизира од набљудувањата на сончевите дамки. Ова поле не може директно да се набљудува бидејќи е концентрирано под површината на Сонцето. Но, на површината на Сонцето, во форма на групи сончеви дамки, испливаат поединечни магнетни цевки, одвоени од тороидалното поле. Прикажано е како во текот на сончевиот циклус (11 години) се менуваат географските широчини на оние места каде што пливаат групи сончеви дамки (по хоризонталната оска е времето, по вертикалната оска е географската ширина). Може да се види дека дамките формираат кластери лоцирани во различни хемисфери. Темното и светлото покажуваат кластери со групи точки со спротивен поларитет, а поединечните точки ги претставуваат оние неколку точки за кои користениот метод на раздвојување на кластери даде несигурни резултати. Може да се види дека тороидалното магнетно поле се движи за време на циклусот на сончевата активност од средните ширини кон Сончевиот екватор; тоа е антисиметрично во однос на екваторот и го менува знакот секој циклус. Ова е правило за поларитетот на Хејл.
Паркер ги аргументираше своите мисли користејќи аналогија со циклоните на Земјата. Овој аргумент не изгледаше многу убедливо, иако сега знаеме дека тој правилно ги погодил потребните равенки и природата на нивното решение. Една деценија подоцна, во извонредната работа на Макс Стинбек, Фриц Краузе и Карл Хајнц Редлер, беше можно да се обезбеди основа за овие размислувања во форма на добро осмислени равенки кои произлегуваат од равенките на Максвел, а не од аналогии.
Алфа ефектот доаѓа до динамо
Макс Стинбек генерално беше шарена личност. Во младоста, водечки инженер во Сименс, тој измислил многу интересни работи, на пример, торпедо што експлодира не при првиот контакт со трупот на бродот, како сите нормални торпеда, туку кога ќе навлезе во трупот. Во овој случај, уништувањето се зголемува многукратно. Пронајдокот остави таков впечаток на германските противници во Втората светска војна што тој мораше да помине десет години по неговото завршување во специјален затворен институт („шарашка“) во Сухуми. Како што, патем, прават многу други германски физичари и инженери. Потоа беше пуштен во ГДР и стана претседател на Академијата на науките на оваа земја. Тие го направија тоа добро: работата за која се дискутира е највпечатливото достигнување на физиката на ГДР. Помладите коавтори на Стинбек потсетуваат дека тој - тежок пушач- им рече пушејќи пура: Живеете како свињи, ни тие не пушат!
Делото беше напишано на тежок јазик, се разбира, на германски, симболи физичките величиниотчукуван со готски тип и објавен во нејасно списание. Сепак, таа брзо беше префрлена во Англиски јазик, и стана популарен меѓу специјалистите. За време на преводот, сите симболи беа последователно означени со буквите од грчката азбука, а процесот на претворање на тороидалното магнетно поле во полоидално беше наречен „алфа ефект“. Велат дека историјата има своја логика, но понекогаш е малку чудно.
Улогата на алфа ефектот е потврдена со математички пресметки, но тешко е да се убедат физичарите само со пресметки. Јасна физичка слика за тоа како може да се генерира магнетно поле без учество на магнетна дифузија даде Ya.B. Зелдович. Бидејќи тој беше еден од креаторите на атомски и хидрогенска бомба, многу ретко го праќаа во странство, а секое патување во странство за него беше голем настан. Затоа, на симпозиум во Краков, веќе во 70-тите години, тој беше во состојба на блага еуфорија и, одговарајќи на прашањето како може да работи динамо - на крајот на краиштата, за ова треба да добиете двајца на место каде што имаше еден магнетна линија, а овие линии се залепени на течноста - го направи следниот трик. Тој побара од еден од слушателите, кој седеше во првиот ред, да му даде појас за панталони и на овој појас покажа како струјата најпрво ја истегнува магнетната јамка (тоа се прави со диференцијална ротација), а потоа ја превиткува во фигура осум и го преклопува на половина (тука алфа ефектот е веќе потребен - на крајот на краиштата, треба да направите огледало-асиметрична операција). Историјата молчи за тоа што се случило со појасот за панталони и неговиот сопственик, но оваа илустрација ја прифатиле сите специјалисти, а нејзиниот автор не нашол за потребно да ја опише во некое посебно дело. Очигледно мислел дека оваа забелешка е доволна.
Смешно е што сите овие епизоди беа целосно независни - германските физичари не го читаа Паркер и така натаму. Науката може да се развива на сосема нелогичен начин, луѓето да смислуваат решенија за равенки кои сè уште не се напишани, прават се за нивните идеи да не станат јавно познати, но од сето ова, со текот на времето, расте конзистентна наука.
Алфа ефектот има уште една важна карактеристика. Во светот околу нас речиси и да нема феномени поврзани со огледало-асиметрични средини, можеби само Пивовиот закон во географијата (за тоа во кој брег се излева реката дадена хемисфера), да што органски молекуливо живата материја тие имаат само една ориентација, потсетувајќи нè на улогата на огледалната асиметрија. ВО Во последно времеФизичарите почнаа да прават огледални асиметрични пломби на брановоди и се обидуваат да извлечат интересни ефекти од ова. Ситуацијата е сосема поинаква во микрокосмосот - има реакции меѓу елементарните честички кои се одвиваат поинаку по рефлексијата во огледалото. Излегува дека во физиката на космичките медиуми, како и во микрофизиката, асиметријата на огледалото исто така игра улога. Во модерната физика сакаат да кажат дека космологијата се спојува со микрофизиката. При проучување на динамоси, се случува и такво затворање, како што гледаме, но на некој неочекуван начин.
Очигледно, кажаното е доволно за читателот да почувствува: студијата за динамо е полна со целосно нестандардни идеи кои изгледаат малку чудно за личност која не е во близок контакт со оваа област на физиката. Во исто време, лесно е да се продолжи списокот на нестандардни идеи од теоријата на динамо, но ограничувањето на обемот на статијата не спречува да го сториме тоа.
Експериментирајте
Се разбира, нема надеж дека луѓето целосно ќе веруваат во нестандардни идеи доколку не бидат поддржани од барем некои експерименти. Ова веќе беше јасно во 60-тите, кога Макс Стинбек, веројатно користејќи ја својата официјална позиција, се договори со советските физичари да го постават првиот експеримент со динамо. Магнетохидродинамиката, на која требаше да и припаѓа овој експеримент, беше едно од силните полиња Советска физика. Оваа област на наука го уживаше вниманието на владата; најде време да донесе посебна одлука дека Латвиската ССР, имено Институтот за физика на Латвиската ССР во Саласпилс во близина на Рига, требаше да стане центар на истражување на теренот. на магнетохидродинамиката.
Оттогаш поминаа многу години, а сега Рига е далечна странска земја. Летонските физичари се дружеле со германски физичари и неколку дена пред крајот на минатиот милениум, за прв пат добиле само-возбудување на магнетно поле во проток на течен натриум. Тоа беше навистина киклопски експеримент. Тони натриум беа испумпувани со моќни пумпи преку систем од цевки и контејнери кои зафаќаа трикатна зграда. Многу време беше потрошено за решавање на широк спектар на технички проблеми, барем да се отстранат блокадите во протокот на натриум. Сепак, успехот беше постигнат, а работата беше пронајдена глобално признавање. Неколку дена подоцна, само-возбудување на магнетното поле беше добиено во друг експеримент со динамо, овој пат чисто германски, кој беше спроведен во Карлсруе. Ова дело исто така стекна светска слава.
Руските физичари мораа да почнат од нула. Физичарите од Институтот за континуумска механика во Перм имаа одредена основа, а на крајот на 90-тите решија да започнат експериментална работа таму на магнетната хидродинамика на течните метали со високи магнетни броеви на Рејнолдс, фокусирани на проучување на процесот на динамо.
При планирањето на експериментот со динамо во Перм, беше јасно дека во догледна иднина нема да биде возможно да се натпреварува со странски физичари во големината на инсталацијата, односно во тој L, кој е вклучен во магнетниот Рејнолдс број - едноставно немаше доволно пари. За среќа, успеавме да најдеме нов пристап кон проблемот. Претходните инсталации создадоа проток кој, во принцип, можеше да се одржува на неодредено време за долго време. Пумпите го забрзуваат течниот натриум, а тоа бара многу енергија - вискозноста на натриумот е мала, па затоа не е лесно да се забрза со турбини.
Идејата за инсталацијата Перм е различна: нејзиното дејство е пулсирано, а брз проток се јавува само за кратко време. Тороидалниот контејнер се зема и се забрзува долго време со мотор со релативно мала моќност, а потоа брзо се забавува со моќни сопирачки. Во исто време, течноста внатре во контејнерот продолжува да се движи - вискозноста е мала - а пренасочувачите лоцирани во каналот го формираат саканиот профил на проток. Се разбира, таквиот проток брзо ја губи брзината, но за тоа време може многу да се измери (сл. 4).
Лабораторијата започна со работа кога самовозбудувањето на магнетното поле сè уште не беше постигнато никаде во светот, но по успесите во Рига и Карлсруе стана јасно дека треба да се бараат нови насоки. Другите групи кои работеа со експерименти со динамо, особено нашите француски колеги од Лион, мораа да го направат истото.
Ориз. 4. Релативно малата инсталација на експериментот Перм има импресивни димензии. На фотографијата, еден од учесниците во експериментот, професорот С. Ју. Хрипченко, ја склопува инсталацијата
При решавањето на овој стратешки проблем, важно беше да се види дека експериментите со динамо се донекаде поврзани со различни работи во електротехниката и електрониката. Во сите овие случаи, зборуваме за изградба на комплексен уред кој го обезбедува посакуваното однесување на електромагнетното поле. Во овој случај, се појавуваат два вида проблеми. Некои задачи - како да се направи познати материјалишто сакате и како ќе се однесува, а други - какви се својствата на разни материјали и зошто се такви. Во физиката ова се две различни класи на проблеми. Никому не му паѓа на памет истовремено да дизајнира телевизор и да открие зошто бакарот е добар проводник и каква е неговата електрична спроводливост. Во астрофизиката, поради многу причини, овие две области на активност практично не се одвоени, така што во многу теоретски работи на динамоси тие истовремено го пресметале, да речеме, ефектот алфа и откриле какви конфигурации на магнетно поле се генерираат во соларна плазмасо овој алфа ефект. Тешкотиите што се појавуваат во овој случај лесно може да се замислат со замислување на тим од развивачи на нов телевизор, ако во исто време спроведуваат различни научни експерименти за материјали со материјалите од кои се направени елементите на колото - светилки, транзистори, отпорници, итн.
Тимовите кои работат на полето на експерименти со динамо успеаја да постигнат разумна поделба на работата во оваа област. Физичарите од Лион научија да репродуцираат на нивната инсталација различни начини на работа на динамо, кои го симулираат однесувањето на магнетното поле на Сонцето и на Земјата. Во овие небесни телаПривременото однесување на магнетните полиња е многу различно, и тие беа во можност да ги репродуцираат двата типа на однесување во Лион. Во Перм тргнаа по друг пат - почнаа да мерат различни коефициенти на пренос на магнетно поле во турбулентен тек. За прв пат во светот беше можно да се измери самиот алфа ефект, односно главната количина со која е поврзано создавањето на магнетно поле. Овој резултат е исто така општо прифатен кај специјалистите. Специјалисти различни земји, кои работат на полето на експеримент со динамо, соработуваат едни со други. Пермските физичари патуваат во Лион, француските физичари го посетуваат Перм, заедно со нивните колеги од Перм вршат мерења на инсталациите во Перм, објавуваат соработки. Нашиот регион се уште е на почеток на својот развој. Поминати се само првите пресвртници, постигнати се првите резултати, доживеани се првите разочарувања. Сепак, веќе знаеме од каде доаѓа иглата на компасот.
Научната заедница со нетрпение ги очекува резултатите од планираниот експеримент, кој неодамна беше објавен во Physical Review Letters.
„Очекуваме и детално разбирање на општата динамика на протокот на метали во течна состојба под влијание на магнетните полиња“, велат научниците.
Една студија неодамна објавена во Physical Review Letters ги известува шансите за успех на експериментот.
Како динамо што го претвора движењето во електрична енергија, течностите што се движат можат да генерираат магнетни полиња. Таканаречениот магнетен Рејнолдс број првенствено одредува дали навистина се создава магнетно поле.
За време на експериментот, научниците од тимот на Френк Стефани од Институтот HZDR се трудат да постигнат критична вредност, неопходно за да се појави ефектот на динамо. За таа цел, челичен цилиндар со дијаметар од 2 метри, кој содржи осум тони течен натриум, ќе ротира околу една оска до 10 пати во секунда и еднаш во секунда околу друга оска, која е навалена во однос на првата.
„Нашиот експеримент во новиот објект DRESDYN има за цел да покаже дека прецесијата, како двигател на природен флукс, е доволна за генерирање на магнетно поле“, вели Андре Гиске, водечки автор на студијата.
Центарот на Земјата се состои од цврсто јадро опкружено со слој од стопено железо. „Стопениот метал предизвикува електрична струја, која пак генерира магнетно поле“, објаснува Гисеке. Сепак, улогата што ја игра прецесијата во формирањето на магнетното поле на Земјата сè уште останува нејасна.
Земјината оска е навалена за 23,5 степени од нејзината орбитална рамнина и ја менува позицијата во текот на околу 26.000 години. Ова прецесивно движење се смета за еден од можните извори на енергија. Пред милиони години постоело и моќно магнетно поле, за што сведочат примероците од карпи од мисиите Аполо. Според експертите, прецесијата би можела да биде главната причина.
Експериментите со течен натриум во HZDR се очекува да започнат во 2020 година. За разлика од претходните лабораториски експериментиво 1999 година, челичниот барабан нема да има пропелер, како што беше користен во првиот експеримент во Рига, Латвија, во 1999 година, во кој учествуваа научниците од HZDR. Овој и други експерименти во Карлсруе, Германија и Кадараш, Франција, обезбедија револуционерни истражувања за подобро разбирање на геодинамиката.
„Во принцип, можеме да дефинираме три различни параметриза експерименти на DRESDYN: ротација, прецесија и агол помеѓу две оски“, вели Гисеке. Тој и неговите колеги очекуваат да добијат одговори на основното прашање дали прецесијата всушност создава магнетно поле во спроводлива течност.
Пред неколку векови се роди концептот на магнетизам како физички феномен. Тој беше дефиниран како форма на интеракција помеѓу електрични полнежи кои постојано се во состојба на движење. Оваа интеракција се врши под влијание на друга невидлива сила - магнетно поле. Беше можно да се пресмета со помош на формули и да се создаде математички модел.
Забелешка 1
На крајот на 19-тиот и 20-тиот век, кога беа дефинирани основните концепти во класичната квантна физика, фокусирајќи се на физичките процеси што се случуваат во микрокосмосот. атомски честички, се роди квантната теорија на магнетизмот. Денес е утврдено дека квантните честички - бозони и фотони - учествуваат во овој процес.
Магнетна подложност
Научниците утврдиле дека за секое тело затворено во црна кутија, каде што има напон на излезот и не се напојува струја на влезот, можно е да се пресмета неговата преносна импеданса. Сепак, постои и концепт на магнетна подложност. Се карактеризира со функција на одговор. Овој одговор се применува на магнетно поле. Истражувачите веруваат дека е многу тешко точно да се пресмета магнетната подложност. Системот за пресметување ќе содржи многу големи бројки кои тешко се ракуваат. Во овој случај, се користи методот на составување анализа на магнетна подложност. Се формира врз основа на мерења и бара многу подготвителна работа.
Врз основа на нејзиното однесување, најмногу важни процесикои се јавуваат во системот што се проучува. Потоа се проучува и се прави анализа која ги зема предвид сите такви процеси. За спроведување на програмата за пресметка, неопходно е да се знае за процесите што се можни во таков систем, како и нивното влијание врз подложноста.
За да се одреди вредноста на подложност, неопходно е да се знаат индикаторите за магнетизација. Се создава со применето магнетно поле. При пресметувањето на општ начин се зема предвид зависноста на магнетното поле од просторни и временски координати. Кога полето зависи од времето, целиот систем е во топлинска рамнотежа. За да се пресмета функцијата на дистрибуција, потребно е да се земат предвид равенките на движење.
Максвеловите равенки содржат дефиниција за магнетен момент. Магнетизацијата се добива со просекување на магнетните моменти на јоните. За да се изврши просечност, неопходно е да се знае распределбата на јонските струи. ВО општ случајВо пресметките, таков концепт е непознат за математичарите, затоа постои објективна сложеност во целата теорија на магнетизам.
Научниците користат два методи за да го решат овој проблем:
- метод на локализиран момент;
- метод на делокализирани моменти.
Кога ќе се постигне резултатот од магнетизација, треба да се најде просечната вредност на операторот на тековниот магнетен момент.
Генерализирана подложност
Забелешка 2
Кога се разгледува концептот на чувствителност, обично се зема предвид средина каде што одговорот е присутен подеднакво на влијанието. Во нехомогена средина, одговорот зависи од повеќе високи степенивлијание.
Потоа се користи методот на секундарна квантизација. Магнетизмот во металните материи се јавува како феномен со повеќе фреквенции. Функцијата бранови со многу честички ја задоволува Шредингеровата равенка. Коефициентите во проширената функција зависат од квантни броеви. При користење на броеви за пополнување, статистиката се зема предвид не според коефициентите на проширување, туку според основните функции.
Магнетна Хамилтонија
Својствата на магнетизмот што се разгледуваат го должат своето потекло на електроните. Ова е потврдено експериментално. Утврдено е дека електронот има свој магнетен момент. Кога се опишува движењето на електронот, се користат релативистички методи на проучување, како и Диракова равенка и извори на терен.
При проучување на хомоген Хамилтонов со еден електрон, беше утврдено дека интеракцијата се јавува со електронот и неговата околина. Наједноставниот метод е да имате потенцијали со униформа надворешно поле. Како дополнителни изворикористена студија:
- електрично четириполско поле;
- еквивалентност на операторот;
- дипол магнетно поле;
- други електрони од истиот јон;
- кристално електрично поле.
За разлика од магнетниот Хамилтонов, кој е директен и генерален ако ги знаете неговите функции. Сепак, таквите податоци не се достапни, па не може да се постигнат точни пресметки.
Статичка подложност на неинтерактивните системи
Хамилтонецот се појавува како збир на поединечни поими. За други системи постојат елементи кои не се во интеракција. Бидејќи феноменот на магнетизам е силно поврзан со концептите на проводници и диелектрици, многу математичари ги користат при составувањето на квантната теорија на магнетизмот. Диелектриците се карактеризираат со дистрибуција на полнеж и добро се локализирани во одредена ќелија. Овие системи се опишани со локализирани ефективни вртења. Меѓутоа, поради фактот што во многу природни елементиАко магнетниот момент и неговата дистрибуција останат нејасни, тогаш понатамошните пресметки исто така се вршат со помош на специјални методи.
Физичарот Ландау спроведува експерименти на неферомагнетни метали. Статичкиот одговор беше проучен за прв пат користејќи применето поле. Неговиот колега исто така размислувал за спин парамагнетизам. Самиот Ландау направи обиди да го препознае орбиталниот дијамагнетизам.
При мерење на самата чувствителност, постојат многу специјални методи. Сите тие се засноваат на она што го јаде примерокот со специфична подложност. Ако примерокот се постави на крајот на нишалото што виси под прав агол на површината, ќе се генерира торзионски момент. Можно е да се избалансира вртежниот момент од примерокот со спротивен вртежен момент. Тоа се постигнува со поминување на електрична струја низ елемент од системот. Поминува низ соленоидот. Во други случаи, мерењето се сведува на мерење на струја, што е еднакво на нула поместување. За материјали со силно магнетно поле, се користи магнетометар со вибрирачки примерок.
Електронски учебник по физика
КСТУ-ККхТИ. Катедра за физика. Старостина И.А., Кондратиева О.И., Бурдова Е.В.
Да се движите низ текстот електронски учебникможе да се користи:
Притиснете со 1 копче PgDn, PgUp,, да се движите помеѓу страници и линии;
2- кликнување на левото копче на глувчето на избранототекст да отидете во бараниот дел;
3- кликнете со левото копче на означената икона@ да отидете на содржината.
МАГНЕТИЗАМ
МАГНЕТИЗАМ
1. ОСНОВИ НА МАГНЕТОСТАТИКАТА. МАГНЕТНО ПОЛЕ ВО ВАКУУМ
1.1. Магнетното поле и неговите карактеристики.@
1.2. Законот на Ампер.@
1.3. Законот Биот-Саварт-Лаплас и неговата примена за пресметување на магнетното поле. @
1.4. Интеракција на два паралелни спроводници со струја. @
1.5. Ефектот на магнетното поле на подвижна наелектризирана честичка. @
1.6. Законот за вкупна струја за магнетно поле во вакуум (теорема за циркулацијата на векторот Б). @
1.7. Векторски флукс на магнетна индукција. Гаусова теорема за магнетно поле. @
1. 8. Рамка со струја во еднообразно магнетно поле. @
2. МАГНЕТНО ПОЛЕ ВО МАТЕРИЈАТА. @
2.1. Магнетни моменти на атомите. @
2.2. Атом во магнетно поле. @
2.3. Магнетизација на супстанција. @
2.4. Видови магнети. @
2.5. Дијамагнетизам. Дијамагнети. @
2.6. Парамагнетизам. Парамагнетни материјали. @
2.7. Феромагнетизам. Феромагнети. @
2.8. Структура на домен на феромагнети. @
2.9. Антиферомагнети и ферити. @
3. ФЕНОМЕН НА ЕЛЕКТРОМАГНЕТНА ИНДУКЦИЈА. @
3.1. Основен закон за електромагнетна индукција. @
3.2. Феноменот на самоиндукција. @
3.3. Феноменот на меѓусебна индукција. @
3.4. Енергија на магнетно поле. @
4. МАКСВЕЛОВИ РАВЕНКИ. @
4.1. Теоријата на Максвел за електромагнетното поле. @
4.2. Првата Максвелова равенка. @
4.3. Струја на пристрасност. @
4.4. Втората равенка на Максвел. @
4.5. Максвеловиот систем на равенки во интегрална форма. @
4.6. Електромагнетно поле. Електромагнетни бранови. @
МАГНЕТИЗАМ
Магнетизам- гранка на физиката која ја проучува интеракцијата помеѓу електричните струи, помеѓу струите и магнетите (тела со магнетен момент) и помеѓу магнетите.
Долго време, магнетизмот се сметаше за целосно независна наука од електричната енергија. Сепак, голем број од најважните откритија од 19-20 век од страна на А. Ампер, М. Фарадеј и други ја докажаа врската помеѓу електричните и магнетните феномени, што овозможи да се смета доктрината за магнетизам како составен дел на доктрина за електрична енергија.
1. ОСНОВИ НА МАГНЕТОСТАТИКАТА. МАГНЕТНО ПОЛЕ ВО ВАКУУМ
1.1. Магнетното поле и неговите карактеристики. @
За прв пат, магнетните феномени беа постојано испитувани од англискиот лекар и физичар Вилијам Гилберт во неговата работа „За магнетот, магнетните тела и големиот магнет - Земјата“. Тогаш се чинеше дека струјата и магнетизмот немаат ништо заедничко. Само на почетокот на 19 век, данскиот научник Г.Х. Орстед ја изнесе идејата дека магнетизмот може да биде една од скриените форми на електрична енергија, што беше потврдено експериментално во 1820 година. Ова искуство доведе до лавина нови откритија кои беа од големо значење.
Бројни експерименти на почетокот на 19 век покажаа дека секој спроводник што носи струја и постојан магнет се способни да вршат сила низ просторот на други спроводници или магнети што носат струја. Ова се случува поради фактот што полето се појавува околу спроводниците и магнетите што носат струја, што е наречено магнетни.
За проучување на магнетното поле, се користи мала магнетна игла, суспендирана на конец или избалансирана на врв (сл. 1.1). Во секоја точка од магнетното поле, ќе биде стрелка лоцирана произволно
Сл.1.1. Насока на магнетно поле
Да разгледаме серија експерименти кои овозможија да се утврдат основните својства на магнетното поле:
Врз основа на овие експерименти, беше заклучено дека магнетното поле се создава само со поместување на полнежите или движење на наелектризираните тела, како и со постојани магнети. Така магнетното поле се разликува од електричното поле кое се создава и од подвижни и од неподвижни полнежи и делува и на едното и на другото.
Главната карактеристика на магнетното поле е векторот на магнетна индукција 
. Насоката на магнетна индукција во дадена точка на полето се зема како насока по која се наоѓа оската на магнетната игла од S до N во дадена точка (сл. 1.1). Графички, магнетните полиња се претставени со линии на магнетна индукција, односно криви чии тангенти во секоја точка се совпаѓаат со насоката на векторот Б.
Овие линии на сила може да се видат со помош на железни гребени: на пример, ако распрснете пилевина околу долг правилен проводник и поминете струја низ него, филовите ќе се однесуваат како мали магнети, поставени по линиите на магнетното поле (сл. 1.2).
Како да се одреди насоката на векторот 
во близина на проводник што носи струја? Ова може да се направи со користење на правилото на десната рака, што е илустрирано на сл. 1.2. Палецот на десната рака е ориентиран во насока на струјата, а потоа останатите прсти во свиткана положба ја покажуваат насоката на линиите на магнетното поле. Во случајот прикажан на сл. 1.2, линиите 
се концентрични кругови. Векторските линии на магнетна индукција се секогаш затворенаи покријте го спроводникот што носи струја. Така тие се разликуваат од линиите на електричното поле, кои започнуваат на позитивни полнежи, а завршуваат на негативни полнежи, т.е. отворени. Магнетните индукциски линии на постојан магнет го напуштаат едниот пол, наречен север (N) и влегуваат во другиот, југ (S) (сл. 1.3а). На почетокот се чини дека постои целосна аналогија со линиите на јачината на електричното поле E, при што половите на магнетите ја играат улогата на магнетни полнежи. Меѓутоа, ако пресечете магнет, сликата е зачувана, добивате помали магнети со свои северни и јужни полови, т.е. Невозможно е да се одвојат половите бидејќи слободните магнетни полнежи, за разлика од електричните полнежи, не постојат во природата. Утврдено е дека внатре во магнетите има магнетно поле и линиите на магнетна индукција на ова поле се продолжение на линиите на магнетна индукција надвор од магнетот, т.е. затворете ги. Како постојан магнет, магнетното поле на соленоидот е калем од тенка изолирана жица со должина многу поголема од дијаметарот низ кој тече струја (сл. 1.3б). Крајот на соленоидот, од кој се гледа струјата во серпентина како тече спротивно од стрелките на часовникот, се совпаѓа со северниот пол на магнетот, а другиот со јужниот. Магнетна индукција 
во системот SI се мери во N/(A∙m), на оваа величина се дава посебно име - тесла.
СО 
Според претпоставката на францускиот физичар А. електрични струи на атомска скала. Такви микроскопски струи, предизвикани од движењето на електроните во атомите и молекулите, постојат во секое тело. Овие микроструи создаваат сопствено магнетно поле и самите можат да ротираат во надворешни полиња создадени од спроводници што носат струја.На пример, ако спроводник кој носи струја е поставен во близина на тело, тогаш под влијание на неговото магнетно поле микроструите во сите атоми се ориентирани на одреден начин, создавајќи дополнително магнетно поле. Ампер не можеше да каже ништо за природата и карактерот на овие микроструи во тоа време, бидејќи доктрината за структурата на материјата беше сè уште во почетната фаза. Хипотезата на Ампер беше брилијантно потврдена само 100 години подоцна, по откривањето на електронот и појаснувањето на структурата на атомите и молекулите.
Магнетните полиња кои постојат во природата се разликуваат по обем и по ефектите што ги предизвикуваат. Земјиното магнетно поле, кое ја формира магнетосферата на Земјата, се протега на растојание од 70 - 80 илјади km во правец на Сонцето и многу милиони километри во спротивна насока. Во вселената блиску до Земјата, магнетното поле формира магнетна стапица за наелектризираните честички со висока енергија. Потеклото на магнетното поле на Земјата е поврзано со движењата на проводната течна материја во јадрото на земјата. Од други планети сончев системсамо Јупитер и Сатурн имаат забележителни магнетни полиња. Магнетното поле на Сонцето игра клучна улога во сите процеси што се случуваат на Сонцето - изгореници, појава на дамки и проминенции, раѓање на сончеви космички зраци.
Магнетните полиња се широко користени во различни индустрии, особено при чистење на брашно во пекари од метални нечистотии. Специјалните просејки за брашно се опремени со магнети кои привлекуваат мали парчиња железо и неговите соединенија кои можат да бидат содржани во брашното.