Плюс – минус, юг-север

Чтобы найти ответ на выше сформулированный вопрос, проанализируем работу плазмоэлектролитической ячейки (Патент № 2157862, рис. 114).

Сущность процесса работы плазмоэлектролитической ячейки (рис. 114) заключается в следующем. Так как площадь поверхности катода 1 в десятки раз меньше площади поверхности анода, то большая плотность тока на поверхности катода 1 формирует поток положительных ионов раствора, направленных к нему. В этом потоке есть и положительно заряженные протоны атомов водорода, отделившиеся от молекул воды. Они взаимодействуют с электронами, пришедшими из сети и испущенными катодом, образуют атомы водорода, совокупность которых формирует в растворе, в зоне Р катода 1, плазму атомарного водорода с температурой до 5000 С (рис. 114).

Отрицательно заряженные ионы собираются у анода. Они передают лишние электроны аноду и те движутся по проводуот плюса (+) к минусу (-). Поскольку соседство свободных электронов и свободных протонов заканчивается формированием атомов водорода, которые существуют лишь в плазменном состоянии (рис. 114, зона Р..Р), то исключается одновременное существование свободных протонов и свободных электронов в проводе, по которому течёт ток.

Рис. 114. Схема плазмоэлектролитической ячейки: 1-катод и входной патрубок для раствора; 2-анод в виде цилиндра; 3 - выпускной патрубок парогазовой

смеси; Р-Р – зона плазмы

Таким образом, анализ электролитического процесса, протекающего в электролитической ячейке (рис. 114), показывает, что в электролитическом растворе электроны движутся от минуса к плюсу, а в проводе - от плюса к минусу.

Если источником питания является аккумулятор или батарея, то знаки плюс (+) и минус (-) принадлежат их клеммам. Тут всё понятно. А если источником постоянного напряжения является выпрямитель, подключённый к сети переменного тока и элетрогенератор, то появление плюса и минуса на клеммах выпрямителя формирует серию вопросов.

Генератор электростанции генерирует переменное напряжение, носителями которого являются только электроны. Откуда же тогда на клеммах выпрямителя появляются знаки плюс и минус? Это вопрос электрикам и электронщикам. Почему они мирятся с описанным противоречием? Но мы не имеем права игнорировать его, так как отсутствие ответа на этот вопрос формирует искажённые представления о сути процессов, протекающих в электротехнических и электронных устройствах.

Итак, наличие модели электрона (рис. 38) позволяет нам приступить к поиску ответа на поставленный вопрос. Вполне естественно, что его надо базировать на экспериментальных данных. Начнём с самого простого эксперимента – изучения процесса и причин отклонения стрелки компаса, положенного на провод или под провод, по которому течёт ток.

Вход в новую электродинамику базируется на школьных экспериментах с использованием самого древнего прибора – компаса. Покажем это на одном примере. На рис. 115 представлена схема школьного эксперимента. Левый и правый провода сориентированы с Юга (S) на Север (N). Компасы А и D положены на провода, а компасы В и С – под провода. При разрыве цепи стрелки всех 4-х компасов показывают строго на север. При кратковременном замыкании электрической цепи (рис. 115, ключ К) стрелки компасов отклоняются в стороны, показанные на рисунке жирными длинными стрелками. Из отклонений этих стрелок следует, что вокруг провода формируется магнитное поле и его направление можно характеризовать общим вектором .

Рис. 115. Схема эксперимента по формированию магнитного поля электронами , движущимися по проводу

Как видно (рис. 115), вокруг левого провода магнитное поле закручено против часовой стрелки, а вокруг правого – по часовой стрелке. Известная модель электрона (рис. 38) убеждает нас, что магнитное поле вокруг провода формирует совокупность магнитных полюсов электронов, сориентированных вдоль провода при замыкании электрической цепи. Угол отклонения стрелок компасов зависит от величины тока в проводе в момент замыкания цепи (табл. 40).

Таблица 40. Углы отклонения стрелок компасов A и B при различных токах (рис. 115)

Ток, I	, град.	, град
1,0 А	34,0	33,0
2,0 А	48,0	50,0
3,0 А	57,0	58,0

Из схемы магнитного поля вокруг левого провода (рис. 115 и 116, а) следует, что оно может быть сформировано лишь в том случае, если северные магнитные полюса электронов (рис.38) направлены вверх, в сторону минусового конца (-) провода, а южные - вниз, в сторону плюсового конца (+) провода (рис. 116, а).

По правому проводу на рис. 1 электроны движутся вниз и формируют вокруг провода магнитное поле (рис. 116, b), направление которого противоположно направлению магнитного поля вокруг провода, когда электроны движутся вверх (рис. 116, а) Это означает, что плюсовой конец провода эквивалентен южному магнитному полюсу (S), а минусовой – северному (N) (рис. 115) [1], [2].

Итак, результаты школьного эксперимента, представленные на рис. 115 и в табл. 40, показывают, что направление магнитного поля, формирующегося вокруг провода, совпадает с направлением вращения свободных электронов в нём (рис. 38 и 116), поэтому направление тока совпадает с направлением движения электронов [1], [2].

Рис. 116. Схемы движения электронов в проводе от плюса (+) к минусу (-) и формирования на его концах южного (S) и северного (N) магнитных полюсов и магнитного поля вокруг провода: а) электроны ориентированы вверх;

b) электроны ориентированы вниз

Таким образом, направления силовых линий магнитного поля, образующегося вокруг провода с током, соответствуют такой ориентации свободных электронов в нём, при которой они движутся от плюса к минусу, ориентируясь так, что южные полюса магнитных полей электронов оказываются направленными к плюсовому концу провода, а северные - к минусовому (рис. 115 и 116).

Этот простой пример ярко демонстрирует, что если источником питания является аккумулятор или батарея, то электроны движутся по проводам от плюсовой клеммы аккумулятора или батареи (рис. 115 и 116) к минусовой. Такая картина полностью согласуется со структурой электронов (рис. 38) и однозначно доказывает, что свободные электроны провода с постоянным напряжением повёрнуты южными магнитными полюсами к положительному концу провода, а северными – к отрицательному.В этом случае не требуется присутствие в проводах свободных протонов для формирования положительного потенциала, так как свободные электроны провода формируют на его концах не разноимённые электрические заряды, а разноимённые магнитные полюса.

Из новых представлений о поведении электронов в проводе следует необходимость заменить представления о плюсовом и минусовом концах проводов сети с постоянным напряжением на концы с северным и южным магнитными полюсами. Однако, процесс реализации этой необходимости будет длительный. Но он, как мы увидим дальше, неизбежен, так как углубление представлений о реальных электродинамических процессах невозможно без новых условностей в обозначении концов электрических проводов.

Таким образом, экспериментальная информация, которую мы привели, позволяет сформулировать первые предположения (постулаты) о структуре электрона и его движении по проводам. Для этого обратим внимание на то, что экспериментальный провод сориентирован с юга (S) на север (N) и южный конец этого провода подключён к плюсовой (+) клемме генератора (G) постоянного тока (возможно подключение и к плюсовой клемме выпрямителя).

Итак, формулируем постулаты. Первый - электроны, движутся по проводу от плюса (+) к минусу (-) . Второй – электроны имеют вращающуюся электромагнитную структуру. Третий – электроны вращаются против часовой стрелки и имеют собственные магнитные моменты . Четвёртый - магнитные поля движущихся и вращающихся электронов формируют суммарное магнитное поле, которое выходит за пределы провода. Направление вектора магнитного момента вокруг провода совпадает с направлениями векторов магнитных моментов электронов (рис. 115 и 116). Чтобы понимать, как взаимодействуют магнитные поля, которые формируются вокруг проводов с током при различном его направлении, проанализируем взаимодействие магнитных полюсов постоянных магнитов (рис. 117).

Как видно (рис. 117, а), у разноименных магнитных полюсов, сближающих друг друга, магнитные силовые линии в зоне контакта полюсов (рис. 117, а, точки а) направлены навстречу друг другу , а у одноименных магнитных полюсов, отталкивающих друг друга (рис. 117, b, точки b), направления магнитных силовых линий в зоне контакта полюсов совпадают [1].

Рис. 117. Схема взаимодействия магнитных силовых линий стержневых магнитов

Из описанного процесса взаимодействия магнитных полюсов постоянных магнитов следует, что если у двух параллельных проводов ток будет течь в одном направлении (рис. 5, а), то силовые линии магнитных полей, формирующихся в плоскости, перпендикулярной проводам, в зоне их контакта будут направлены навстречу друг другу и провода будут сближаться, как разноименные полюса магнитов (рис. 117, а) [1].

Из описанного процесса взаимодействия магнитных полюсов постоянных магнитов следует, что если у двух параллельных проводов ток будет течь в одном направлении (рис. 118, а), то силовые линии магнитных полей, формирующихся в плоскости, перпендикулярной проводам, в зоне их контакта будут направлены навстречу друг другу и провода будут сближаться, как разноименные полюса магнитов (рис. 118, а).

Если же направление тока у параллельных проводов будет противоположно (рис. 118, b), то направления магнитных силовых линий, образующихся при этом магнитных полей, будут совпадать по направлению в зоне их контакта и такие провода будут удаляться друг от друга, как и одноименные полюса стержневых магнитов (рис. 118, b).

А теперь обратим внимание на взаимодействие силовых линий магнитного поля постоянного магнита с силовыми линиями магнитного поля, формируемого электронами, движущимися от плюса к минусу по проводу (рис. 119). В зоне D силовые линии направлены навстречу друг другу, поэтому они сближаются, как и силовые линии магнитных полей двух проводов с равнонаправленным током (рис. 117, а). В результате возникает сила , смещающая провод влево.

С другой стороны провода, в зоне А, направления силовых линий постоянного магнита и магнитного поля, сформированного движущимися по проводу электронами, совпадают по направлению. В этом случае, как следует из рис. 119, b, силовые линии отталкиваются и также формируют силу, направленную влево. Так формируется суммарная сила, перемещающая провод с током в магнитном поле.

Рис. 118. Схема взаимодействия магнитных полей параллельных проводов

с током

Рис. 119. Схема движения провода с током в магнитном поле

Как видно, перемещение провода происходит в результате взаимодействия магнитных полей постоянного магнита и провода с током. Нет здесь взаимодействия электрического и магнитного полей, на котором базируется теория всей современной электротехники.

Если же в магнитном поле движется провод без тока (рис. 120), то в нём генерируется напряжение. Внешнее магнитное поле ориентирует свободные электроны в проводе так, чтобы магнитные силовые линии их суммарного магнитного поля вокруг провода формировали сопротивление его перемещению (рис. 120).

Движение электронов вдоль провода (рис. 120) от плюса к минусу возникает благодаря принудительному перемещению провода со скоростью в магнитном поле постоянного магнита в левую сторону.

В зоне D магнитные силовые линии постоянного магнита и магнитные силовые линии провода с током направлены в одну сторону и буду отталкиваться друг от друга, препятствуя перемещению провода в левую сторону. В зоне А указанные силовые линии будут направлены навстречу друг другу и будут сближаться и также препятствовать перемещению провода в левую сторону (рис. 120). Из этого следует, что перемещение электронов вдоль провода от плюса к минусу возможно только при принудительном перемещении провода в левую сторону.

Рис. 120. Схема генерирования тока в проводе, движущемся в магнитном поле

Таким образом, работа электромоторов и электрогенераторов базируется на взаимодействии только магнитных полей, но не магнитных и электрических, как считалось ранее.