Движение электронов вдоль проводов

ЭЛЕМЕНТЫ НОВОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Человеческая цивилизация, развиваясь, увеличивает потребление энергии.Темпы роста этого потребления быстро сокращают энергетические ресурсы нашей планеты, заложенные в её недрах. Это стимулирует учёных к поиску новых источников энергии. Но никто из них не обращает внимание на значительные резервы уже существующих электрических энергетических систем. Обусловлено это, элементарной физической ошибкой, введенной математиками, как первопроходцами науки, в процесс измерения электрической энергии. Дальше мы детально проанализируем эту ошибку. Она заложена в математические программы всех электронных электроизмерительных приборов, в том числе и в электронные программы осциллографов, а также реализуется в электронных и в электромеханических счётчиках электроэнергии, параметры которых рассчитываются на основе ошибочных математических формул. А сейчас кратко познакомимся с основными носителями электрической энергии: электронами, протонами и ионами. Детально эти носители описаны в первом томе монографии [1]. Здесь мы представим лишь краткую информацию о них, которая поможет нам понимать процессы рождения, передачи и использования электрической энергии.

ЭЛЕКТРОН

Электрон – главный и в большей части единственный носитель электричества. Он имеет тороидальную структуру (рис. 1, а) с двумя вращениями: относительно центральной оси и относительно кольцевой оси полого тора. На рисунке 1, а показана лишь часть магнитных силовых линий электрона. Если показать всю их совокупность, то электромагнитная форма электрона будет близка к форме яблока. Со стороны плодоножки яблока располагается южный магнитный полюс электрона, в который входят магнитные силовые линии, а в верхней части – северный магнитный полюс из которого выходят магнитные силовые линии. Давно условились считать, что заряд электрона отрицательный, поэтому, как считалось, электроны всегда только отталкиваются друг от друга. Однако, уже имеются экспериментальные данные, доказывающие формирование электронных кластеров (рис. 1, b). Новая теория электрона объясняет этот факт тем, что разноимённые магнитные полюса могут сближать электроны, а одноимённые электрические заряды ограничивать их сближение. В результате образуются кластеры электронов (рис. 1, b). Это неустойчивые структуры. Они легко разрушаются.

а)

b)

Рис. 1. а) схема теоретической модели электрона

(показана лишь часть магнитных силовых линий);

b) схема электронного кластера;

Формирование тороидальной структуры электрона описывается, примерно, 50-ю математическими моделями, в которых содержатся 23 константы. Главная из них – радиус осевой линии тора. Он рассчитывается по нескольким математическим моделям, которые дают один и тот же результат. Вот одна из таких моделей

. (1)

Теоретическая величина радиуса кольцевой оси тора свободного электрона (рис. 1, a) строго постоянна и равна . Она отличается от его экспериментальной величины в 6-м знаке после запятой .

Угловая скорость вращения свободного электрона определяется по формуле

(2)

Напряженность магнитного поля внутри тороидальной модели электрона равна

(3)

Напряженность электрического поля на поверхности тора очень большая

. (4)

Это, можно сказать, колоссальная напряженность. Она превосходит напряжённости электрических полей, созданных человеком, почти на восемь порядков. Следующая важная информация: векторы магнитного момента электрона и его спина направлены вдоль ост вращения от южного магнитного полюса к северному (рис. 1).

Протон и нейтрон

Модель протона в виде сплошного тора (рис. 2) подтверждается расчётами его параметров, совокупность которых даёт ряд величин, соответствующих их экспериментальным значениям. Один из таких параметров – радиус осевой линии тора (рис. 2). Его величина (5) близка к интервалу изменения размеров ядер атомов , в состав которых входит протон.

. (5)

Рис. 2. Модель протона

Если протон имеет форму тора, заполненного эфирной субстанцией, то объёмная плотность этой субстанции должна быть близка к плотности ядер атомов .

(6)

Напряженность магнитного поля вблизи геометрического центра протона можно рассчитать, используя его фотонную энергию , по формуле

(7)

Напряжённость электрического поля на поверхности тора протона на 8 порядков больше соответствующей напряжённости у электрона.

. (8)

Протон отличается от электрона не только тем, что его тор сплошной, но и тем, что векторы магнитного момента и спина протона направлены противоположно друг другу (рис. 2). Это очень важное отличие, которое играет решающую роль при формировании ядер, атомов, молекул и кластеров. Но для нас важно знать, как ведут себя электроны и протоны, находясь вблизи друг друга. Они сближаются линейно. Здесь возможны два варианта и оба они подтверждаются экспериментально.

Если процессом сближения электрона и протона управляют их разноимённые электрические заряды и разноимённые магнитные полюса, то протон поглощает электрон и превращается в нейтрон. Известно, что разность между массой нейтрона и протона равна . Масса нейтрона (рис. 3) больше массы протона на 2,531 масс электрона ( ). Из этого следует, чтобы протон стал нейтроном, он должен захватить 2,531 электрона.

Поскольку не существует электронов с дробной массой, то протон должен поглощать целое число электронов. Если он поглотит три электрона, а его масса увеличится только на 2,531 масс электрона, то возникает вопрос: куда денется остаток массы электрона ?

Рис. 3. Схема модели нейтрона

Современная физика нарушенный баланс масс в этом процессе объясняет просто: рождением нейтрино, которое не имеет заряда, поэтому, как считается, её очень сложно зарегистрировать. Однако уже есть более правдоподобная гипотеза: не поглощённая часть электрона разрушается, превращаясь в эфир, из которого сотоят все элементарные частицы.

Если процесс сближения электрона с протоном управляется их разноимёнными электрическими зарядами и одноимёнными магнитными полюсами, которые ограничивают их сближение, то образуется атом водорода (рис. 4), который существует лишь в плазменном состоянии в интервале температур 2700-10000 град. Из этого факта автоматически следует невозможность совместного существования свободных электронов и протонов и ошибочность всей электродинамики и статики. Но мы не будем отвлекаться на анализ этих проблем, так как они детально описаны в монографии [1]. Нас интересует лишь та информация об электронах и протонах, которая необходима для анализа участия этих элементарных частиц в формировании, передаче и приёме электрической энергии. Началом этой информации является новая электродинамика взаимодействия основных носителей электрической энергии.

Рис. 4. Теоретическая модель атома водорода и его размеры в невозбуждённом состоянии

Электродинамика – раздел физики, в котором изучаются носители электричества, формируемые ими электрические и магнитные поля, а также взаимодействия между ними. Она родилась в начале 19-го века, во времена Фарадея и Максвелла.

Экспериментальной основой существующей электродинамики является закон электромагнитной индукции, открытый Майклом Фарадеем в 1831 году. Суть этого закона кратко можно выразить так: переменное электрическое поле создаёт магнитное поле, а переменное магнитное поле создаёт электрическое поле. На основании этого считается, что работа электромоторов, электрогенераторов, трансформаторов и других многочисленных электротехнических устройств – результат взаимодействия электрических и магнитных полей. Проверим связь таких представлений с реальностью.

Движение электронов вдоль проводов

(Плюс – минус, юг-север)

Мы уже показали, что электрон представляет собой полый тор, который имеет два вращения: относительно оси симметрии и относительно кольцевой оси тора. Вращение относительно кольцевой оси тора формирует магнитное поле электрона, а направления магнитных силовых линий этого поля формируют два магнитных полюса: северный N и южный S (рис. 1). Вращением электрона относительно центральной оси управляет кинетический момент - векторная величина. Магнитный момент электрона - тоже величина векторная, совпадающая с направлением вектора кинетического момента (спина) электрона. Оба эти вектора направлены вдоль центральной оси вращения тора от южного магнитного полюса (S) электрона к северному (N) (рис. 1) Формированием столь сложной структуры электрона управляют более 20 констант. Имея эту общую информацию о структуре электрона, приступим к анализу его поведения в проводах.

Так как протоны находятся в ядрах атомов, а электроны на поверхности атомов, то вполне естественно, что в проводе могут быть свободными только электроны. В результате возникает вопрос: каким образом в проводе с постоянным током формируется на одном конце плюсовой потенциал, носителем которого являются протоны, а на другом - минусовый, носителем которого являются электроны? [1].

Чтобы найти ответ на выше сформулированный вопрос, проанализируем работу плазмоэлектролитической ячейки (рис. 5, патент № 2157862). Сущность процесса работы этой ячейки заключается в следующем. Так как площадь поверхности катода 1 в десятки раз меньше площади поверхности анода 2, то большая плотность тока на поверхности катода 1 формирует поток положительных ионов электролитического раствора, направленных к нему. Раствором заполняется вся внутренняя полость ячейки.

Рис. 5. Схема плазмоэлектролитической ячейки:

1-катод и входной патрубок для раствора; 2-анод в виде цилиндра;

3 - выпускной патрубок парогазовой смеси; Р-Р – зона плазмы

Известно большое электрическое сопротивление чистой воды. Чтобы уменьшить это сопротивление и увеличить её электропроводность, надо ввести в раствор ионы, которые имели бы на одном конце главной оси электрон, а на другом - протон. В этом случае такие ионы легко объединяются в линейные кластеры с разными знаками электрических зарядов на их концах, что и приводит к формированию электрических цепей в растворе, которые увеличивают его электропроводность. В качестве примера можно рассмотреть присутствие в воде иона (рис. 6), который придаёт ей щелочные свойства.

Рис. 6. Схемы: а) гидроксила ;

b) кластера ионов сориентированного в электрическом поле (Р, 1 – атом водорода)

На рис. 6, а представлена схема гидроксила , а на рис. 6, b– схема кластера . На одном конце его оси кластера расположен электрон атома кислорода, а другой - завершается протоном атома водорода. Таким образом, гидроксил – идеальное звено электрической цепи. Эти ионы под действием приложенного напряжения формируют линейные кластеры с положительным и отрицательным знаками электрических зарядов на концах (рис. 6, b). В результате электрический импульс напряжения передаётся вдоль этого кластера [1] .

Конечно, ток не течёт вдоль кластера. Он формируется благодаря тому, что ион гидроксила , расположенный на конце кластера у анода (+) (рис. 6, b), отдаёт ему свой электрон , а протон атома водорода у иона , расположенного у катода (-), получает электрон из сети.

Если к этому добавить тот факт, что водород выделяется у катода (-), а кислород у анода (+), то электроны во внешней цепи АВС (рис. 5) движутся от анода (+) к катоду (-). Этот очевидный факт противоречит учебникам, в которых утверждается, что электроны движутся по проводу от его минусового конца к плюсовому. Поэтому мы будем придерживаться описанного неоспоримого экспериментального факта о движении электронов в цепи постоянного тока от плюса (+) к минусу (-).

В электролитическом растворе ячейки ионы, сориентированные приложенным потенциалом так, что их концы с положительно заряженными протонами движутся к катоду, и образуют в растворе электрическую цепь. При этом приложенный потенциал может отрывать протоны атомов водорода от ионов, и они, отделившись от ионов и молекул воды или от ионов, устремляются к катоду, из которого из сети им навстречу движутся электроны. Таким образом, электроны, испущенные катодом, соединяются с протонами, движущимися в растворе к катоду, и образуются атомы водорода (рис. 4), которые существуют в плазменном состоянии. В результате в зоне Р катода 1 (рис. 5) образуется плазма атомарного водорода с температурой до 10000 С [1]. Величина температуры зависит от плотности раствора и величины приложенного напряжения. Чем они больше, тем выше температура плазмы.

Анализируя электролитический процесс, протекающий в ячейке (рис. 5), необходимо учесть, что протоны почти всех атомов расположены в ядрах достаточно глубоко от их поверхностной зоны. Кроме того, они экранированы электронами. Исключением является атом водорода (рис. 4), представляющий собой стержень, на одном конце которого отрицательно заряженный электрон , а на другом – положительно заряженный протон . Благодаря этому, в электролитическом растворе появляются положительный и отрицательный потенциалы, генерируемые электронами и протонами атомов водорода, находящимися в составе ионов (рис. 6).

Новые свободные электроны приходят в электролитический раствор из катода (-) (рис. 5, 6) и, соединяясь с протонами, образуют атомы водорода (рис. 4), а ионы несут лишние электроны к аноду (+).

Таким образом, отрицательно заряженные ионы собираются у анода и передают ему лишние электроны, которыедвижутся по проводу от плюса (+) к минусу (-) (рис. 5, АВС) Поскольку соседство свободных электронов и свободных протонов заканчивается формированием атомов водорода, которые существуют лишь в плазменном состоянии (рис. 5, зона Р..Р), то исключается одновременное существование свободных электронов и свободных протонов в проводе, по которому течёт ток. Из этого следует, что носителями электричества в проводах являются только электроны.

Таким образом, анализ электролитического процесса, протекающего в электролитической ячейке (рис. 5), показывает, что в электролитическом растворе электроны движутся в составе ионов 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, 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 проводах, электротехнических и электронных устройствах.

Итак, наличие модели электрона (рис. 1) позволяет нам приступить к поиску ответа на поставленный вопрос. Вполне естественно, что его надо базировать на экспериментальных данных. Начнём с самого простого – изучения процесса отклонения стрелки компаса, положенного на провод или под провод, по которому течёт постоянный ток.

На рис. 7 показана электрическая схема, направления проводов которой сориентированы плюсовыми концами на юг (S), а минусовыми - на север (N). При отсутствии тока в проводе направление стрелок компасов А, В, С и D совпадают с направлением правого и левого проводов на север N. При включении тока вокруг провода возникает магнитное поле и стрелки компасов отклоняются [1].

Когда электроны движутся по проводу в направлении с юга (S) на север (N), то стрелка компаса A, расположенного над проводом, отклоняется вправо, а стрелка компаса B, расположенного под проводом, – влево (табл. 1). Из этих результатов следует, что магнитное поле вокруг провода закручено против хода часовой стрелки и имеет магнитный момент . Наличие модели электрона (рис. 1) с известным направлением вектора его магнитного момента даёт нам основание полагать, что магнитное поле вокруг провода формируется совокупностью магнитных полей электронов, сориентированных вдоль провода таким образом, что направления векторов магнитных моментов каждого электрона совпадают с направлением вектора магнитного момента поля, образующегося вокруг провода (рис. 7 и 8).

Таблица 1. Углы отклонения стрелок компасов A и B при различных токах (рис. 7)

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

Те же электроны, которые движутся по правому проводу с севера (N) на юг (S), формируют вокруг него противоположно направленное магнитное поле и стрелки аналогичных компасов С и D отклоняются противоположно отклонению стрелок компасов А и В (рис. 7).

Рис. 7. Схема эксперимента по формированию магнитного поля электронами ,

движущимися по проводу

На рис. 8 представлены схемы магнитных полей вокруг проводов. Вполне естественно, что эти поля формируют электроны, движущиеся по проводам (рис. 7). Из схемы магнитного поля вокруг провода (рис. 7, а , 8, а) следует, что оно может быть сформировано лишь в том случае, если северные магнитные полюса электронов (рис. 1) направлены вверх, в сторону минусового конца провода, а южные - вниз, в сторону плюсового конца провода (рис. 7, а).

На рис. 7, b) электроны движутся вниз и формируют вокруг провода магнитное поле (рис. 8, b), направление которого противоположно направлению магнитного поля вокруг провода, когда электроны движутся вверх (рис. 8, а) Это означает, что плюсовой конец провода эквивалентен южному магнитному полюсу (S), а минусовой – северному (N) (рис. 8) [1]. Из этого эксперимента следует, что магнитное поле вокруг провода при такой его ориентации закручено против хода часовой стрелки и имеет магнитный момент .

Неопровержимость этого факта подтверждена ещё в 1984 году другим элементарным экспериментом, поставленным инженером А.К Сухвал [1]. Он взял подковообразный магнит из электромагнитного материала с напряжённостью магнитного поля порядка 500 Э и присоединил к его полюсам щупы чувствительного микроамперметра, который начал показывать ток порядка 0,10-0,20 (рис. 9).

Рис. 8. 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

Рис. 9. Эксперимент инженера А.К. Сухвал [1]

При этом плюсовой щуп микроамперметра подсоединялся к южному полюсу S магнита, а минусовой - к северному N. Это убедительное доказательство движения электронов по проводам микроамперметра от плюса к минусу, а точнее от южного магнитного полюса к северному. Особо отметим, что эту информацию мы получили 15.06.09, то есть значительно позже того, как описали процесс движения электронов от плюса к минусу и многократно опубликовали его.

Итак, результаты эксперимента, представленные на рис. 7 и в табл. 1, показывают, что направление магнитного поля, формирующегося вокруг провода, совпадает с направлением вращения свободных электронов в нём (рис. 7, 8), поэтому направление тока совпадает с направлением движения электронов, а не наоборот, как это написано в учебниках.

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. 7, 8).

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. 7, 8) к минусовой. Такая картина полностью согласуется со структурой электронов (рис. 1) 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 постулаты о структуре электрона и его движении по проводам. Для этого обратим внимание на то (рис. 7), 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. Пятый- направление вектора магнитного момента вокруг провода совпадает с направлениями векторов магнитных моментов электронов . Шестой – вектор спина электрона совпадает с вектором его магнитного момента (рис. 8).