Modelul fizic cuantic
Soluția oricărei probleme începe cu declarația sa. Pentru a începe procesul de rezolvare, este nevoie cel puțin de o conștientizare a faptului că problema există. In nici un electrodinamicii cuantice Acum descriu curent electric, nu există nici o descriere cuantică a conductorului câmp magnetic cu, nici o descriere cuantică Amperi curent de forță.
În această lucrare se propune un mecanism cuantic al curentului electric. Viteza unui curent electric cuantic este egală cu viteza luminii, ca și în experiment. În teoria cuantică a curentului electric, multe contradicții dintre teorie și experiment, caracteristice teoriei clasice a curentului electric, au fost eliminate.
Teoria cuantică a curentului electric derivă din cea clasică. Pentru trecerea la teoria cuantică a curentului electric este necesar să ne reamintim încă o dată ce știm despre curentul electric din secțiunea circuitului - consumatorul curentului.
1. Pentru existența unui curent electric la un conductor, este necesar să se furnizeze energie din exterior sub forma unui câmp electric.
2. Câmpul electric se propagă de-a lungul conductorului la viteza luminii și interacționează cu electronii materialului conductor aflat deja în conductor.
3. Această interacțiune, care este acum necunoscută, formează câmpul magnetic al conductorului.
Electrodinamica clasică presupune participarea la procesarea curentului electric a următoarelor cantități fizice:
1. Tensiune sau diferență de potențial. Apare atunci când circuitul este închis. Caracteristicile acestui vector sunt direcția de-a lungul conductorului de la plus la minus.
2. curent electric. Cantitate scalară. Nu există direcții.
Apare pe segmentul de circuit - consumatorul curentului după tensiune sau diferența de potențial de sursa externă este aplicat acestei secțiuni. Există în detrimentul energiei sursei curente.
3. Câmpul magnetic. Direcția este conformă cu regula călăului.
Locația este în afara conductorului, într-un plan perpendicular pe direcția diferenței de potențial.
4. Radiusul este un vector. În prezent, nu este denumit, deoarece tipul de interacțiune pe care îl poartă nu este cunoscut.
Sensul fizic al vectorului de rază. un vector intermediar între vectorul curentului electric și vectorul câmpului magnetic. Transferă interacțiunea forței. Din câmpurile fizice cunoscute, numai câmpul gravitațional este potrivit pentru el.
Acest vector schimba semn când direcția de schimbare a energiei. La consumul de energie electrică direcția - de la un vector de curent electric la un vector de câmp magnetic. Atunci când se generează energie electrică, direcția sa este de la vectorul inducției magnetice la vectorul de curent electric.
Un cuantum de curent electric
În modelul fizic cuantic al curentului electric, cea mai mică cantitate de energie electrică este una cuantică.
Din fizica cuantică se știe că într-un conductor solid de primul fel, gazul de electroni este foarte degenerat. Aceasta înseamnă: în primul rând, că conceptul clasic al unui curent electric ca mișcare dirijată a unui gaz electron nu are un suport fizic al curentului electric. În al doilea rând, aceasta înseamnă că fiecare electron în fiecare moment al timpului aparține unui anumit atom, adică se află într-o anumită orbită cuantică.
Capătul pozitiv al conductorului diferă de capătul minus al concentrației de electroni inferioare. Dacă fiecare electron aparține unui atom, atunci o concentrație mai mică de electroni înseamnă că, la capătul plus al conductorului, electronii sunt în orbite mai îndepărtate decât pe cel negativ.
Fig. 1. Un cuantum de curent electric în zona de valoare - consumatorul curentului.
Direcția curentului în conductoare de primul tip în electrodinamică este considerată direcția încărcărilor pozitive. Direcția câmpului magnetic este determinată de regula conducătorului. Magnitudinea unui cuantum de flux magnetic este, de asemenea, cunoscută:
Electronii implicate în procesul de trecerea unui curent electric prin conductorul de pe porțiunea de circuit - curentul de consum comite tranzițiile cuantice prin energia sursei de curent pe întreaga lungime a conductorului. Trecerea unui electron de la un nivel cuantic la un alt site pe lanțul - curentul de consum este însoțită de emisie a unui cuantum de energie în formă gravitonului. Pe de altă parte, transferul de electroni de la un nivel cuantic la un alt site pe lanțul - al sursei de curent este însoțită de absorbție a energiei fotonice in forma gravitonului.
Electronii care nu participă la procesul de curgere a curentului electric nu își schimbă starea de energie.
În modelul fizic cuantic al curentului electric, se presupune că un curent electric curge pe porțiunea de circuit - curentul de consum, există o transformare consistentă a celor trei domenii fizice: diferența de potențial electric. dirijat de-a lungul conductorului, în mod consecvent, în două etape, este transformat în energia câmpului gravitațional al conductorului cu curentul. apoi în energia câmpului magnetic.
Să considerăm trecerea unui cuantum de curent electric de-a lungul unui conductor în două etape.
Prima etapă a trecerii unui cantar de curent electric din partea lanțului - consumatorul curentului: conversia cuantică a câmpului electric al conductorului într-o cuantă a câmpului gravitațional.
Fig. 2. Primul pas al trecerii curentului electric a unei cuantice (porțiunea de lanț - consum curent) - transformarea foton câmpului electric cuantic în câmpul gravitațional.
La conductorul cu curent în segmentul de circuit - consumatorul curent, energia externă este furnizată sub forma unei diferențe sau tensiuni de potențial (figura 1). Această energie este cheltuită pe faptul că electronul de conducere trece de la o orbită cuantică la alta. În acest caz, energia sursei externe este eliberată sub forma unei cuanții a câmpului gravitațional (figura 2).
Mecanismul fizic propus face posibilă explicarea naturii fizice a forței de amperi din poziția de interacțiune cu rază scurtă de acțiune.
A doua etapă de trecere a curentului electric de un foton pe porțiunea de lanț - curentul de consum: transformarea unui câmp gravitațional cuantic în unul cuanta fluxului magnetic.
Cantitatea emanată de energie gravitațională (graviton) la o anumită distanță de conductor este transformată într-un cuantum de energie magnetică. Direcția cuantumului fluxului magnetic este determinată de regula șurubului drept (burghiul).
Fig. 3. Al doilea pas de trecerea curentului electric a unei cuantice (porțiunea de lanț - consum curent) - Transformarea câmpului gravitațional în câmpurile magnetice cuantice cuantice.
Mărimea curentului electric în teoria cuantică este determinată de numărul de electroni care au făcut o tranziție cuantică. Viteza curentului electric în modelul cuantic este egală cu viteza luminii, deoarece este determinată de viteza câmpului electric de-a lungul conductorului.
Procesul invers are loc pe partea sursei de circuit a curentului.
Când energia intră în conductor cu curent, cuantele câmpului gravitațional sunt absorbite de electronii de valență. Energia lor este transformată în câmpul electric al conductorului și în ieșirea energiei electrice către consumatorul curentului.
Faptul că schimbarea în direcția conductorului gravitațional radiații pe circuitul - sursa de curent și o parte din lanțul - consumatorul actual este, confirmă existența în continuare a regulilor empirice de drept și mâinile la stânga, înlocuind reciproc, de exemplu, atunci când comutați modul de motor consumul electric de energie electrică în modul generatorului. Aceasta inversează curentul electric și, în loc să consume un curent electric (de exemplu, de la o baterie), bateria este încărcată.
Figura 4. Trecerea unui cuantum de curent electric în zona circuitului sursei de curent.
Direcția curentului în teoria cuantică a curentului electric este determinată de direcția transferului de energie de-a lungul conductorului - de la generator la consumatorul curent.
Teoria cuantică a curentului electric este un criteriu clar de a distinge mișcare haotică de un curent electric de electroni - pentru o mișcare aleatorie a electronilor nu emiși de energie gravitațională și nu formează propriul conductor de câmp magnetic. În conformitate cu acest criteriu poate fi propus definirea fizică cuantică a curentului electric.
Un curent electric este un proces cuantic de transfer al energiei electrice de la o sursă de curent la un consumator curent, asociat cu formarea unui câmp magnetic intrinsec al unui conductor.
Direcția curentului în conformitate cu modelul fizic cuantic al curentului electric este determinată de direcția transferului de energie, adică de la o sursă de curent la un consumator curent. Direcția mișcării electronilor în acest proces nu contează.
Mărimea curentului electric în teoria cuantică este determinată de numărul de electroni care au făcut o tranziție cuantică. Viteza curentului electric în modelul cuantic este independentă de magnitudinea curentului și este egală cu viteza luminii, deoarece este determinată de viteza câmpului electric de-a lungul conductorului.
Legea lui Ampere se reduce la forma fizică corectă
Mecanismul de curent electric cuantic presupune că curentul electric este un fenomen fizic mai complex decât este acum descris în electrodinamică. În prezent, în electrodinamică, sensul fizic al forței lui Ampere nu este cunoscut, prin urmare, în formula care determină această forță, există cantități care nu au un sens fizic.
"Câmpul magnetic are un efect de orientare asupra cadrului cu curentul. În consecință, cuplul experimentat de cadru este rezultatul acțiunii forțelor asupra elementelor sale individuale. Rezumând rezultatele cercetării acțiunii câmpului magnetic pe diferiți conductori cu curent, Ampere a stabilit că forța. cu care câmpul magnetic acționează asupra unui element al unui conductor cu curent într-un câmp magnetic, este egal cu
unde este un vector egal în magnitudine și care coincide în direcția curentului, este vectorul inducției magnetice.
Direcția vectorului poate fi găsit de regulile generale ale produsului vectorial, din care regula mâna stângă: în cazul în palma mâinii stângi poziționat astfel încât acesta include vectorul. și patru degete alungite sunt aranjate în direcția curentului în conductor, apoi degetul îndoit va arăta direcția forței care acționează asupra curentului. " [3]
Formula (2) care determină forța amperi nu este corectă din punct de vedere fizic: într-un produs vector, vectorul nu are o natură fizică.
Cunoscând mecanismul fizic cuantic al curentului electric, se poate aduce această formulă într-o formă în care toate cantitățile vor avea un sens fizic. Pentru a face acest lucru, este necesar să nu se înlocuiască cantitatea fizică din produsul vector cu formula (2) cu o cantitate vectorică fizică. Se deduce din legea lui Ohm.
Înlocuind în formula (2), obținem:
unde este puterea lui Ampere,
- vector de putere câmp electric. Acest vector este direcționat de-a lungul conductorului și este o cantitate care are un înțeles fizic.
- vectorul magnetic de inducție al unui câmp magnetic extern în care este plasat un conductor cu curent. Aceasta este și o cantitate care are un înțeles fizic.
- rezistența conductorului electric.
Formula (5) exprimă legea Ampère pentru o secțiune a circuitului actual de consumatori, redusă la forma fizică corectă în cadrul electrodinamicii clasice. Partea stângă exprimă schimbarea câmpului gravitațional al conductorului, partea dreaptă schimbă câmpul electromagnetic. Formula (10) poate fi, de asemenea, transformată pentru o secțiune de circuit - o sursă de curent și un circuit complet al unui curent electric.
Legea Ampere pentru secțiunea circuit-sursă a sursei de curent este după cum urmează:
Și pentru circuitul complet de curent electric:
Semnul (-) din partea dreaptă a ecuației (6) înseamnă schimbarea fluxului de energie în timpul trecerii conductorului la porțiunea de circuit - sursa de curent.
Astfel, chiar și în cadrul electrodinamicii clasice, este posibil să se obțină formule pentru a determina puterea Amperului pentru un consumator de circuit al unui curent, un circuit pentru o sursă de curent și un circuit complet. Cu toate acestea, derivarea acestei formule nu dă o idee fizică a curentului electric.
Pentru asta. pentru a înțelege natura fizică a apariției forței lui Ampère, vom considera acest fenomen fizic din punctul de vedere al teoriei cuantice a curentului electric.
Natura gravitațională a puterii Ampere
Puterea lui Ampere în teoria cuantică a curentului electric are o natură gravitațională. Să luăm în considerare mecanismul apariției ei.
Eliberarea energiei de către conductor pe segmentul de circuit - consumatorul curent este conectat la consumul de energie externă din sursa de curent.
La ieșirea din conductor, gravitonul poartă cu ea impulsul de mișcare
unde este impulsul ieșirii gravitonului de la conductor,
- viteza gravitonului de la conductor.
Atunci când mai mulți electroni părăsesc conductorul, se produce o forță reactivă. Direcționat opus direcției ieșirii gravitonului de la conductor.
gravitonii proces de ieșire a conductorului și mișcarea sa neregulat, ca răspuns la o gravitonii de ieșire poate fi văzut într-un experiment special amenajat, la curenti de ordinul A. La curenți mari fără un câmp magnetic exterior, există un randament uniform graviton de distribuție în toate direcțiile, iar conductorul pe gravitonii.Orice randamentul de reacție nr.
La trecerea prin conductorul curent, numărul de gravitoni este alocat.
Fig. 2. În absența unui câmp magnetic extern, ieșirea gravitonilor din conductor este uniform distribuită.
Gravitonii, având o altă masă decât zero, dobândesc impuls atunci când părăsesc dirijorul. Acest impuls, în conformitate cu a treia lege a lui Newton, este opusul impulsului primit de dirijor. Momentul total al gravitonilor este:
unde este pulsul total de ieșire al tuturor gravitonilor.
Se obține o imagine complet diferită dacă conductorul cu curent se află într-un câmp magnetic extern. Un câmp magnetic extern va împiedica apariția câmpului magnetic al conductorului de pe o parte a conductorului și se va amplifica din cealaltă parte.
Ca rezultat al acestui proces, câmpul magnetic al conductorului se deformează (Figura 3). Deoarece la fiecare cuantum al unui câmp magnetic corespunde o cuantă a câmpului gravitațional, câmpul gravitațional al conductorului este distorsionat. Ca rezultat al acestui proces, apare forța Amper.
Fig. 3. Câmpul magnetic extern distorsionează distribuția de ieșire a gravitonilor din conductor și formează forța Amper (secțiunea circuitului de consum curent).
Pentru a descrie efectul câmpului magnetic asupra randamentului gravitonilor, este necesar să se introducă un coeficient de distorsiune al câmpului gravitațional al unui conductor cu un curent. Forța efectivă a impulsurilor gravitonilor emergenți în acest caz poate fi descrisă prin formula:
unde este forța rezultantă a impulsurilor gravitonilor emergenți.
- suma momentei tuturor gravitonilor.
- distorsiunea simetriei randamentului graviton, asociată cu acțiunea unui câmp magnetic extern asupra conductorului.
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța de randament graviton rezultată este echilibrată de forța amperilor
Și, în final, puterea lui Ampere în teoria cuantică a curentului electric poate fi determinată de formula:
Puterea lui Ampère depinde atât de numărul de gravitoni eliberați (magnitudinea curentului electric), cât și de asimetria ieșirii lor din conductor (pe rezistența câmpului magnetic extern).
Direcția forței lui Ampere în modelul fizic cuantic al curentului electric coincide cu regula empirică pentru determinarea puterii Amperului pe segmentul de circuit - consumatorul actual.
"Regula mâinii stângi determină direcția forței, care acționează asupra conductorului cu curentul în câmpul magnetic. Dacă palma mâinii stângi este poziționată astfel încât degetele alungite sunt orientate de-a lungul curentului și liniile de forță ale câmpului magnetic intră în palmă, degetul retras va indica direcția forței. care acționează asupra conductorului. " [6]
Din mecanismul cuantic al apariției forței lui Ampère, se observă că forța Ampera își schimbă direcția în secțiunea sursă de curent de circuit (figura 4). Acest lucru se reflectă în regula empirică a mâinii drepte.
"Regula dreptei determină direcția curentului de inducție într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic. Dacă palma mâinii drepte este aranjată astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea și degetul curbat este ghidat de-a lungul mișcării conductorului, atunci 4 degete alungite vor indica direcția curentului de inducție. " [6]
Teoria cuantică a curentului electric face foarte simplu explicarea existenței simultane a regulilor mâinii stângi și a mâinii drepte prin schimbarea direcției fluxului de energie în circuitul complet al curentului electric.
În cazul unei mașini electrice ca generator, gravitonii sunt absorbiți de un conductor cu curent. În cazul unei mașini electrice, gravitonii sunt emise ca motor.
Fig. 4. Câmpul magnetic extern distorsionează distribuția intrărilor de gravitoni în conductor și formează forța Ampera (porțiunea circuitului sursei de curent).
Teoria cuantică a curentului electric a permis pentru prima dată o explicație a puterii lui Ampere din poziția de interacțiune cu rază scurtă de acțiune. Teoria cuantică a curentului electric nu contrazice electrodinamica clasică, ci doar o suplimentează. Forța de amperi în electrodinamica clasică este determinată de formulele (5) și (7), în teoria cuantică - formula (12).
Înregistrarea forței lui Ampere în teoria cuantică poate fi diferită, însă sensul forței lui Ampère ca forță gravitațională o deosebește de electrodinamica clasică.
REFERINȚE
1. Lecturile lui Feynman despre fizică. M. Izd. Lumea, 1976.
2. Korolyov FA Curs de fizică. Optica, fizica atomica si nucleara: Proc. n special pentru studenți. factor. ped. în tovarășe. Ediția a 2-a. Revizuit. M. Iluminare, 1974.
4. Landau, LD Lifshits, E.M. Mecanica cuantică. Teoria nerelativistă, ediția a 3-a. M. 1974.
6. Dicționar enciclopedic sovietic. M. "Enciclopedia sovietică" 1985.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: