Дискретность электрических и магнитных потоков
Сложилась двойственная ситуация в физике - с одной стороны, из-за дискретности электрических и магнитных потоков индукции получается, что и электромагнитные волны, состоящие из этих потоков, также должны быть дискретными. С другой стороны, до сих пор существует миф, что нельзя объяснить причину дискретности электромагнитных волн.
«Таким образом, фотоэффект необъясним с точки зрения волновой теории света.»
Курс физики. Т.И.Трофимова. 1998. С.378.
Электромагнитные волны состоят из электрических и магнитных потоков, которые дискретны, и если бы вдруг оказалось, что электромагнитные волны не дискретны, вот тогда это было бы необъяснимо. Квантом электрического поля (потока) является квант количества электричества. Квантом магнитного поля (потока) является квант количества магнетизма. Квантом электромагнитного поля (потока) является квант количества электромагнетизма - фотон (электромагнитный квант).
«... за время dt электромагнитное поле переместится на расстояние udt. Магнитный поток uBdt выйдет за пределы контура 0AMN, а электрический поток uDdt - за пределы контура 0QPT.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.16.
Электромагнитное поле излучения состоит из двух движущихся потоков - электрического и магнитного. Получается, что если фотон - это квант электромагнитного потока излучения, то и состоять он должен из кванта электрического потока и кванта магнитного потока. Т.е. дискретность энергии электромагнитных потоков излучения (квантов света) - это следствие дискретности энергии электрических и магнитных потоков. В электромагнитной волне энергия электрического потока всегда равна энергии магнитного потока.
К сожалению, в учебной литературе слабо освещены вопросы, связанные с нестационарными электрическими и магнитными потоками и током смещения, отсюда иногда возникает непонимание при рассмотрении полевой структуры электромагнитных волн, поэтому постараюсь детально, насколько это возможно, рассмотреть электродинамику полевых процессов. Попытаюсь прочитать учебники как бы между строк, точнее между цитат, и проанализировать то, что из них логически вытекает, но скромно умалчивается.
Электрические поля излучения являются дискретными, так как дискретны вихревые электрические потоки. Единица электрического потока - кулон, где квантом является элементарный электрический заряд.
«Электрическое поле излучения, в том числе поле в поперечных электромагнитных волнах, является чисто вихревым.»
Физическая энциклопедия. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.
«Кулон - ... Единица потока электрического смещения (потока электрической индукции).»
Физическая энциклопедия. КУЛОН.
«Кулон - это количество электричества, ...»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.146.
Электрический поток, представляя полевую форму материи, измеряется в кулонах. Кулон - это количество электричества (количество электрического потока). Единица кулон имеет дискретность, где элементарное количество электричества равно 1.602·10-19 Кл и представляет квант количества электричества. Магнитный поток, также представляя полевую форму материи, измеряется в веберах. Вебер - это количество магнетизма (количество магнитного потока). Электромагнитные волны состоят из определенного количества электричества и магнетизма, т.е. из электрических и магнитных потоков.
Поток электрического смещения (поток электрической индукции) измеряется в кулонах и представляет поток количества электричества, коротко - электрический поток. Электрическая индукция (Кл/м2) - это плотность потока количества электричества, коротко - плотность электрического потока. Квант количества электричества - элементарный электрический заряд, таким образом, квант заряда - это просто квант количества электричества. Аналогично, магнитный поток измеряется в веберах, представляя поток количества магнетизма. Т.е. электрический заряд обладает количеством электричества в виде электрического потока, магнит обладает количеством магнетизма в виде магнитного потока.
Электрический заряд, поток электрического поля, поток вихревого электрического поля, поток электрической индукции, поток электрического смещения, возмущение электрического поля - все измеряется в кулонах и по своей сути представляет электрический поток (различные формы проявления электрического потока). Все, что измеряется в кулонах, представляет количество электричества и обладает энергией электрического потока.
Электрический поток измеряется в кулонах и, так же как для зарядов, для электрических потоков действует закон сохранения. Т.е., если возникает поток в одном направлении, то, соответственно, возникает и поток в противоположном направлении. Если одно направление потока условно считать положительным, то противоположное будет отрицательным. Таким образом, если возникает поток, то, соответственно, возяникает и антипоток. Например, при продольном движении магнита у одного полюса возникает замкнутый электрический поток в одном направлении, а у другого в обратном.
Без представления об электрических и магнитных потоках нельзя обойтись при рассмотрении динамических полевых процессов, например, электромагнитных волн, когда электрических зарядов нет (нет заряженных частиц), но в пространстве происходит изменение полей, текут токи смещения - все это можно описать и рассчитать с помощью полевых потоков индукции. Единицы измерения: электрический поток - кулон, магнитный поток - вебер, ток смещения - ампер. Проще говоря, электрический поток - это количество электричества, магнитный поток - это количество магнетизма. Любой электрический ток связан с перемещением какого-то количества электричества (Кл/с). Например, не может быть тока смещения без движения электрических потоков, так же как не может быть тока проводимости без движения электрических зарядов. Электродинамика позволяет рассчитывать полевые процессы, даже если потоки индукции не связаны с заряженными частицами. Надо заметить, что в электродинамике под термином "поток индукции" не подразумевают реальное течение в виде потока - это такая же условность, как и другие термины, например, "поле" или "заряд", где нет ничего общего с сельским полем или пушечным зарядом. Возможно, некоторые термины не совсем удачные, так как создают ненужные ассоциации. Поток индукции - это количество индукции, а так как индукция является векторной величиной (напряженность имеет направление), количество индукции условно представляют в виде потока, хотя на самом деле там нет никакого реального течения. Такие векторные потоки чисто условно можно представить как "замороженные", так как в них нет течения. Стрелочки же на индукционных линиях указывают не течение, а направление индукции (возмущения), так как поток индукции - это поток вектора возмущения поля.
«... называют потоком вектора напряженности электрического поля E, хотя с этим понятием и не связано никакое реальное течение.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.25.
Всегда текут электрические токи проводимости и токи смещения (ток по-английски сurrent - текущий поток), а электрические заряды и потоки могут как покоиться, так и двигаться. Распространяется же электрический поток в пространстве всегда со скоростью света, представляя ток электрического смещения поля. Скорость распространения электрического потока зависит от среды, в которой движется поток. Например, при движении заряженной частицы вместе с ней движется электрический поток, который распространяется в пространстве со скоростью света, представляя ток электрического смещения поля Iсм = dФe/dt, где Фe - электрический поток (поток электрического смещения поля).
Из электродинамики следует, что элементарный электрический заряд представляет элементарный электрический поток, так как частица, имеющая элементарный электрический заряд, - это частица, имеющая элементарный электрический поток. При этом электрические потоки могут существовать самостоятельно, независимо от частиц, например, в виде вихревых электрических потоков, которые измеряются в кулонах, представляя количество электричества. Для сравнения: магнитные поля вообще не связаны с зарядами (нет магнитных зарядов), а количество магнетизма всегда представляет магнитный поток, который также является дискретным. Полевые потоки индукции представляют полевой вид материи, поэтому их дискретность является свойством полевой материи - все поля имеют квантовую природу.
«... поле реально существует и в этом смысле, наряду с веществом, является одним из видов материи. Поле обладает энергией, импульсом и другими физическими свойствами.»
Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.1. С.10.
Поле может не иметь энергии, находясь в нулевом вакуумном состоянии, поэтому более точно: полевые потоки индукции обладают энергией (массой). Например, в вакууме потоки электрической индукции wэ = D2/2e0, потоки магнитной индукции wм = B2/2m0, потоки гравитационной индукции wг = -G2/8pg, где e0 - электрическая постоянная, m0 - магнитная постоянная, g - гравитационная постоянная, w - плотность энергии индукционного потока. Полевая энергия может быть как положительной, так и отрицательной, например, энергия гравитационного потока всегда имеет отрицательное значение, так как, чтобы уменьшить энергию гравитационного потока (по абсолютной величине), необходимо затратить энергию.
«... энергия гравитационного взаимодействия отрицательна, ...»
О физике и астрофизике. В.Л.Гинзбург. 1995. С.123.
Плотность полевой энергии в пространстве - это сумма плотностей энергии всех индукционных потоков:
wэмг = D2/2e0 + B2/2m0 - G2/8pg.
Поле едино - согласно единой теории поля, различаются же только потоки индукции поля, т.е. единое физическое поле может проявляться в виде различных потоков индукции - потока электрического возмущения поля, потока магнитного возмущения поля, потока гравитационного возмущения поля. Например, заряды образуют электрические потоки, движущиеся заряды - магнитные потоки. Согласно современным представлениям, состояние поля с наименьшей энергией (по абсолютной величине) называется вакуумом. Таким образом, физический вакуум надо рассматривать как универсальное единое поле, в котором могут возникать полевые потоки индукции - потоки возмущения поля, представляющие напряженность полевого пространства. Такое представление вакуума как универсальной полевой среды (полевого пространства) позволяет объяснить тот факт, что напряженность (возмущение) поля может существовать отдельно от частиц.