О происхождении электрического заряда

Существует возможность выразить большинство важнейших физических параметров, включая, массу, энергию и заряд, в метрах и секундах. Это позволяет с единой точки зрения интерпретировать самые различные явления физики, в частности, существенно приблизиться к пониманию природы электричества. В первую очередь речь идет о происхождении электрического заряда.

1.1. Системы единиц, в которых инертная масса имеет размерность обратную размерности ускорения, назовем “динамическими”. Очевидно, что в этих системах стандарт энергии W11 = γ l11, где γ - безразмерный коэффициент, l11 - стандарт длины. Импульс здесь имеет размерность T, момент импульса TL, сила, - нулевую размерность. В дальнейшем будем использовать систему единиц DS1 (динамическая система единиц, использующая единицы длины и времени системы СИ). В ней W11 = l11 = 1м, стандарт силы F11 = W11/l11 = 1, стандарт импульса равен 1с, а стандарт W11 эквивалентен 1 Дж.

Эффективность использования системы DS1 обусловлена тем фактом, что стандарт энергии в СИ определяется в эксперименте, где пробное тело проходит в гравитационном поле Земли вертикальную дистанцию, равную 1м. При этом тело получает энергию 9.80665 Нм при величине силы 9.80665 Н.

1.2. Для анализа процессов в цилиндрическом проводе, когда по нему протекает электрический ток, разделим провод условно на две части: идеализированный провод, имеющий длину, близкую к средней длине свободного пробега электронов проводимости, и нагрузку, сосредоточенную в точке, которая вынесена в торец провода. Процессы будем рассматривать при согласованном режиме тока в цепи, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника тока, в качестве которого выступает идеализированный провод.

Очевидно, что энергия, расходуемая в единицу времени на ускорение электрона проводимости, прошедшего существующую в проводе относительно небольшую разность потенциалов deltaU, пропорциональна мощности такого элементарного тока:

t11(deltaU )2 z ~ W - 0.5mеvs 2 = mеvsu + 0.5mеu 2 ( 1 )

Здесь mе - масса электрона, vs - средняя скорость теплового движения электрона проводимости, u - приращение средней скорости движения электрона за счет электрического поля, W = mе(vs + u ) 2/2 - кинетическая энергия электрона проводимости в проводе после прохождения разности потенциалов deltaU, z - электрическая проводимость провода, t11 = 1с.

Для электрического тока в идеализированном проводе имеются соотношения:

I = j S = neu/(2l) = deltaU z ( 2 )

Здесь е – электрический заряд электрона, j - объемная плотность тока, I - сила тока в проводе, n - количество электронов проводимости в нем, u/2 - средняя скорость движения электрона в идеализированном проводе под действием поля (u - максимальное значение скорости, vs >> u ), l - длина провода, S - площадь поперечного сечения его.

1.3. Из соотношений (1) с учетом нулевого вклада в ток проводимости члена ±mеvsu, отражающего тепловые флюктуации, вытекает, что deltaU пропорциональна u. Это дает основу для перевода электрических параметров в механические.

Используя метод размерностей, для идеализированного провода, нагруженного на активное сопротивление R11 = 1 ом, представим параметр deltaU и другие в следующем виде:

Delta U = luR11/(2l11u11) ( 3 )

z = s S/l = nel11/l 2

Здесь s ~ ne/Sl - удельная электрическая проводимость идеализированного провода, u11 - стандарт скорости.

При фиксированном значении тока в проводе разность потенциалов, приложенная к нему, пропорциональна электрическому сопротивлению (ЭС) провода. Поэтому будем выражать параметр deltaU в единицах ЭС. Считая, что R11 = bu11, где b - безразмерный коэффициент, переходим к системе DS1, в которой электрический заряд имеет размерность времени, потенциал - размерность скорости.

Мощность электрического тока, текущего через идеализированный провод, равна

P = (deltaU ) 2z = b 2neu 2/(4l11) = deltaU I ( 4 )

Итак можно видеть, что несмотря на нелинейную зависимость ЭС от длины идеализированного провода, мощность, рассеиваемая в проводе от его длины не зависит при фиксированном значении силы тока, текущего через провод.

1.4. Идеализированный провод, в котором отсутствует активное ЭС, не отличается по своим свойствам от вакуумного диода. Речь идет о процессах коллективного ускорения электронов в пределах длины их свободного пробега. Используя закон “трех вторых”, запишем для такого случая (СИ):

I = j S = 40SU 3/2(2e/me)1/2/(9l 2) ( 5 )

Перейти на страницу: 1 2 3

Дополнительные материалы

Техника и будущее. О новой методологии прогноза развития техники
Зададимся вопросом: можно ли прогнозировать развитие техники? Если да, то какими способами? Мы полагаем, что ответ на первый вопрос должен быть положительным. Однако требуется сделать несколько существенных оговорок ... Кто мешает теб ...

Индикаторный гиростабилизатор телекамеры
Телевизионная техника применяется в различных областях человеческой деятельности - экономике, искусстве, военном деле и многих других. Область ее применения постоянно расширяется. Это объясняет активное развитие в настоящее время телевизио ...

Оптическая обработка информации
Современная практика и научные исследования требуют измерений высоких и сверхвысоких напряжений — до 10 МВ и больших токов — до 1¸2 МА. Напряжения и токи при этом могут быть постоянными, переменными, и импульсными с длительностью им ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru