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

Разработка газоразрядного экрана
К настоящему времени микроэлектроника сформировалась как генеральное схемотехническое и конструктивно-технологическое направление в создании средств вычислительной техники, радиотехники и автоматики. Основополагающая идея микроэлектроник ...

Об истории изобретения и распространения бумаги
«Бумага — продукт перетирания лохмотьев и тряпок, коль скоро сделана и отдана под печатный станок, превратившись в книгу или газету, приобретает беспримерное могущество, становится всемирным владыкой. Она изменяет наши идеи и нашу рел ...

Коперник и восприятие его идей в ХХ в.
Среди ученых, родившихся более пятисот лет назад, много ли найдется таких, кого мы знаем не только по имени и чью тень мы призываем на помощь в трудные минуты, когда безмолвствуют живые? Николай Коперник, 525-летие со дня рождения которого ...

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