ما هي الكهرباء؟

على الرغم من النجاحات التي لا جدال فيها في النظرية الحديثة للكهرومغناطيسية ، إلا أن إنشاء أساسها لمجالات مثل الهندسة الكهربائية ، والهندسة الراديوية ، والإلكترونيات ، لا يوجد سبب يدعو إلى اعتبار هذه النظرية كاملة.

العيب الرئيسي لنظرية الكهرومغناطيسية الحالية هو الافتقار إلى مفاهيم النموذج ، وعدم فهم جوهر العمليات الكهربائية ؛ وبالتالي الاستحالة العملية لمزيد من التطوير وتحسين النظرية. ومن قيود النظرية ، تتبع أيضًا العديد من الصعوبات التطبيقية.

لا توجد أسباب للاعتقاد بأن نظرية الكهرومغناطيسية هي ذروة الكمال. في الواقع ، جمعت النظرية عددًا من الإغفالات والمفارقات المباشرة التي اخترعت تفسيرات غير مرضية للغاية ، أو لا توجد مثل هذه التفسيرات على الإطلاق.

على سبيل المثال ، كيف يمكن تفسير أن هناك تهمتين متطابقتين بلا حراك متبادل ، يفترض أن يتم طردهما من بعضهما البعض وفقًا لقانون كولوم ، يتم اجتذابهما بالفعل إذا تحركا معًا مصدرًا مهجورًا نسبيًا؟ لكنها تنجذب ، لأنها الآن تيارات ، وتنجذب التيارات المتطابقة ، وقد ثبت ذلك تجريبياً.

لماذا طاقة الحقل الكهرومغناطيسي لكل وحدة طول الموصل مع التيار توليد هذا المجال المغناطيسي تميل إلى ما لا نهاية إذا تم نقل موصل العودة بعيدا؟ لا طاقة الموصل بأكمله ، ولكن بدقة لكل وحدة طول ، مثلا ، متر واحد؟

كيف يمكن حل مشكلة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من ثنائي القطب هيرتز (أي ثنائي القطب مع المعلمات مقطوع) وضعت في وسط أشباه الموصلات؟ على الرغم من الطبيعة التافهة للبيان ، فإن مشكلة إشعاع ثنائي القطب هيرتز في وسط أشباه الموصلات لم تحل أبدا من قبل أي شخص ، ومحاولات حلها فشلت دائما. يتم تجميع الحلول المكتوبة في الكتب المدرسية والكتب المرجعية من حلين على أساس "المنطق السليم" ، ولكن لا يتم الحصول عليها على الإطلاق كحل صارم. ولكن بعد حل هذه المشكلة ، يمكن للمرء الحصول على العديد من النتائج المحددة: إشعاع ثنائي القطب في وسط مثالي في غياب الموصلية النشطة ، وتخفيف موجة طائرة في أشباه الموصلات على مسافات غير محدودة من ثنائي القطب ، وعدد من الآخرين (على حدة ، دون اتصال مع بعضها البعض ، تم حل بعض هذه المشاكل ).

لم تحل المشكلات المحددة لظهور مجال مغناطيسي في مجال كهربائي نابض والإمكانات الكهربائية المستحثة في مجال مغناطيسي نابض على موصل واحد والكثير غيرها. منهجية الديناميكا الكهربائية ليست دائما تسلسل مختلف. على سبيل المثال ، تم وضع افتراضات ماكسويل الساكنة (نظرية غاوس) في الكتب المدرسية للأسس النظرية للديناميكا الكهربائية في قسم الإحصاء ، بعد تقديمها في شكل تفاضلي ، في قسم الديناميات ، على الرغم من أن الشكل الأخير للتمثيل لا يختلف في الجوهر المادي عن السابق. نتيجة لذلك ، يتم تجاهل التأخير في قيمة الجهد الكهربائي D عندما تتحرك الشحنات داخل المساحة التي يغطيها السطح S.

وما هو "إمكانات المتجهات"؟ ليست إمكانية العددية - هل هي عملية نقل شحنة وحدة من اللانهاية إلى نقطة معينة في الفضاء ، أي ناقل واحد؟ ما هو المعنى المادي الذي لديه إلى جانب حقيقة أنه يجب أن يستوفي بعض الشروط الرياضية؟ من يمكنه مشاركة هذا السر؟

النقاط المذكورة أعلاه ، وكذلك بعض الاعتبارات الأخرى لا تسمح لنا بالنظر في تطوير نظرية الكهرومغناطيسية ، مثل أي علم ، مكتملة بالكامل. ومع ذلك ، فإن تطورها ممكن فقط على أساس فحص نوعي مفصل للعمليات التي تحدث في الظواهر الكهرومغناطيسية.من المفيد أن نتذكر أننا اليوم ولسنوات عديدة نستخدم النظرية القائلة إن جون سي ماكسويل طرح في مقالته الشهيرة حول الكهرباء والمغناطيسية ، التي نشرت في عام 1873.

قليل من الناس يعرفون أن ماكسويل في هذا العمل لخص أعماله السابقة من 1855-1862. في عمله ، يعتمد ماكسويل على العمل التجريبي لم. فاراداي ، الذي نُشر في الفترة من 1821 إلى 1856. (نشر فاراداي بالكامل "دراساته التجريبية على الكهرباء والمغناطيسية" في عام 1859) ، لعمل ف. طومسون في الفترة من 1848-1851 ، إلى أعمال هـ. هيلمهولتز "في الحفاظ على السلطة" لعام 1847 ، لعمل دبليو رانكين "الميكانيكا التطبيقية" لعام 1850 والعديد غيرها من الفترة الزمنية نفسها. لم يفرض ماكسويل أبدًا أي شيء ، كما يحب بعض المنظرين أن يتخيلوا الآن ، واستندت جميع استنتاجاته إلى أفكار ميكانيكية بحتة حول الأثير باعتباره سائلًا مثاليًا غير مذكور وغير قابل للضغط ، والذي كتبه ماكسويل مرارًا وتكرارًا في كتاباته. يمكن للقارئ أن يتعرف على جزء من أعمال ماكسويل الواردة باللغة الروسية بواسطة ترجمة Z. A. Zeitlin (J. C. Maxwell. الأعمال المنتخبة على نظرية المجال الكهرومغناطيسي. M.، GITTL، 1952، 687 pp.).

في ملاحظات ل. بولتزمان عن أعمال ماكسويل "على خطوط فاراداي للقوة" (1898) ، يلاحظ:

"أستطيع أن أقول إن أتباع ماكسويل في هذه المعادلات ربما لم يغيروا شيئًا سوى الحروف. ومع ذلك ، سيكون الأمر أكثر من اللازم. بالطبع ، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أنه يمكن إضافة شيء ما إلى هذه المعادلات ، لكن أكثر من ذلك بكثير كم هو قليل تم إضافتهم إليهم؟

قيل هذا في عام 1898. وهذا صحيح تمامًا الآن ، بعد مرور مائة عام تقريبًا.

في الواقع ، توقفت نظرية الكهرومغناطيسية في تطورها على مستوى ماكسويل ، الذي استخدم التمثيلات الميكانيكية للنصف الأول من القرن التاسع عشر. العديد من الكتب المدرسية حول الهندسة الكهربائية والديناميكا الكهربائية والهندسة الراديوية ، والتي ظهرت في القرن العشرين ، تعمل على تحسين (أو تسوء؟) المعرض ، لكن لا تغير أي شيء في جوهره. ما الذي تفتقر إليه نظرية الكهرومغناطيسية اليوم؟ بادئ ذي بدء ، هناك نقص في فهم أن أي نموذج ، بما في ذلك نموذج الكهرومغناطيسية التي طورها ماكسويل ، محدود بطبيعته ، وبالتالي يمكن ويجب تحسينه. هناك نقص في فهم الحاجة إلى العودة إلى النمذجة وعلى وجه التحديد إلى النمذجة الميكانيكية للكهرومغناطيسية. يعمل ماكسويل على مفاهيم الأثير كمثال مثالي ، أي السوائل الخفية وغير القابلة للضغط. واتضح أن الأثير هو غاز ، وغاز ، لزج وقابل للانضغاط. هذا يعني أن أفكار G. Helmholtz التي يستخدمها Maxwell ، على سبيل المثال ، أن الدوامات لا تتشكل ولا تختفي ، ولكن الحركة والتشوه فقط ، أن نتاج الدورة الدموية على طول المنطقة المستعرضة من الدوامة يبقى ثابتًا طوال طوله ، دائما صحيح. في الغاز الحقيقي ، تتشكل الدوامات وتختفي ، ولا يؤخذ ماكسويل في الاعتبار. لا تعكس معادلات ماكسويل العملية في الحجم ، حيث أن معادلي ماكسويل الأول والثاني ينظران في العملية في المستوى. صحيح ، ثم تدور هذه الطائرة في محاور الإحداثيات ، الأمر الذي يخلق تأثيرًا ثلاثي الأبعاد ، ولكن في الحقيقة لا يتغير الجوهر من ذلك ، تظل الطائرة مستوية. إذا تم النظر في العملية من حيث الحجم ، فسيكون من الضروري مراعاة التغير في شدة الدوامة على طول محورها ، ثم تتم تغطية عمليات تشكيل دوامة وانحطاط الدوامات إلى حد ما. ولكن هذا هو بالضبط ما ينقص معادلات ماكسويل. وبالتالي ، فإن المشاكل التي تثار فيها هذه الأسئلة ، على سبيل المثال ، مشكلة ثنائي القطب هيرتز في وسط أشباه الموصلات ، لا يمكن حلها بشكل أساسي باستخدام معادلات ماكسويل.

لا يأخذ ماكسويل في الاعتبار حقيقة التفاعل المباشر للموصل مع المجال المغناطيسي في الوقت الذي يتقاطع فيه الموصل مع هذا المجال.يعد قانون فاراداي ، الذي هو نتيجة مباشرة لمعادلة ماكسويل الأولى ، بهذا المعنى قانونًا وصفيًا ظاهريًا ، وقانون طويل المدى ، حيث يتغير فيه الحقل في مكان واحد ، داخل الدائرة ، ونتيجة لهذا التغيير هو EMF على محيط الدائرة. واليوم ، هناك اختلافات كبيرة معروفة بالفعل بين الحسابات التي تتم وفقًا لقانون فاراداي ونتائج القياسات المباشرة. الفرق في بعض الحالات ليس واحد أو اثنين في المئة ، ولكن عدة مرات!

هذه القائمة يمكن أن تستمر إذا لزم الأمر.

يمكن أن يعزى أقل من كل هذه الشكوك إلى J. K. Maxwell نفسه. اتضح أن نظرية ماكسويل للكهرومغناطيسية جيدة لدرجة أنه تم على أساسها إنشاء عدد من أهم مجالات العلوم الحديثة ، وتم حل عدد كبير من المشكلات التطبيقية ، ونشأت أجيال من الباحثين. لكن هذه الشكوك صحيحة فيما يتعلق بالأجيال اللاحقة من العلماء الذين تخيلوا أن كل شيء قام به ماكسويل ، ولم يطور تعاليم ماكسويل.

دون الخوض في التفاصيل ، يمكن الإشارة إلى أن استخدام مفاهيم الأثير كوسيط قابل للضغط لزج مكّن من توضيح بعض التوضيحات لنظرية الكهرومغناطيسية ، على وجه الخصوص ، لحل بعض المفارقات المذكورة أعلاه. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الشحنات المتحركة تظل ثابتة بالنسبة لبعضها البعض ، إلا أنها تتحرك بالنسبة إلى الأثير ، وهذا هو سبب ظهور مجال مغناطيسي يبدأ في تجميعها.

اتضح أنه في المنطقة القريبة من بواعث ، ينشأ مجال كهربائي طولاني لا تزال فيه دوامات الأثير. في مثل هذا المجال ، يقع ناقل التوتر الكهربائي ليس عبر اتجاه حركة الطاقة ، ولكن على طوله. وفقط على مسافة معينة من البواعث نتيجة لإضافة متجه لهذه الحقول ، تتشكل موجة يكون فيها متجه التوتر الكهربائي متعامدًا بالفعل مع اتجاه انتشار الطاقة.

اتضح أنه بسبب انضغاط الأثير ، يمكن أيضًا ضغط المجال المغناطيسي ، وهذا الانضغاط ملحوظ تمامًا حتى بالنسبة للحقول التي تم إنشاؤها بواسطة التيارات في أعشار الأمبير. أثبت التحقق التجريبي من إجمالي القانون الحالي ، والذي لم يتم التحقق منه مطلقًا من قبل أي شخص بسبب وضوحه والذي يتبع مباشرة من معادلة ماكسويل الثانية ، أن هذا القانون لا يتم ملاحظته بدقة إلا عند شدة المجال المغنطيسي المنخفض المتلاشي. حتى في الحالات العادية ، قد تكون الاختلافات بين شدة المجال الحقيقية وتلك المحسوبة وفقًا لهذا القانون كبيرة جدًا ، والتي تتجاوز حدود أخطاء القياس المحتملة أو إهمال تأثيرات الحافة.

اتضح أنه من الممكن حساب EMF الناشئ عن موصل موصول في مجال مغناطيسي نابض ، وأكدت التجارب صحة هذه الحسابات.

اتضح أنه من الممكن إنشاء مفهوم "الحث المتبادل للموصلات" ، على الرغم من أنه في الديناميكا الكهربائية لا يوجد سوى مفهوم "الحث المتبادل للدوائر". وقد مكن ذلك من تطوير منهجية لإحداث تداخل مرجعي في خطوط الاتصال لمعدات إلكترونيات الطيران للطائرات ، وإدخالها في GOST ذات الصلة واستخدامها بنجاح في ممارسة ضمان مناعة الضوضاء لخطوط الاتصالات الكهربائية المحمولة جواً. وقبل هذا لم ينجح في ...

وهذه هي البداية فقط. نظرية الكهرومغناطيسية تنتظر فاراداي وماكسويلز الحديثة. لا يمكنك استغلال سلطة العظماء إلى ما لا نهاية ، لكن العلماء منذ زمن بعيد. يجب أن نعمل أنفسنا.