Od čega se sastoji struja? Šta je električna struja i koji su uslovi za njeno postojanje?

ELEKTRIČNE STRUJE

promijeniti od 22.10.2013. - ( )

Jedno svojstvo materije koje se želi opisati proizlazi iz interakcije između materije i subatomske čestice, elektrona. Ovo svojstvo se shvata kao električna struja. Iako se ovaj opis radikalno razlikuje od modernog shvaćanja o tome šta je elektron i kakvu ulogu ima u električnoj struji, u suštini sam koncept se može razumjeti čitanjem samo ovog članka. Za dublje razumijevanje predstavljenog materijala, preporučuje se da pročitate prvi tom knjige Dewey B. Larsona "Struktura fizičkog univerzuma", a osnova ovog članka preuzeta je iz drugog toma iste serije. Stoga, ako uzmete drugi tom, tamo ćete pronaći ovaj materijal, ali u proširenom obliku, što otežava njegovo razumijevanje. Ovaj članak ima za cilj da pruži opšte razumevanje suštine električne struje, a kada shvatite suštinu, razumećete detalje.

Dakle, Larson je shvatio da Univerzum nije samo prostorno-vremenska struktura materije, kako se obično vjeruje u tradicionalnoj nauci. Otkrio je da je Univerzum Kretanje u kojem su prostor i vrijeme jednostavno dva međuzavisna i nepostojeća aspekta kretanja, i nemaju drugo značenje. Univerzum u kojem živimo nije univerzum materije, već univerzum kretanja, univerzum u kojem je osnovna stvarnost kretanje, a sve fizičke stvarnosti i pojave, uključujući materiju, su jednostavno manifestacije kretanja, koje postoje u tri dimenzije, u diskretnim jedinicama i sa dva međusobno zavisna aspekta – prostorom i vremenom. Prostor se zove materijalni sektor, vrijeme - kosmički sektor. Sami pokreti i njihove kombinacije mogu postojati i u prostoru (pozitivni pomak) i u vremenu (negativni pomak) ili istovremeno u oba, dok su jednodimenzionalni, dvodimenzionalni ili trodimenzionalni. Štaviše, jednodimenzionalna kretanja se mogu povezati s električnim fenomenima, dvodimenzionalna s magnetskim, a trodimenzionalna s gravitacijom. Na osnovu toga, atom je jednostavno kombinacija pokreta. Zračenje je kretanje, gravitacija je kretanje, električni naboj je kretanje i tako dalje.

Ako ništa ne razumete, prvo pročitajte.

Kao što je navedeno u svesci 1, elektron je jedinstvena čestica. Ovo je jedina čestica izgrađena na bazi rotacije materijala koja ima efektivnu negativnu rotaciju. Više od jedne jedinice negativnog spina bi premašilo jednu pozitivnu jedinicu okretanja osnovnog spina i rezultiralo bi negativnom količinom ukupnog okreta. Ali za elektron, rezultujući ukupni spin je pozitivan, iako uključuje jednu pozitivnu i jednu negativnu jedinicu, budući da je pozitivna jedinica dvodimenzionalna, a negativna jednodimenzionalna.

Dakle, u suštini, elektron je samo okretna jedinica prostora. Ovaj koncept je većini ljudi prilično teško razumjeti kada se prvi put s njim susreću, jer je u suprotnosti s idejom prirode prostora koju smo stekli dugim, ali nekritičkim ispitivanjem naše okoline. Međutim, historija nauke je puna primjera u kojima se otkriva da je poznata i prilično jedinstvena pojava jednostavno jedan član opće klase, čiji svi članovi imaju isto fizičko značenje. Dobar primjer je energija. Za istraživače koji su postavili temelje moderne nauke u srednjem veku, svojstvo tela u pokretu da opstane usled kretanja nazvano je „pokretna sila“; Za nas “kinetička energija” ima jedinstvenu prirodu. Ideja da, zbog svog hemijskog sastava, nepomični drveni štap sadrži ekvivalent „motorne sile“ većini ljudi danas je bila strana kao i koncept rotirajuće jedinice prostora. Ali otkriće da je kinetička energija samo jedan oblik energije općenito otvorilo je vrata značajnom napretku u fizičkom razumijevanju. Isto tako, otkriće da je “prostor” našeg svakodnevnog iskustva, prostor proširenja kako se naziva u Larsonovom radu, jednostavno jedna manifestacija prostora u cjelini otvara vrata razumijevanju mnogih aspekata fizičkog univerzuma, uključujući fenomene koji se odnose na kretanje elektrona u materiji.

U svemiru kretanja – svemiru čije detalje razvijamo – prostor ulazi u fizičke pojave samo kao komponenta kretanja. I za većinu svrha, specifična priroda prostora je irelevantna, baš kao što specifična vrsta energije koja ulazi u fizički proces obično nije relevantna za ishod procesa. Stoga status elektrona kao rotirajuće jedinice prostora daje mu posebnu ulogu u fizičkoj aktivnosti svemira. Sada treba napomenuti da elektron o kome govorimo ne nosi nikakvo naelektrisanje. Elektron je kombinacija dvaju pokreta: osnovne vibracije i rotacije vibrirajuće jedinice. Kao što ćemo kasnije vidjeti, električni naboj je dodatno kretanje koje se može nadgraditi na kombinaciju dvije komponente. Ponašanje naelektrisanih elektrona će se razmotriti nakon obavljenog pripremnog rada. Sada smo zabrinuti nenaelektrisani elektroni.

Kao jedinica prostora, nenabijeni elektron se ne može kretati u prostoru nastavka, budući da omjer prostora i prostora ne predstavlja kretanje (iz Larsonovih postulata). Ali pod određenim uslovima može se kretati u običnoj materiji, zbog činjenice da je materija kombinacija kretanja sa konačnim, pozitivnim ili privremenim pomeranjem, i odnos prostora prema vremenu čini kretanje. Moderni pogled na kretanje elektrona u čvrstoj materiji je da se oni kreću u prostorima između atoma. Tada se smatra da je otpor protoku elektrona sličan trenju. Naše otkriće je sljedeće: elektroni (jedinice prostora) postoje u materiji i kreću se u materiji na isti način na koji se materija kreće u prostoru proširenja.

Smjerno kretanje elektrona u materiji će se definirati kao električna struja. Ako atomi materije kroz koje struja prolazi miruju u odnosu na strukturu čvrstog agregata kao cjeline, stalno kretanje elektrona (prostora) u materiji ima ista opšta svojstva kao i kretanje materije u prostoru. Slijedi Newtonov prvi zakon (zakon inercije) i može se nastaviti neograničeno bez dodavanja energije. Ova situacija se javlja u fenomenu poznatom kao superprovodljivost, što je eksperimentalno uočeno u mnogim supstancama na vrlo niskim temperaturama. Ali ako su atomi materijalnog agregata u aktivnom temperaturnom kretanju ( temperatura je vrsta jednodimenzionalnog kretanja), kretanje elektrona u materiji dodaje prostornu komponentu kretanja temperature (tj. povećava brzinu) i na taj način unosi energiju (toplinu) u atome koji se kreću.

Veličina struje se mjeri brojem elektrona (jedinica prostora) po jedinici vremena. Jedinica prostora po jedinici vremena je definicija brzine, dakle električna struja je brzina. Sa matematičke tačke gledišta, nije važno da li se masa kreće u prostoru proširenja ili se prostor kreće u masi. Dakle, u bavljenju električnom strujom imamo posla sa mehaničkim aspektima elektriciteta, a fenomen struje se može opisati istim matematičkim jednadžbama koje važe za obično kretanje u prostoru, uz odgovarajuće modifikacije zbog razlika u uslovima, ako takve razlike postoje. Iste jedinice se mogu koristiti, ali iz istorijskih razloga i radi pogodnosti, moderna praksa koristi poseban sistem jedinica.

Osnovna jedinica trenutne električne energije je jedinica za količinu. U prirodnom referentnom okviru, ovo je prostorni aspekt jednog elektrona, koji ima pomak brzine od jedne jedinice. Dakle, količina q je ekvivalent prostoru s. U toku struje energija ima isti status kao i u mehaničkim odnosima, a ima prostorno-vremenske dimenzije t/s. Energija podijeljena s vremenom je snaga, 1/s. Daljnja podjela struje, koja ima dimenzije brzine s/t, stvara elektromotornu silu (emf) dimenzija 1/s x t/s = t/s². Naravno, oni su prostorno-vremenske dimenzije sile uopšte.

Termin "električni potencijal" se obično koristi kao alternativa emf, ali iz razloga o kojima će biti reči kasnije, nećemo koristiti "potencijal" u ovom smislu. Ako je prikladniji termin od emf, koristit ćemo izraz "napon", simbol U.

Podijelimo napon t/s² sa strujom s/t, dobivamo t²/s³. Ovaj otpor, simbol R, jedina je električna veličina razmatrana do sada koja nije ekvivalentna poznatoj mehaničkoj veličini. Prava priroda otpora otkriva se ispitivanjem njegove prostorno-vremenske strukture. Mjerenja t²/s³ su ekvivalentna masi t³/s³ podijeljenoj s vremenom t. dakle, otpor je masa u jedinici vremena. Relevantnost takve veličine je lako uvidjeti ako shvatimo da količina mase uključena u kretanje prostora (elektrona) u materiji nije fiksna veličina, kao što je slučaj u kretanju materije u kontinuiranom prostoru, već količina to zavisi od impulsa elektrona. Kada se materija kreće u kontinualnom prostoru, masa je konstantna, a prostor zavisi od trajanja kretanja. Kada struja teče, prostor (broj elektrona) je konstantan, a masa zavisi od trajanja kretanja. Ako je protok kratkotrajan, svaki elektron može pomjeriti samo mali dio ukupne mase u lancu, ali ako je tok dugotrajan, može ponovo proći kroz cijeli lanac. U oba slučaja, ukupna masa uključena u struju je proizvod mase po jedinici vremena (otpora) puta vremena protoka. Kada se materija kreće u prostoru ekstenzija, opšti prostor se određuje na isti način; odnosno umnožak prostora po jedinici vremena (brzine) i vremena kretanja.

Kada se bavimo otporom kao svojstvom materije, uglavnom će nas zanimati otpornost ili otpor, koji je definiran kao otpor jedinične kocke dotične tvari. Otpor je direktno proporcionalan udaljenosti koju putuje struja i obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka vodiča. Iz toga slijedi da ako pomnožimo otpor po jedinici površine i podijelimo sa jediničnom udaljenosti, dobićemo vrijednost s mjerenjima t²/s², koja odražava samo inherentne karakteristike materijala i uslova okoline (uglavnom temperatura i pritisak) i ne zavisi od geometrijska struktura provodnika. Inverzni kvalitet otpornosti ili otpora je - provodljivost i električnu provodljivost, respektivno.

Nakon što smo razjasnili prostorno-vremenske dimenzije otpora, možemo se vratiti na empirijski utvrđene odnose između otpora i drugih električnih veličina i potvrditi konzistentnost prostorno-vremenskih definicija.

Napon: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Snaga: P = I²R = t²/s² x t²/s³ = 1/s
Energija: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

Jednačina energije pokazuje ekvivalenciju matematičkih izraza električnih i mehaničkih pojava. Pošto je otpor masa po jedinici vremena, proizvod otpora i vremena Rt je ekvivalentan masi m. Struja, I, je brzina v. Dakle, izraz za električnu energiju RtI² je ekvivalentan izrazu za kinetičku energiju 1/2mv². Drugim riječima, vrijednost RtI² je kinetička energija kretanja elektrona.

Umjesto korištenja otpora, vremena i struje, možemo izraziti energiju u terminima napona U (ekvivalent IR) i veličine q (ekvivalent It). Tada je izraz za količinu energije (ili rada) W = Uq. Ovdje imamo neku potvrdu definicije elektriciteta kao ekvivalenta prostora. Kao što je opisano u jednom od standardnih udžbenika fizike, sila je “dobro definirana vektorska veličina koja stvara promjenu u kretanju objekata”. Emf ili napon odgovara ovom opisu. On stvara kretanje elektrona u smjeru pada napona. Energija je proizvod sile i udaljenosti. Električna energija Uq je proizvod sile i količine. Iz toga slijedi da je količina električne energije ekvivalentna udaljenosti - isti zaključak koji smo izveli o prirodi nenabijenog elektrona.

U tradicionalnoj naučnoj misli, status električne energije kao oblika energije općenito se uzima zdravo za gotovo, jer se može pretvoriti u bilo koji drugi oblik, ali status električne ili elektromotorne sile kao oblika sile općenito nije prihvaćen. . Ako bi se ovo prihvatilo, onda bi zaključak iz prethodnog stava bio neizbježan. Ali presuda uočenih činjenica zanemaruje se općim utiskom da su količina električne energije i prostor entiteti sasvim druge prirode.

Prethodni studenti električnih fenomena prepoznali su da veličina izmjerena u voltima ima karakteristike sile i nazvali je u skladu s tim. Moderni teoretičari odbacuju ovu definiciju zbog sukoba s njihovim viđenjem prirode električne struje. Na primjer, W. J. Duffin nudi definiciju elektromotorne sile (emf), a zatim kaže:
“Unatoč nazivu, to definitivno nije sila, ali je jednaka radu po jedinici pozitivnog naboja ako se naboj kreće u krug (tj. u električnom kolu); stoga je ova jedinica volt.”

Rad po jedinici prostora je sila. Autor jednostavno smatra da pokretni entitet, koji on naziva naboj, nije ekvivalentan prostoru. Tako dolazi do zaključka da veličina izmjerena u voltima ne može biti sila. Vjerujemo da griješi i da pokretni entitet nije naboj, već rotirajuća jedinica prostora (nenabijeni elektron). Onda elektromotorna sila, mjerena u voltima, zapravo je sila. U suštini, Duffin priznaje ovu činjenicu govoreći u drugoj vezi da “U/n (volti po metru) je isto što i N/C (njutna po kulonu).”. Oba izražavaju razliku napona u smislu sile podijeljene s prostorom.

Tradicionalna fizička teorija ne tvrdi da nudi uvid u prirodu bilo količine električne energije ili električnog naboja. Jednostavno pretpostavlja: Budući da naučno istraživanje nije u stanju da pruži bilo kakvo objašnjenje prirode električnog naboja, ono mora biti jedinstveni entitet nezavisan od drugih fundamentalnih fizičkih entiteta i mora biti prihvaćen kao jedna od „datih“ karakteristika prirode. Dalje se pretpostavlja da je ovaj entitet nepoznate prirode, koji igra glavnu ulogu u elektrostatičkim pojavama, identičan entitetu nepoznate prirode, količini električne energije, koja igra glavnu ulogu u protoku električne energije.

Najznačajnija slabost tradicionalne teorije električne struje, teorije zasnovane na gore navedenim pretpostavkama, koju sada možemo razmotriti u svjetlu potpunijeg razumijevanja fizičkih osnova izvedenih iz teorije univerzuma kretanja, jeste da dodeljuje dve različite i nekompatibilne uloge elektronima. Prema trenutnoj teoriji, ove čestice jesu komponente atomske strukture, barem je moguće zamisliti da su neki od njih slobodno prilagodljivi svim električnim silama koje se primjenjuju na provodnik. S jedne strane, svaka čestica je toliko čvrsto vezana za ostatak atoma da igra značajnu ulogu u određivanju svojstava atoma, a da bi se odvojila od atoma potrebna je značajna sila (jonizacijski potencijal) . S druge strane, elektroni se kreću tako slobodno da će reagirati na toplinske ili električne sile čija je veličina nešto veća od nule. One moraju postojati u provodniku u određenim količinama, ako uzmemo u obzir da je provodnik električno neutralan, iako nosi električnu struju. Istovremeno, moraju slobodno napustiti provodnik (bilo u velikim ili malim količinama) pod uslovom da steknu dovoljnu količinu kinetičke energije.

Trebalo bi biti očigledno da teorije pozivaju elektrone da obavljaju dvije različite i sukobljene funkcije. Njima je dodijeljena ključna pozicija i u teoriji strukture atoma i u teoriji električne struje, zanemarujući činjenicu da svojstva koja moraju imati da obavljaju funkcije koje zahtijeva jedna teorija ometaju funkcije koje su pozvane da obavljaju u druga teorija.

U teoriji univerzuma kretanja, svaki od ovih fenomena uključuje različiti fizički entitet. Jedinica atomske strukture je jedinica rotacionog kretanja, a ne elektron. Ima neku vrstu trajnog statusa koji je potreban za atomsku komponentu. Elektron, bez naboja i bez ikakve veze sa atomskom strukturom, tada je dostupan kao jedinica električne struje koja se slobodno kreće.

Osnovni postulat teorije obrnutog sistema kaže da je fizički univerzum univerzum kretanja, univerzum u kojem su svi entiteti i fenomeni pokreti, kombinacije pokreta ili odnosi između kretanja. U takvom univerzumu, svi osnovni fenomeni su objašnjivi. Ne postoji ništa što se „ne može analizirati“, kako to Bridgman kaže. Osnovni entiteti i fenomeni svemira kretanja – zračenje, gravitacija, materija, elektricitet, magnetizam i tako dalje – mogu se definisati u terminima prostora i vremena. Za razliku od tradicionalne fizičke teorije, Inverzni sistem ne smije prepustiti svoje osnovne elemente na milost i nemilost metafizičkoj misteriji. To ih ne bi trebalo isključiti iz fizičke istrage, kao što kaže sljedeća izjava Encyclopaedia Britannica:

“Pitanje: “Šta je elektricitet?”, kao i pitanje: “Šta je materija?”, nalazi se izvan sfere fizike i pripada sferi metafizike.”

U univerzumu koji se u potpunosti sastoji od kretanja, električni naboj koji pripada fizičkom entitetu mora nužno biti kretanje. Tada problem s kojim se teorijsko istraživanje suočava nije odgovor na pitanje: „Šta je električni naboj?“, već definicija, koja vrsta kretanja se manifestuje kao naboj. Definicija naboja kao komplementarnog kretanja ne samo da pojašnjava odnos između eksperimentalno promatranog nabijenog elektrona i nenabijenog elektrona poznatog samo kao pokretni entitet u električnoj struji, već također objašnjava razmjenu između njih, što je temeljni oslonac za sada popularno mišljenje da je u proces uključen samo jedan subjekt - teret. Ne pamti se uvijek da je ovo mišljenje postiglo opšte priznanje tek nakon duge i živahne rasprave. Postoje sličnosti između statičkih i trenutnih pojava, ali postoje i značajne razlike. Trenutno, u nedostatku bilo kakvog teorijskog objašnjenja za bilo koju vrstu elektriciteta, pitanje koje treba riješiti je da li su nabijeni i nenabijeni elektroni identični zbog svojih sličnosti ili neuporedivi zbog svojih razlika. Prevladala je odluka u korist identiteta, iako se vremenom nakupilo mnogo dokaza protiv valjanosti ove odluke.

Sličnost se pojavljuje na dva opšta načina: (1) neka svojstva naelektrisanih čestica i električnih struja su slična; (2) uočavaju se prijelazi iz jednog u drugi. Definicija nabijenog elektrona kao nenabijenog elektrona s dodatnim kretanjem objašnjava obje vrste sličnosti. Na primjer, demonstracija da naboj koji se brzo kreće ima ista magnetna svojstva kao i električna struja bio je glavni faktor u pobjedi koju su izvojevali zagovornici teorije „naboja“ električne struje prije mnogo godina. Ali naša otkrića pokazuju da su pokretni entiteti elektroni ili drugi nosioci naboja, tako da postojanje ili nepostojanje električnih naboja nije bitno.

Drugi tip dokaza koji se tumači da podržava identitet statičkih i pokretnih elektrona je očigledna zamjena elektrona koji teče nabijenim elektronom u procesima kao što je elektroliza. Evo objašnjenja: električni naboj se lako stvara i lako uništava. Kao što svi znaju, potrebna je samo mala količina trenja da bi se stvorila električna struja na mnogim površinama, kao što su moderna sintetička vlakna. Iz toga slijedi da kad god postoji koncentracija energije u jednom od oblika koji se može osloboditi transformacijom u drugi, rotirajuća vibracija koja čini naboj ili nastaje ili nestaje kako bi omogućila vrstu kretanja elektrona koja se odvija kao odgovor na uložena sila.

Slijediti preovlađujuću politiku tretiranja dvije različite količine kao identičnih i korištenja istih jedinica za obje moguće je samo zato što su dvije različite upotrebe u većini slučajeva apsolutno odvojene. U takvim okolnostima, proračuni ne unose grešku zbog korištenja identičnih jedinica, ali u svakom slučaju, ako proračun ili teorijsko razmatranje uključuje količine oba tipa, potrebna je jasna razlika.

Kao analogiju, možemo pretpostaviti da želimo uspostaviti sistem jedinica u kojima se izražavaju svojstva vode. Pretpostavimo i da ne možemo prepoznati razliku između svojstava težine i zapremine, pa ih stoga izraziti u kubnim centimetrima. Ovaj sistem je ekvivalentan korišćenju jedinice težine od jednog grama. I sve dok se posebno bavimo težinom i zapreminom, svaki u svom kontekstu, činjenica da izraz "kubni centimetar" ima dva potpuno različita značenja ne dovodi do poteškoća. Međutim, ako imamo posla s obje kvalitete u isto vrijeme, bitno je prepoznati razliku između njih. Podjela kubnih centimetara (težine) kubnim centimetrima (volumen) nije izražena kao bezdimenzionalni broj, kao što se čini da proračuni pokazuju; koeficijent je fizička veličina sa dimenzijama težina/volumen. Isto tako, možemo koristiti iste jedinice za električni naboj i količinu električne energije sve dok rade samostalno iu ispravnom kontekstu, ali ako su obje veličine uključene u proračun ili rade pojedinačno s pogrešnim fizičkim dimenzijama, nastaje zabuna.

Dimenziona konfuzija koja je rezultat nerazumijevanja razlike između nabijenih i nenabijenih elektrona bila je izvor velike zabrinutosti i zbrke među teoretskim fizičarima. To je bila prepreka uspostavljanju bilo kakve sveobuhvatne sistematske veze između dimenzija fizičkih veličina. Neotkrivanje osnove za povezivanje jasan je pokazatelj da nešto nije u redu sa samim dimenzijama, ali umjesto da se ta činjenica prepozna, trenutna reakcija je da se problem gurne pod tepih i tvrdi da problem ne postoji. Evo kako jedan posmatrač vidi sliku:
“U prošlosti je tema veličine bila kontroverzna. Bile su potrebne godine neuspješnih pokušaja da se otkriju “inherentni, racionalni odnosi” u smislu kojih bi trebalo izraziti sve dimenzionalne formule. Danas je opšte prihvaćeno da ne postoji jedan apsolutni skup formula za određivanje veličine.”

Ovo je uobičajena reakcija na godine frustracije, reakcija na koju smo često nailazili u istraživanju tema o kojima se govori u tomu 1. Kada najbolji napori generacije za generacijom istraživača ne uspiju postići određeni cilj, uvijek postoji snažno iskušenje da se proglasiti da je cilj jednostavno nedostižan . „Ukratko“, kaže Alfred Lande, „ako ne možete razjasniti problemsku situaciju, najavite da je “osnovni, a zatim objaviti odgovarajući princip.” Stoga je fizička nauka prepuna principa impotencije nego objašnjenja.

U svemiru kretanja, dimenzije svih veličina svih vrsta mogu se izraziti samo u terminima prostora i vremena. Prostorno-vremenske dimenzije osnovnih mehaničkih veličina definirane su u Svesku 1. Ovdje dodajemo dimenzije veličina uključenih u tok električne struje.

Pojašnjenje dimenzionalnih odnosa je praćeno definicijom prirodne jedinice veličine različitih fizičkih veličina. Sistem jedinica koji se obično koristi pri radu sa električnim strujama razvijen je nezavisno od mehaničkih jedinica na ad hoc osnovi. Da bi se uspostavio odnos između slučajnog sistema i prirodnog sistema jedinica, biće potrebno izmeriti jednu fizičku veličinu čija se vrednost može odrediti u prirodnom sistemu, kao što je urađeno u prethodnom određivanju odnosa između prirodnih i tradicionalne jedinice prostora, vremena i mase. U tu svrhu koristićemo Faradejevu konstantu - uočeni odnos između količine električne energije i mase uključene u elektrolizu. Množenjem ove konstante, 2,89366 x 10 14 ese/g-ekviv, prirodnom jedinicom atomske težine 1,65979 x 10 -24 g, dobijamo kao prirodnu jedinicu količine električne energije 4,80287 x 10 -10 ese.

U početku, definicija jedinice naplate ( ese) korištenjem Kulonove jednačine u elektrostatičkom mjernom sistemu planirano je da se koristi kao sredstvo za uvođenje električnih veličina u mehanički mjerni sistem. Ali ovdje elektrostatička jedinica naboja i druge električne jedinice, uključujući ese, čine poseban sistem mjerenja u kojem se t/s identificira sa električnim nabojem.

Veličina električne struje je broj elektrona po jedinici vremena, odnosno jedinica prostora po jedinici vremena ili brzine. Stoga se prirodna jedinica struje može izraziti kao prirodna jedinica brzine, 2,99793 x 10 10 cm/sec. U električnom smislu, to je prirodna jedinica količine podijeljena prirodnom jedinicom vremena, jednaka je 3,15842 x 10 6 ese/sec ili 1,05353 x 10 -3 ampera. Dakle, tradicionalna jedinica električne energije, vat-sat, jednaka je 3,6 x 10 10 erg. Prirodna jedinica energije, 1,49275 x 10 -3 erg, je ekvivalentna 4,14375 x 10 -14 vat-sati. Ako ovu jedinicu podijelimo prirodnom jedinicom vremena, dobijamo prirodnu jedinicu snage - 9,8099 x 10 12 erg/sec = 9,8099 x 10 5 vati. Zatim dijeljenje prirodnom jedinicom struje daje prirodnu jedinicu elektromotorne sile ili napona od 9,31146 x 10 8 Volti. Daljnjim dijeljenjem sa strujom dobije se prirodna jedinica otpora od 8,83834 x 10 11 oma.

Još jedna količina električne energije koja zaslužuje spomen zbog ključne uloge koju igra u modernom matematičkom pristupu magnetizmu je „gustina struje“. Definira se kao "količina naboja koja u sekundi prolazi kroz jediničnu površinu ravnine okomite na liniju toka." To je čudna veličina, koja se razlikuje od bilo koje druge veličine o kojoj se već raspravljalo po tome što nije odnos između prostora i vremena. Jednom kada shvatimo da je ova količina zapravo trenutna po jedinici površine, a ne "naboj" (činjenica potvrđena jedinicama, amperi po kvadratnom metru, u kojima je izražena), njene prostorno-vremenske dimenzije izgledaju kao s/t x 1/ s² = 1/st. One nisu dimenzije kretanja ili svojstva kretanja. Iz toga slijedi da, općenito, ova količina nema fizički značaj. To je samo matematička pogodnost.

Osnovni zakoni električne struje poznati modernoj nauci, kao što su Ohmov zakon, Kirchhoffov zakon i njihovi derivati, samo su empirijske generalizacije i na njihovu primjenu ne utiče pojašnjenje prave prirode električne struje. Suština ovih zakona i relevantni detalji su adekvatno opisani u postojećoj naučnoj i tehničkoj literaturi.

ELEKTRIČNA OTPORNOST

Iako je kretanje električne struje u materiji ekvivalentno kretanju materije u prostoru, uslovi sa kojima se svaki tip kretanja susreće u našem svakodnevnom iskustvu naglašavaju različite aspekte opštih propozicija. Kada se bavimo kretanjem materije u kontinualnom prostoru, uglavnom nas zanimaju kretanja pojedinačnih objekata. Newtonovi zakoni kretanja, kamen temeljac mehanike, bave se primjenom sile da izazove ili promijeni kretanje takvih objekata i prijenosom kretanja s jednog objekta na drugi. S druge strane, u slučaju električne struje bavimo se aspektima kontinuiteta toka struje, a status pojedinačnih uključenih objekata nije relevantan.

Mobilnost prostornih jedinica u strujnom toku uvodi neke vrste varijabilnosti koje su odsutne u kretanju materije u kontinualnom prostoru. Stoga postoje karakteristike ponašanja ili svojstva materijalnih struktura koje su karakteristične za odnos između struktura i pokretnih elektrona. Drugačije rečeno, možemo to reći materija ima neka karakteristična električna svojstva. Glavno svojstvo ove prirode je otpor. Kao što je ranije rečeno, otpor je jedina veličina uključena u fundamentalne odnose strujnog toka koja nije poznata karakteristika sistema jednadžbi mehanike, jednačina koje se bave kretanjem materije u kontinualnom prostoru.

Jedan od autora sažima moderne ideje o porijeklu električnog otpora na sljedeći način:
“Sposobnost provođenja elektriciteta... proizlazi iz prisustva ogromnog broja kvazi-slobodnih elektrona, koji pod utjecajem električnog polja mogu teći kroz metalnu rešetku... Uzbudljivi utjecaji... ometaju slobodan tok elektrona, raspršujući ih i stvarajući otpor.”

Kao što je već naznačeno, razvoj teorije univerzuma kretanja dovodi do direktno suprotnog koncepta prirode električnog otpora. Nalazimo to elektroni se uklanjaju iz okoline. Kao što je objašnjeno u tomu 1, na djelu su fizički procesi koji stvaraju elektrone u značajnim količinama, i da iako su kretanja koja čine ove elektrone u mnogim slučajevima apsorbirana od strane atomskih struktura, sposobnost iskorištavanja ove vrste kretanja u takvim strukturama je ograničena. . Iz toga slijedi da u materijalnom sektoru svemira uvijek postoji veliki višak slobodnih elektrona, od kojih se većina ne naplaćuje. U nenabijenom stanju, elektroni se ne mogu kretati u vezi s prostorom ekstenzija, jer su rotirajuće jedinice prostora, a odnos prostora prema prostoru nije kretanje. Stoga je u otvorenom prostoru svaki nenabijeni elektron stalno u istoj poziciji u odnosu na prirodni referentni sistem, na isti način kao i foton. U kontekstu stacionarnog prostornog referentnog okvira, nenabijeni elektron, poput fotona, izbacuje se napolje brzinom svjetlosti nizom prirodnog referentnog okvira. Dakle, svi materijalni agregati su izloženi protoku elektrona, poput neprekidnog bombardovanja fotona zračenja. Međutim, postoje i drugi procesi u kojima se elektroni vraćaju u okolinu. Posljedično, populacija elektrona u materijalnom agregatu kao što je Zemlja stabilizira se na ravnotežnom nivou.

Procesi koji određuju ravnotežu koncentracije elektrona ne zavise od prirode atoma materije i zapremine atoma. Stoga je u električno izoliranim provodnicima, gdje nema struje, koncentracija elektrona konstantna. Iz ovoga slijedi da je broj elektrona uključenih u toplinsko kretanje atoma materije proporcionalan volumenu atoma, a energija tog kretanja određena je efektivnim koeficijentima rotacije atoma. dakle, otpor je određen zapreminom atoma i toplotnom energijom.

Supstance u kojima se rotaciono kretanje odvija u potpunosti u vremenu imaju toplotno kretanje u prostoru, prema opštem pravilu koje reguliše dodavanje kretanja, kao što je utvrđeno u svesci 1. Za ove supstance, nulto toplotno kretanje odgovara nultom otporu, a sa povećanjem temperature otpor povećava. To se događa zbog činjenice da je koncentracija elektrona (prostornih jedinica) u privremenoj komponenti vodiča konstantna za bilo koju određenu količinu struje. Stoga struja povećava termičko kretanje u određenom omjeru. Takve supstance se nazivaju provodnici.

Za ostale elemente koji imaju dvije dimenzije rotacije u prostoru, toplotno kretanje, koje zbog konačnih promjera pokretnih elektrona zahtijeva dvije otvorene dimenzije, nužno se javlja u vremenu. U ovom slučaju, nulta temperatura odgovara nultom kretanju u vremenu. Ovdje je otpor u početku visok, ali opada kako temperatura raste. Takve supstance su poznate kao izolatori ili dielektrici.

Elementi s najvećim električnim pomakom, oni koji imaju samo jednu dimenziju prostorne rotacije i oni koji su najbliži elektropozitivnim podjelama, mogu pratiti pozitivan obrazac i provodnici su. Elementi sa nižim električnim pristrasnošću prate modifikovani obrazac kretanja tokom vremena, gde otpor opada sa visokog, ali konačnog nivoa na nultu temperaturu. Takve supstance sa srednjim karakteristikama nazivaju se poluprovodnici.

Nažalost, mjerenja otpora uključuju mnoge faktore koji unose nesigurnost u rezultate. Čistoća uzorka je posebno važna zbog velike razlike između otpora vodiča i dielektrika. Čak i mala količina dielektrične kontaminacije može značajno promijeniti otpor. Tradicionalna teorija nema objašnjenje za veličinu ovog efekta. Ako se elektroni kreću kroz prostore između atoma, kao što teorija sugerira, nekoliko dodatnih prepreka na putu ne bi trebalo značajno doprinijeti otporu. Ali, kako tvrdimo, struje se kreću u svim atomima provodnika, uključujući i nečiste atome, što povećava sadržaj topline svakog atoma proporcionalno njegovom otporu. Izuzetno visoka otpornost dielektrika rezultira velikim doprinosom svakog nečistog atoma, a čak i vrlo mali broj takvih atoma ima vrlo značajan učinak.

Zagađivači poluprovodnih elemenata su manje efikasni kao zagađivači, ali i dalje mogu imati otpor hiljadama puta veći od otpora provodnih metala.

Takođe, otpor se menja sa toplotom i zahteva pažljivo žarenje pre nego što se mogu izvršiti pouzdana merenja. Adekvatnost ove metode u mnogim, ako ne i većini definicija otpornosti je upitna. Na primjer, G. T. Meaden izvještava da ovaj tretman smanjuje otpornost berilijuma za 50% i da je "preliminarni rad obavljen na neotopljenim uzorcima." Drugi izvori nesigurnosti uključuju promjene u kristalnoj strukturi ili magnetskom ponašanju koje se javljaju pri različitim temperaturama ili pritiscima u različitim uzorcima, ili pod različitim uvjetima, često praćene značajnim efektima kašnjenja.

Pošto je električni otpor rezultat temperaturnog kretanja, energija kretanja elektrona je u ravnoteži sa temperaturnom energijom. Dakle, otpor je direktno proporcionalan efektivnoj toplotnoj energiji, odnosno temperaturi. Iz ovoga slijedi da je prirast otpora po stepenu konstantan za svaku (nepromijenjenu) supstancu; ova vrijednost je određena atomskim karakteristikama. Zbog toga, kriva koja predstavlja odnos otpora prema temperaturi primijenjena na jedan atom je linearna. Ograničenje na pravu liniju je karakteristika odnosa elektrona, a nastaje zbog činjenice da elektron ima samo jednu jedinicu rotacionog pomaka i stoga ne može preći na višejedinični tip kretanja na način složenog atomskog strukture.

Međutim, slična promjena krivulje otpora se događa ako se koeficijenti koji određuju otpornost mijenjaju preuređivanjem, kao što je promjena tlaka. Kako je to izrazio P.W Bridgman, kada raspravljamo o njegovim rezultatima, nakon što je došlo do promjene ove prirode, u suštini imamo posla s drugom supstancom. Kriva modificiranog atoma je također prava linija, ali se ne poklapa sa krivom nemodificiranog atoma. U trenutku prijelaza u novi oblik, otpor pojedinačnog atoma naglo se mijenja u omjer s drugom ravnom linijom.

ELEKTRIČNA PUNJENJA

U svemiru kretanja, svi fizički entiteti i fenomeni su pokreti, kombinacije pokreta ili odnosi između pokreta. Iz toga slijedi da je razvoj strukture teorije koja opisuje takav univerzum uglavnom pitanje utvrđivanja kretanja i kombinacija kretanja pod uvjetima navedenim u postulatima. Do sada smo se u našoj raspravi o fizičkim fenomenima bavili samo translatornim kretanjem, kretanjem elektrona u materiji i različitim uticajima ovog kretanja, recimo, mehaničkim aspektima elektriciteta. Sada ćemo skrenuti pažnju na električne fenomene koji uključuju rotaciono kretanje.

Kao što je opisano u svesci 1, gravitacija je trodimenzionalno rotaciono raspoređeno skalarno kretanje. Ako posmatramo opći obrazac generiranja kretanja veće složenosti kao kombinaciju različitih tipova kretanja, prirodno je pretpostaviti mogućnost nametanja jednodimenzionalne ili dvodimenzionalne skalarne rotacije privlačenju objekata radi stvaranja fenomena složenije prirode. . Međutim, analizirajući situaciju, nalazimo da bi dodavanje gravitacijskom kretanju običnog rotacijsko raspoređenog kretanja u manje od tri dimenzije jednostavno promijenilo veličinu kretanja i ne bi dovelo do pojave novih vrsta fenomena.

Međutim, postoji varijacija rotacijsko raspoređenog uzorka koju još nismo istražili. Do sada su razmatrana tri opšta tipa jednostavnog kretanja (skalarno kretanje fizičkih pozicija): (1) translatorno kretanje; (2) linearne vibracije; i (3) rotacija. Sada bismo trebali shvatiti postojanje četvrtog tipa - vibraciono-rotacijskog kretanja, povezanog sa rotacijom na isti način kao što je linearna vibracija povezana sa translatornim kretanjem. Vektorsko kretanje ove vrste je uobičajeno (primjer je kretanje opruge u satu), ali ga tradicionalna naučna misao uglavnom ignorira. Ona igra važnu ulogu u osnovnom kretanju svemira.

Na atomskom nivou, rotaciona vibracija je rotaciono raspoređeno skalarno kretanje koje prolazi kroz kontinuiranu promenu od spolja ka unutra i obrnuto. Kao i kod linearnih vibracija, da bi bilo konstantno, mjerenje skalarnog smjera mora biti kontinuirano i uniformno. Stoga, kao i foton zračenja, to mora biti jednostavno harmonično kretanje. Kao što je navedeno u raspravi o kretanju temperature, kada se postojećem kretanju doda jednostavno harmonijsko kretanje, ono se poklapa s tim kretanjem (i stoga nema efekta) u jednom od skalarnih smjerova i ima efektivnu veličinu u drugom skalarnom smjeru. Svako inkrementalno kretanje mora zadovoljiti pravila za kombinovanje skalarnih kretanja utvrđena u Svesku 1. Na osnovu toga, efektivni skalarni smjer samoodržive rotacijske vibracije mora biti prema van, nasuprot unutrašnjem rotacionom kretanju s kojim je povezan. Takav dodatak skalarnog prema unutra nije stabilan, ali može biti podržan vanjskim utjecajem, kao što ćemo vidjeti kasnije.

Skalarno kretanje u obliku rotacijske vibracije će se definirati kao naboj. Ova vrsta jednodimenzionalne rotacije je električni naboj. U univerzumu kretanja, svaka osnovna fizička pojava, kao što je naboj, nužno je kretanje. A jedino pitanje na koje treba odgovoriti ispitivanjem njegovog mjesta u fizičkoj slici je pitanje: o kakvom se kretanju radi? Otkrivamo da opaženi električni naboj ima svojstva koja teorijski razvoj definira kao jednodimenzionalne rotacijske vibracije; stoga možemo izjednačiti ova dva koncepta.

Zanimljivo je primijetiti da tradicionalna nauka, koja tako dugo nije mogla objasniti porijeklo i prirodu električnog naboja, prepoznaje da je skalaran. Na primjer, W. J. Duffin izvještava da eksperimenti koje opisuje pokazuju da se “naboj može definirati kao jedinični broj”, podržavajući zaključak da je “naboj skalarna veličina”.

Međutim, u tradicionalnom fizičkom razmišljanju, električni naboj se smatra jednim od fundamentalnih fizičkih entiteta, a njegova definicija kao kretanje nesumnjivo će biti iznenađenje za mnoge ljude. Treba naglasiti da to nije karakteristika teorije univerzuma kretanja. Bez obzira na naša otkrića zasnovana na ovoj teoriji, naboj je nužno kretanje, a na osnovu definicija koje rade u tradicionalnoj fizici, činjenica koja se zanemaruje jer se ne slaže sa modernom teorijom. Ključni faktor u situaciji je definicija snage. Znamo to sila je svojstvo kretanja, a ne nešto fundamentalne prirode što postoji samo po sebi. Razumijevanje ove pozicije je bitno za razvoj teorije naboja.

Za potrebe fizike, sila je definisana drugim Newtonovim zakonom kretanja. Ovo je proizvod mase i ubrzanja, F = ma. Kretanje, odnos prostora i vremena, mjeri se na osnovu individualne jedinice mase kao brzina ili brzina, v (to jest, svaka jedinica se kreće svojom brzinom), ili na kolektivnoj osnovi kao moment—masa puta brzina, mv , koji se ranije nazivao opisnijim imenom "kvantiteta kretanja". Brzina promjene veličine kretanja tokom vremena je dv/dt (ubrzanje, a) u slučaju pojedinačne mase, i m dv/dt (sila, ma) ako se mjeri zajedno. Tada se sila definira kao brzina promjene veličine ukupne količine kretanja s vremenom; možemo je nazvati "količina ubrzanja". Iz definicije slijedi da je sila svojstvo kretanja. Ima isti status kao i svaka druga imovina, a ne nešto što može postojati kao autonomni entitet.

Takozvane “temeljne sile prirode”, navodno autonomne sile koje se pozivaju da objasne porijeklo fizičkih pojava, nužno su svojstva pokreta iza njih; ne mogu postojati kao nezavisni entiteti. Svaka „osnovna sila“ mora proizaći iz fundamentalnog pokreta. Ovo je logičan zahtjev za definiciju sile i vrijedi bez obzira na fizičku teoriju u čijem kontekstu se situacija razmatra.

Savremena fizička nauka nije u stanju da odredi pokrete koje zahteva definicija sile. Na primjer, fizički naboj proizvodi električnu silu, ali kako je utvrđeno promatranjem, to ne čini na vlastitu inicijativu. Nema naznaka prethodnog kretanja. Ovakva očigledna kontradikcija sa definicijom sile sada se rješava ignorisanjem zahtjeva definicije i razmatranjem električne sile kao entiteta stvorenog na neki neodređen način naelektrisanjem. Sada je potreba za izbjegavanjem ove vrste eliminirana definiranjem naboja kao vibracije rotacije. Sada je jasno da je razlog odsustva bilo kakvog dokaza kretanja uključenog u stvaranje električne sile taj sam naboj je kretanje.

Dakle, električni naboj je jednodimenzionalni analog trodimenzionalnog kretanja atoma ili čestice, koje smo definirali kao masu. Prostorno-vremenske dimenzije mase – t³/s³. U jednoj dimenziji to bi bilo t/s. Rotacijska vibracija je kretanje slično rotaciji koje čini masu, ali se razlikuje samo po periodičnom preokretu skalarnog smjera. Iz ovoga slijedi da električni naboj - jednodimenzionalna vibracija rotacije - također ima dimenzije t/s. Mjerenja drugih elektrostatičkih veličina mogu se izvesti iz veličina naelektrisanja. Jačina električnog polja- veličina koja igra važnu ulogu u mnogim odnosima koji uključuju električne naboje je naelektrisanje po jedinici površine, t/s x 1/s² = t/s³. Proizvod jačine polja i udaljenosti, t/s³ x s = t/s², je sila, električni potencijal.

Iz istih razloga koji važe za stvaranje gravitacionog polja po masi, električni naboj je okružen poljem sile. kako god nema interakcije između mase i naboja. Skalarni pokret. promjenjivo razdvajanje između A i B, može se predstaviti u referentnom okviru ili kao kretanje AB (kretanje A prema B) ili kretanje BA (kretanje B prema A). Stoga AB i BA pokreti nisu dva odvojena pokreta; oni su samo dva različita načina predstavljanja jedan i isti kretanja u referentnom sistemu. To znači da je skalarno kretanje recipročan proces. Ne može se dogoditi osim ako objekti A i B nisu sposobni za isti tip kretanja. Posljedično, naboji (jednodimenzionalna kretanja) su u interakciji samo s nabojima, a mase (trodimenzionalna kretanja) samo s masama.

Linearno kretanje električnog naboja, analogno gravitaciji, podliježe istim razmatranjima kao i gravitacijsko kretanje. Međutim, kao što je ranije napomenuto, ona je usmjerena prema van, a ne prema unutra, pa se stoga ne može direktno dodati osnovnom kretanju vibracije na način rotacijskih kombinacija pokreta. Ograničenje kretanja prema van nastaje zato što se vanjski slijed prirodnog referentnog okvira, koji je uvijek prisutan, proteže do pune jedinice vanjske brzine – granične veličine. Dalje kretanje prema van može se dodati tek nakon što se unutrašnja komponenta unese u kombinaciju pokreta. dakle, naboj može postojati samo kao dodatak atomu ili subatomskoj čestici.

Iako je skalarni smjer rotacijske vibracije koja čini naboj uvijek prema van, mogući su i pozitivni (vremenski) i negativni (prostorni) pomaci, budući da brzina rotacije može biti ili veća ili manja od jedinice, a rotirajuća vibracija mora nužno biti suprotna od rotacija. Ovo otvara vrlo nezgodno pitanje terminologije. Sa logičke tačke gledišta, rotacijske vibracije s prostornim pomakom treba nazvati negativnim nabojem, jer je suprotno pozitivnoj rotaciji, a rotacijske vibracije s vremenskim pomakom treba nazvati pozitivnim nabojem. Na osnovu toga, izraz „pozitivan“ se uvijek odnosi na vremenski pomak (mala brzina), a izraz „negativan“ uvijek se odnosi na prostorni pomak (velika brzina). Korištenje ovih termina imalo bi neke prednosti, ali za potrebe ovog rada ne izgleda poželjno riskirati unošenje dodatne zabune u objašnjenja koja već pate od neizbježne upotrebe nepoznate terminologije za izražavanje prethodno nesvjesnih veza. Stoga ćemo za sadašnje svrhe pratiti današnju upotrebu i naboje pozitivnih elemenata nazivat ćemo pozitivnim. To znači da je značenje pojmova „pozitivno“ i „negativno“ u vezi sa rotacijom u obrnutoj vezi sa naelektrisanjem.

U normalnoj praksi to ne bi trebalo predstavljati nikakve posebne poteškoće. Međutim, u ovoj raspravi, određena identifikacija svojstava različitih pokreta uključenih u kombinacije koje se proučavaju je od suštinskog značaja radi jasnoće. Da bi se izbjegla zabuna, izrazi "pozitivan" i "negativan" bit će praćeni zvjezdicama kada se koriste obrnuto. Na osnovu toga, elektropozitivni element koji rotira malom brzinom u svim skalarnim smjerovima prima pozitivan* naboj - vibraciju rotacije pri velikoj brzini. Elektronegativni element sa komponentama visokog i niskog okretanja može prihvatiti bilo koju vrstu naboja. Međutim, općenito je negativan* naboj ograničen na većinu negativnih elemenata klase.

Mnogi problemi koji nastaju kada se skalarno kretanje razmatra u kontekstu fiksnog prostornog referentnog okvira proizilaze iz činjenice da referentni okvir ima svojstvo, poziciju, koju skalarno kretanje nema. Drugi problemi nastaju iz suprotnog razloga: skalarno kretanje ima svojstvo koje referentni okvir nema. Ovo svojstvo smo nazvali skalarnim smjerom, prema unutra ili prema van.

Električni naboji ne sudjeluju u osnovnim kretanjima atoma ili čestica, ali se lako stvaraju u gotovo svakoj vrsti materije i mogu se jednako lako odvojiti od te materije. U okruženjima s niskim temperaturama kao što je površina Zemlje, električni naboj djeluje kao privremeni dodatak relativno trajnim rotirajućim sistemima kretanja. To ne znači da uloga optužbe nije važna. Zapravo, naboji često imaju veći utjecaj na ishod fizičkih događaja nego osnovna kretanja atoma materije uključenih u akciju. Ali sa strukturne tačke gledišta, treba shvatiti da naboji dolaze i odlaze na isti način kao translaciona (kinetička ili temperaturna) kretanja atoma. Kao što ćemo uskoro vidjeti, naboji i kretanja temperature su uglavnom zamjenjivi.

Najjednostavniji oblik nabijene čestice nastaje dodavanjem jedne jedinice jednodimenzionalne rotacijske vibracije na elektron ili pozitron, koji ima samo jednu neuravnoteženu jedinicu jednodimenzionalnog rotacionog pomaka. Pošto je efektivni spin elektrona negativan, on preuzima negativno* naelektrisanje. Kao što je navedeno u opisu subatomskih čestica u Tomu 1, svaki nenabijeni elektron ima dvije slobodne dimenzije; odnosno skalarne dimenzije u kojima nema efektivne rotacije. Ranije smo takođe videli da su osnovne jedinice materije - atomi i čestice - u stanju da se orijentišu prema svom okruženju; odnosno usvajaju orijentacije u skladu sa silama koje djeluju u okruženju. Kada se elektron stvori u slobodnom prostoru, na primjer iz kosmičkih zraka, on izbjegava ograničenja nametnuta njegovim prostornim pomakom (kao što je nemogućnost kretanja u prostoru) tako što se orijentira tako da se jedna od slobodnih dimenzija poklapa s dimenzijom referentni okvir. Tada može zauzeti fiksnu poziciju u prirodnom referentnom okviru neograničeno. U kontekstu stacionarnog prostornog referentnog okvira, ovaj nenabijeni elektron, poput fotona, izbacuje se napolje brzinom svjetlosti nizom prirodnog referentnog okvira.

Ako elektron uđe u novo okruženje i počne biti podvrgnut novom skupu sila, može se preorijentirati kako bi se prilagodio novoj situaciji. Na primjer, pri ulasku u provodni materijal on nailazi na okruženje u kojem se može slobodno kretati, zbog činjenice da se pomak brzine u kombinacijama kretanja koje čine materiju dešava prvenstveno u vremenu, a veza između prostornog pomaka elektron i vremenski pomak atoma je kretanje. Štaviše, faktori životne sredine favorizuju takvu preorijentaciju; to jest, oni favorizuju povećanje brzine iznad jedinice u okruženju velike brzine i smanjenje u okruženju niske brzine. Posljedično, elektron preorijentira aktivni pomak u dimenziji referentnog okvira. To je ili prostorni ili vremenski referentni okvir, ovisno o tome da li je brzina iznad ili ispod jedinice, ali su dva okvira paralelna. Zapravo, to su dva segmenta jednog sistema, jer predstavljaju isto jednodimenzionalno kretanje u dva različita područja brzine.

Ako je brzina veća od jedinice, reprezentacija promjenljive količine se javlja u vremenskom koordinatnom sistemu, a fiksni položaj u prirodnom referentnom okviru pojavljuje se u prostornom koordinatnom sistemu kao kretanje elektrona (električne struje) brzinom svjetlosti. . Ako je brzina manja od jedan, prikazi su obrnuti. Iz ovoga ne slijedi da se kretanje elektrona duž vodiča događa takvim brzinama. U tom smislu, sakupljanje elektrona je slično sakupljanju gasa. Pojedinačni elektroni se kreću velikom brzinom, ali u nasumičnim smjerovima. Samo rezultirajući višak kretanja u smjeru toka struje, drift elektrona kako se to obično naziva, djeluje kao nesmjerno kretanje.

Ideja o "elektronskom plinu" općenito je prihvaćena u modernoj fizici, ali se vjeruje da "jednostavna teorija dovodi do velikih poteškoća kada se detaljnije ispita". Kao što je napomenuto, preovlađujuća pretpostavka je da se elektroni elektronskog gasa ekstrahovani iz atomskih struktura suočavaju sa mnogim problemima. Takođe postoji direktna kontradikcija sa specifičnim toplotnim vrednostima. “Očekivalo se da će elektronski plin dodati dodatnih 3/2 R specifičnoj toplini metala,” ali takvo povećanje specifične topline nije eksperimentalno otkriveno.

Teorija univerzuma kretanja nudi odgovore na oba ova problema. Elektroni, čije kretanje predstavlja električnu struju, nisu uklonjeni iz atoma i nisu podložni ograničenjima vezanim za njihovo porijeklo. Odgovor na problem specifične topline leži u prirodi kretanja elektrona. Kretanje nenabijenih elektrona (prostornih jedinica) u materiji provodnika je ekvivalentno kretanju materije u prostoru produžetaka. Na datoj temperaturi, atomi materije imaju određenu brzinu u odnosu na prostor. Nije bitno da li je to prostor za nastavak ili elektronski prostor. Kretanje u elektronskom prostoru (kretanje elektrona) je deo temperaturnog kretanja, a specifična toplota usled ovog kretanja je deo specifične toplote atoma, a ne nešto zasebno.

Ako se preorijentacija elektrona dogodi kao odgovor na faktore okoline, ne može se okrenuti protiv sila povezanih s tim faktorima. Stoga, u nenabijenom stanju, elektroni ne mogu napustiti provodnik. Jedino aktivno svojstvo nenabijenog elektrona je prostorni pomak, a omjer tog prostora i prostora produžetaka nije kretanje. Kombinacija rotacijskih kretanja (atoma ili čestice) sa rezultirajućim pomakom u prostoru (brzina veća od jedan) može se kretati samo u vremenu, kao što je ranije rečeno. Kombinacija rotacijskih kretanja s rezultirajućim pomakom u vremenu (brzina manja od jedan) može se kretati samo u prostoru, jer je kretanje veza između prostora i vremena. Ali jedinica brzine (prirodna nula ili početni nivo) je jedinstvo u prostoru i vremenu. Iz toga slijedi da se kombinacija kretanja s pomakom neto brzine od nule može kretati u vremenu ili prostoru. Dobivanje jedinice negativnog* naboja (zapravo pozitivne prirode) na elektronu koji u svom nenabijenom stanju ima jedinicu negativnog pomaka smanjuje rezultirajući pomak brzine na nulu i omogućava elektronu da se slobodno kreće bilo u prostoru ili vremenu.

Stvaranje nabijenih elektrona u provodniku zahtijeva samo prijenos dovoljne energije na nenabijeni elektron da se postojeća kinetička energija čestice dovede do ekvivalenta jediničnog naboja. Ako se elektron projektuje u svemir, potrebna je dodatna količina energije da pobjegne sa čvrste ili tekuće površine i savlada pritisak koji vrši okolni plin. Nabijeni elektroni s energijama ispod ovog nivoa su ograničeni na provodnik na isti način kao i nenabijeni elektroni.

Energija potrebna za stvaranje naboja i izlazak iz provodnika može se naučiti na mnogo načina, od kojih je svaki način stvaranja slobodno pokretnih nabijenih elektrona. Pogodna i široko korištena metoda osigurava potrebnu energiju kroz potencijalnu razliku. Ovo povećava translacionu energiju elektrona sve dok ne zadovolji zahtjev. U mnogim aplikacijama, potrebno povećanje energije je minimizirano projektiranjem novonabijenih elektrona u vakuum, a ne zahtjevom za savladavanjem tlaka plina. Katodne zrake, koje se koriste u stvaranju rendgenskih zraka, su tokovi nabijenih elektrona koji se projektuju u vakuum. Upotreba vakuuma je također karakteristika termionskog stvaranja nabijenih elektrona, pri čemu se potrebna energija unosi u nenabijene elektrone kroz toplinu. U fotonaponskom stvaranju energija se apsorbira iz zračenja.

Postojanje elektrona kao slobodno nabijene jedinice obično je kratkog vijeka. Odmah nakon što se stvori jednim prijenosom energije i emituje u svemir, ponovo se sudara sa materijom i ulazi u drugi prijenos energije, kojim se naboj pretvara u toplinsku energiju ili zračenje, a elektron se vraća u nenabijeno stanje. U neposrednoj blizini agensa koji stvara nabijene elektrone, istovremeno se dešavaju i stvaranje naboja i obrnuti proces koji ih pretvara u druge vrste energije. Jedan od glavnih razloga za korištenje vakuuma za stvaranje elektrona je minimiziranje gubitka naboja tokom obrnutog procesa.

U svemiru se naelektrisani elektroni mogu posmatrati, odnosno detektovati, na različite načine, jer zbog prisustva naelektrisanja na njih utiču električne sile. Ovo omogućava kontrolu njihovih kretanja, a za razliku od svog neuhvatljivog nenabijenog dvojnika, nabijeni elektron je vidljiv entitet kojim se može manipulirati kako bi se stvorile različite vrste fizičkih efekata.

Nemoguće je izolirati i proučavati pojedinačne nabijene elektrone u materiji kao što to radimo u svemiru, ali možemo postati svjesni prisustva čestica prateći tragove slobodno pokretnih naboja u materijalnim agregatima. Pored posebnih karakteristika naelektrisanja, naelektrisani elektroni u materiji imaju ista svojstva kao i nenaelektrisani elektroni. Lako se kreću u dobrim provodnicima, a teže u lošim. Kreću se kao odgovor na potencijalne razlike. Drže se u izolatorima - tvarima koje nemaju potrebne otvorene dimenzije da bi omogućile slobodno kretanje elektrona i tako dalje. Aktivnost naelektrisanih elektrona ui oko agregata materije poznata je kao statički elektricitet.

Šta danas zaista znamo o električnoj energiji? Prema modernim pogledima, mnogo, ali ako se detaljnije zadubimo u suštinu ovog pitanja, ispostavit će se da čovječanstvo naširoko koristi električnu energiju bez razumijevanja prave prirode ovog važnog fizičkog fenomena.

Svrha ovog članka nije opovrgavanje postignutih naučno-tehničkih primijenjenih rezultata istraživanja u oblasti električnih pojava, koje se široko koriste u svakodnevnom životu i industriji savremenog društva. Ali čovječanstvo se stalno suočava s nizom pojava i paradoksa koji se ne uklapaju u okvire modernih teorijskih koncepata o električnim pojavama - to ukazuje na nedostatak potpunog razumijevanja fizike ovog fenomena.

Također, danas znanost zna činjenice kada naizgled proučavane supstance i materijali pokazuju anomalnu provodljivost ( ) .

Fenomen supravodljivosti materijala također trenutno nema potpuno zadovoljavajuću teoriju. Postoji samo pretpostavka da supravodljivost jeste kvantni fenomen , koju proučava kvantna mehanika. Pažljivim proučavanjem osnovnih jednačina kvantne mehanike: Schrödingerove jednačine, von Neumannove jednačine, Lindbladove jednačine, Heisenbergove jednačine i Paulijeve jednačine, njihova nedosljednost će postati očigledna. Činjenica je da Schrödingerova jednačina nije izvedena, već se postulira metodom analogije s klasičnom optikom, na osnovu generalizacije eksperimentalnih podataka. Paulijeva jednadžba opisuje kretanje nabijene čestice sa spinom 1/2 (na primjer, elektrona) u vanjskom elektromagnetskom polju, ali koncept spina nije povezan sa stvarnom rotacijom elementarne čestice i u odnosu na spin postulira se da postoji prostor stanja koja ni na koji način nisu povezana sa kretanjem čestica elementarne čestice u običnom prostoru.

U knjizi Anastasije Novykh „Ezoosmos“ spominje se nedosljednost kvantne teorije: „Ali kvantnomehanička teorija strukture atoma, koja atom smatra sistemom mikročestica koje se ne pokoravaju zakonima klasične mehanike, apsolutno nije relevantno . Na prvi pogled, argumenti njemačkog fizičara Heisenberga i austrijskog fizičara Schrödingera ljudima se čine uvjerljivima, ali ako se sve ovo sagleda s druge tačke gledišta, onda su njihovi zaključci samo djelimično tačni, a općenito su i jedni i drugi potpuno pogrešni. . Činjenica je da je prvi opisao elektron kao česticu, a drugi kao talas. Inače, princip dualnosti talas-čestica je takođe irelevantan, jer ne otkriva prelazak čestice u talas i obrnuto. Odnosno, učena gospoda ispadaju pomalo škrti. U stvari, sve je vrlo jednostavno. Općenito, želim reći da je fizika budućnosti vrlo jednostavna i razumljiva. Glavna stvar je doživjeti ovu budućnost. Što se tiče elektrona, on postaje talas samo u dva slučaja. Prvi je kada se gubi vanjski naboj, odnosno kada elektron ne stupa u interakciju s drugim materijalnim objektima, recimo sa istim atomom. Drugi, u predosmičkom stanju, odnosno kada se njegov unutrašnji potencijal smanjuje."

Isti električni impulsi koje generišu neuroni ljudskog nervnog sistema podržavaju aktivno, složeno, raznoliko funkcionisanje tela. Zanimljivo je napomenuti da je akcioni potencijal ćelije (pobudni val koji se kreće duž membrane žive ćelije u obliku kratkotrajne promjene membranskog potencijala na malom području ekscitabilne ćelije) u određenoj opseg (slika 1).

Donja granica akcionog potencijala neurona je na nivou -75 mV, što je vrlo blizu vrijednosti redoks potencijala ljudske krvi. Ako analiziramo maksimalnu i minimalnu vrijednost akcionog potencijala u odnosu na nulu, onda je vrlo blizu zaokruženom postotku značenje zlatni omjer , tj. podjela intervala u omjeru 62% i 38%:

\(\Delta = 75 mV+40 mV = 115 mV\)

115 mV / 100% = 75 mV / x 1 ili 115 mV / 100% = 40 mV / x 2

x 1 = 65,2%, x 2 = 34,8%

Sve supstance i materijali poznati modernoj nauci provode elektricitet u ovom ili onom stepenu, jer sadrže elektrone koji se sastoje od 13 fantomskih Po čestica, koje su, zauzvrat, septonski snopovi („PRIMORDIALNA ALLATRA FIZIKA“ str. 61). Pitanje je samo koliki je napon električne struje koji je neophodan da bi se savladao električni otpor.

Pošto su električni fenomeni usko povezani sa elektronom, izveštaj „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“ daje sledeće informacije o ovoj važnoj elementarnoj čestici: „Elektron je komponenta atoma, jedan od glavnih strukturnih elemenata materije. Elektroni formiraju elektronske ljuske atoma svih danas poznatih hemijskih elemenata. Oni učestvuju u gotovo svim električnim fenomenima kojih su naučnici danas svjesni. Ali šta je elektricitet, zvanična nauka još uvek ne može da objasni, ograničavajući se na opšte fraze da je to, na primer, „skup pojava uzrokovanih postojanjem, kretanjem i interakcijom naelektrisanih tela ili čestica nosilaca električnog naboja“. Poznato je da električna energija nije kontinuirani tok, već se prenosi u porcijama - diskretno».

Prema savremenim idejama: „ struja “je skup fenomena uzrokovanih postojanjem, interakcijom i kretanjem električnih naboja.” Ali šta je električni naboj?

Električno punjenje (količina električne energije) je fizička skalarna veličina (veličina čija se svaka vrijednost može izraziti jednim realnim brojem) koja određuje sposobnost tijela da budu izvor elektromagnetnih polja i da učestvuju u elektromagnetnoj interakciji. Električni naboji se dijele na pozitivna i negativna (ovaj izbor se u nauci smatra čisto proizvoljnim i svakom naelektrisanju se pripisuje vrlo specifičan znak). Tijela nabijena nabojem istog znaka odbijaju se, a ona suprotnog naboja privlače. Kada se nabijena tijela kreću (kako makroskopska tijela tako i mikroskopske nabijene čestice koje nose električnu struju u provodnicima), nastaje magnetsko polje i javljaju se pojave koje omogućavaju uspostavljanje odnosa između elektriciteta i magnetizma (elektromagnetizam).

Elektrodinamika proučava elektromagnetno polje u najopštijem slučaju (tj. razmatraju se vremenski zavisna varijabilna polja) i njegovu interakciju sa tijelima koja imaju električni naboj. Klasična elektrodinamika uzima u obzir samo kontinuirana svojstva elektromagnetnog polja.

Kvantna elektrodinamika proučava elektromagnetna polja koja imaju diskontinuirana (diskretna) svojstva, čiji su nosioci kvanti polja – fotoni. Interakcija elektromagnetnog zračenja sa nabijenim česticama se u kvantnoj elektrodinamici smatra apsorpcijom i emisijom fotona od strane čestica.

Vrijedi razmisliti zašto se magnetsko polje pojavljuje oko vodiča sa strujom ili oko atoma u čijim se orbitama kreću elektroni? Činjenica je da " ono što se danas zove električna energija je zapravo posebno stanje septonskog polja , u procesima u kojima elektron u većini slučajeva učestvuje zajedno sa svojim drugim dodatnim "komponentama" "("PRIMODIUM ALLATRA FIZIKA" str. 90).

A toroidni oblik magnetskog polja određen je prirodom njegovog porijekla. Kako članak kaže: “Uzimajući u obzir fraktalne obrasce u Univerzumu, kao i činjenicu da je septonsko polje u materijalnom svijetu unutar 6 dimenzija osnovno, jedinstveno polje na kojem se zasnivaju sve interakcije poznate modernoj nauci, može se tvrditi da su svi takođe imaju oblik Tore. A ova izjava može biti od posebnog naučnog interesa za savremene istraživače.". Stoga će elektromagnetno polje uvijek imati oblik torusa, poput torusa septona.

Razmotrimo spiralu kroz koju teče električna struja i kako se tačno formira njeno elektromagnetno polje ( https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Rice. 2. Linije polja pravokutnog magneta

Rice. 3. Linije polja spirale sa strujom

Rice. 4. Linije polja pojedinih dijelova spirale

Rice. 5. Analogija između linija polja spirale i atoma sa orbitalnim elektronima

Rice. 6. Odvojeni fragment spirale i atoma sa linijama sile

ZAKLJUČAK: čovječanstvo tek treba da nauči tajne misteriozne pojave elektriciteta.

Peter Totov

Ključne riječi: PRIMORDIALNA FIZIKA ALLATRA, električna struja, elektricitet, priroda elektriciteta, električni naboj, elektromagnetno polje, kvantna mehanika, elektron.

književnost:

Novi. A., Ezoosmos, K.: LOTOS, 2013. - 312 str. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

Izveštaj “PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” međunarodne grupe naučnika Međunarodnog društvenog pokreta “ALLATRA”, ur. Anastasia Novykh, 2015;

Prije svega, vrijedno je saznati što je električna struja. Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču. Da bi on nastao, prvo se mora stvoriti električno polje pod čijim će se utjecajem gore spomenute nabijene čestice početi kretati.

Prva saznanja o elektricitetu, pre mnogo vekova, odnosila su se na električna „naelektrisanja“ nastala trenjem. Već u davna vremena ljudi su znali da je ćilibar, protrljan vunom, stekao sposobnost da privlači lagane predmete. Ali tek krajem 16. veka engleski lekar Gilbert je detaljno proučavao ovaj fenomen i otkrio da mnoge druge supstance imaju potpuno ista svojstva. Tela koja, poput ćilibara, nakon trljanja mogu privući lake predmete, nazvao je naelektrisanim. Ova riječ je izvedena od grčkog elektrona - "ćilibar". Trenutno kažemo da tijela u ovom stanju imaju električni naboj, a sama tijela se nazivaju "nabijena".

Električni naboji uvijek nastaju kada različite tvari dođu u bliski kontakt. Ako su tijela čvrsta, onda je njihov bliski kontakt spriječen mikroskopskim izbočinama i nepravilnostima koje su prisutne na njihovoj površini. Stiskanjem takvih tijela i trljanjem jedno o drugo spajamo njihove površine koje bi se bez pritiska dodirivale samo u nekoliko tačaka. U nekim tijelima električni naboji se mogu slobodno kretati između različitih dijelova, ali u drugim je to nemoguće. U prvom slučaju tijela se nazivaju "provodnici", au drugom - "dielektrici ili izolatori". Provodnici su svi metali, vodeni rastvori soli i kiselina, itd. Primeri izolatora su ćilibar, kvarc, ebonit i svi gasovi koji se nalaze u normalnim uslovima.

Ipak, treba napomenuti da je podjela tijela na provodnike i dielektrike vrlo proizvoljna. Sve tvari provode električnu energiju u većoj ili manjoj mjeri. Električni naboji su pozitivni i negativni. Ova vrsta struje neće dugo trajati, jer će naelektrisano tijelo ostati bez naboja. Za kontinuirano postojanje električne struje u vodiču, potrebno je održavati električno polje. U te svrhe koriste se izvori električne struje. Najjednostavniji slučaj pojave električne struje je kada je jedan kraj žice spojen na naelektrizirano tijelo, a drugi na uzemljenje.

Električna kola koja opskrbljuju strujom sijalice i elektromotore nisu se pojavila sve do izuma baterija, koji datira oko 1800. godine. Nakon toga, razvoj doktrine elektriciteta je išao tako brzo da je za manje od jednog stoljeća postao ne samo dio fizike, već je formirao osnovu nove električne civilizacije.

Osnovne količine električne struje

Količina električne energije i struje. Efekti električne struje mogu biti jaki ili slabi. Jačina električne struje ovisi o količini naboja koja teče kroz strujni krug u određenoj jedinici vremena. Što se više elektrona pomiče s jednog pola izvora na drugi, to je veći ukupni naboj koji elektroni prenose. Ovaj neto naboj naziva se količina električne energije koja prolazi kroz provodnik.

Konkretno, kemijski učinak električne struje ovisi o količini električne energije, odnosno, što je veći naboj prošao kroz otopinu elektrolita, to će se više tvari taložiti na katodi i anodi. S tim u vezi, količina električne energije može se izračunati vaganjem mase tvari nanesene na elektrodu i poznavanjem mase i naboja jednog jona ove tvari.

Jačina struje je veličina koja je jednaka omjeru električnog naboja koji prolazi kroz poprečni presjek provodnika i vremena kada teče. Jedinica za punjenje je kulon (C), vrijeme se mjeri u sekundama (s). U ovom slučaju, jedinica struje je izražena u C/s. Ova jedinica se zove amper (A). Za mjerenje struje u kolu koristi se električni mjerni uređaj koji se zove ampermetar. Za uključivanje u krug, ampermetar je opremljen sa dva terminala. Spojen je serijski na kolo.

Električni napon. Već znamo da je električna struja uređeno kretanje nabijenih čestica - elektrona. Ovo kretanje se stvara pomoću električnog polja, koje obavlja određenu količinu posla. Ova pojava se naziva rad električne struje. Da bi pomjerilo više naboja kroz električni krug za 1 s, električno polje mora obaviti veći rad. Na osnovu toga ispada da bi rad električne struje trebao ovisiti o jačini struje. Ali postoji još jedna vrijednost od koje ovisi rad struje. Ova veličina se naziva napon.

Napon je omjer rada koji vrši struja u određenom dijelu električnog kola i naboja koji teče kroz isti dio strujnog kola. Strujni rad se mjeri u džulima (J), naboj - u kulonima (C). U tom smislu, jedinica mjere za napon će postati 1 J/C. Ova jedinica se zvala volt (V).

Da bi napon nastao u električnom kolu, potreban je izvor struje. Kada je strujni krug otvoren, napon je prisutan samo na stezaljkama izvora struje. Ako je ovaj izvor struje uključen u kolo, napon će se pojaviti i u pojedinim dijelovima kola. U tom smislu, struja će se pojaviti u krugu. Odnosno, možemo ukratko reći sljedeće: ako u kolu nema napona, nema struje. Za mjerenje napona koristi se električni mjerni instrument koji se zove voltmetar. Po svom izgledu podsjeća na prethodno spomenuti ampermetar, s jedinom razlikom što je na voltmetarskoj skali napisano slovo V (umjesto A na ampermetru). Voltmetar ima dva terminala, uz pomoć kojih je paralelno spojen na električni krug.

Električni otpor. Nakon spajanja različitih vodiča i ampermetra u električni krug, možete primijetiti da kada koristite različite vodiče, ampermetar daje različita očitanja, odnosno u ovom slučaju je jačina struje dostupna u električnom krugu različita. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da različiti provodnici imaju različit električni otpor, što je fizička veličina. Nazvan je Ohm u čast njemačkog fizičara. U fizici se po pravilu koriste veće jedinice: kilo-om, mega-om itd. Otpor provodnika obično se označava slovom R, dužina provodnika je L, a površina poprečnog presjeka S. U ovom slučaju, otpor se može zapisati kao formula:

R = r * L/S

gdje se koeficijent p naziva otpornost. Ovaj koeficijent izražava otpor vodiča dužine 1 m s površinom poprečnog presjeka od 1 m2. Specifični otpor se izražava u Ohmima x m. Budući da žice, u pravilu, imaju prilično mali poprečni presjek, njihove površine se obično izražavaju u kvadratnim milimetrima. U ovom slučaju, jedinica otpornosti će biti Ohm x mm2/m. U tabeli ispod. Slika 1 prikazuje otpornost nekih materijala.

Tabela 1. Električna otpornost nekih materijala
Materijal	p, Ohm x m2/m	Materijal	p, Ohm x m2/m
Bakar	0,017	Legura platine i iridijuma	0,25
Zlato	0,024	Grafit	13
Brass	0,071	Ugalj	40
Tin	0,12	Porcelan	1019
Olovo	0,21	Ebonit	1020
Metal ili legura
Srebro	0,016	manganin (legura)	0,43
Aluminijum	0,028	Constantan (legura)	0,50
Tungsten	0,055	Merkur	0,96
Iron	0,1	nikrom (legura)	1,1
niklin (legura)	0,40	fechral (legura)	1,3
		kromel (legura)	1,5

Prema tabeli. 1 postaje jasno da bakar ima najmanju električnu otpornost, a legura metala najveću. Osim toga, dielektrici (izolatori) imaju visoku otpornost.

Električni kapacitet. Već znamo da dva provodnika izolirana jedan od drugog mogu akumulirati električne naboje. Ovaj fenomen karakterizira fizička veličina koja se naziva električni kapacitet. Električni kapacitet dva vodiča nije ništa drugo do omjer naboja jednog od njih i potencijalne razlike između ovog vodiča i susjednog. Što je niži napon kada se provodnici napune, to je njihov kapacitet veći. Jedinica za električni kapacitet je farad (F). U praksi se koriste frakcije ove jedinice: mikrofarad (μF) i pikofarad (pF).

Ako uzmete dva provodnika izolirana jedan od drugog i postavite ih na maloj udaljenosti jedan od drugog, dobit ćete kondenzator. Kapacitet kondenzatora zavisi od debljine njegovih ploča i debljine dielektrika i njegove permeabilnosti. Smanjenjem debljine dielektrika između ploča kondenzatora, kapacitet potonjeg može se značajno povećati. Na svim kondenzatorima, pored njihovog kapaciteta, mora biti naznačen napon za koji su ovi uređaji projektovani.

Rad i snaga električne struje. Iz navedenog je jasno da električna struja obavlja određeni posao. Prilikom spajanja elektromotora, električna struja pokreće sve vrste opreme, pomiče vozove duž šina, osvjetljava ulice, grije dom, a proizvodi i hemijski efekat, odnosno omogućava elektrolizu itd. Možemo reći da je posao obavljen. strujom na određenom dijelu kola jednaka je struji proizvoda, naponu i vremenu tokom kojeg je rad obavljen. Rad se mjeri u džulima, napon u voltima, struja u amperima, vrijeme u sekundama. U tom smislu, 1 J = 1B x 1A x 1s. Iz ovoga proizlazi da za mjerenje rada električne struje treba koristiti tri instrumenta odjednom: ampermetar, voltmetar i sat. Ali ovo je glomazno i ​​neefikasno. Stoga se rad električne struje obično mjeri električnim brojilima. Ovaj uređaj sadrži sve gore navedene uređaje.

Snaga električne struje jednaka je omjeru rada struje i vremena za koje je izvedena. Snaga je označena slovom "P" i izražena je u vatima (W). U praksi se koriste kilovati, megavati, hektavati itd. Da biste izmjerili snagu kola potrebno je uzeti vatmetar. Inženjeri elektrotehnike rad struje izražavaju u kilovat-satima (kWh).

Osnovni zakoni električne struje

Ohmov zakon. Napon i struja se smatraju najkorisnijim karakteristikama električnih kola. Jedna od glavnih karakteristika korištenja električne energije je brz transport energije s jednog mjesta na drugo i prijenos do potrošača u potrebnom obliku. Proizvod razlike potencijala i struje daje snagu, odnosno količinu energije koja se daje u krugu u jedinici vremena. Kao što je gore spomenuto, za mjerenje snage u električnom kolu bila bi potrebna 3 uređaja. Da li je moguće proći samo sa jednim i izračunati snagu iz njegovih očitanja i neke karakteristike kola, kao što je njegov otpor? Mnogima se ova ideja svidjela i smatrali su je plodonosnom.

Dakle, koliki je otpor žice ili kola u cjelini? Da li žica, poput cijevi za vodu ili cijevi vakuumskog sistema, ima trajno svojstvo koje bi se moglo nazvati otporom? Na primjer, u cijevima, omjer razlike tlaka koji proizvodi protok podijeljen sa brzinom protoka je obično konstantna karakteristika cijevi. Slično, protokom topline u žici upravlja jednostavan odnos koji uključuje temperaturnu razliku, površinu poprečnog presjeka žice i njenu dužinu. Otkriće takvog odnosa za električna kola rezultat je uspješne pretrage.

1820-ih, njemački učitelj Georg Ohm bio je prvi koji je počeo tražiti gornju vezu. Prije svega, težio je slavi i slavi, što bi mu omogućilo da predaje na univerzitetu. Zato je odabrao oblast istraživanja koja je obećavala posebne prednosti.

Om je bio sin mehaničara, pa je znao izvući metalnu žicu različitih debljina, koja mu je bila potrebna za eksperimente. Kako je u to vrijeme bilo nemoguće kupiti odgovarajuću žicu, Om ju je sam napravio. Tokom svojih eksperimenata, isprobao je različite dužine, različite debljine, različite metale, pa čak i različite temperature. On je varirao sve ove faktore jedan po jedan. U Ohmovo vrijeme, baterije su još uvijek bile slabe i proizvodile su nedosljednu struju. S tim u vezi, istraživač je koristio termoelement kao generator, čiji je vrući spoj stavljen u plamen. Osim toga, koristio je sirovi magnetni ampermetar i mjerio razlike potencijala (Ohm ih je nazvao "naponi") promjenom temperature ili broja toplinskih spojeva.

Proučavanje električnih kola tek je počelo da se razvija. Nakon što su baterije izumljene oko 1800. godine, počele su se razvijati mnogo brže. Dizajnirani su i proizvedeni različiti uređaji (često ručno), otkrivani su novi zakoni, pojavili su se pojmovi i pojmovi itd. Sve je to dovelo do dubljeg razumijevanja električnih pojava i faktora.

Ažuriranje znanja o elektricitetu, s jedne strane, postalo je razlogom za nastanak nove oblasti fizike, s druge strane, bila je osnova za nagli razvoj elektrotehnike, odnosno baterija, generatora, sistema za napajanje rasvjete. i izmišljeni su električni pogon, električne peći, elektromotori itd., drugo.

Ohmova otkrića bila su od velike važnosti kako za razvoj proučavanja elektriciteta tako i za razvoj primijenjene elektrotehnike. Omogućili su lako predviđanje svojstava električnih kola za jednosmernu, a potom i za naizmeničnu struju. Godine 1826. Ohm je objavio knjigu u kojoj je iznio teorijske zaključke i eksperimentalne rezultate. Ali njegove nade nisu bile opravdane; knjiga je dočekana s podsmijehom. To se dogodilo zato što je metoda grubog eksperimentiranja izgledala neprivlačno u eri kada su se mnogi zanimali za filozofiju.

Nije imao izbora nego da napusti svoju profesorsku poziciju. Iz istog razloga nije dobio imenovanje na univerzitet. Naučnik je 6 godina živio u siromaštvu, bez povjerenja u budućnost, doživljavajući osjećaj gorkog razočaranja.

Ali postepeno su njegova djela stekla slavu, prvo izvan Njemačke. Om je bio poštovan u inostranstvu i imao je koristi od svog istraživanja. S tim u vezi, njegovi sunarodnici su bili prisiljeni da ga priznaju u njegovoj domovini. Godine 1849. dobio je zvanje profesora na Univerzitetu u Minhenu.

Ohm je otkrio jednostavan zakon koji uspostavlja odnos između struje i napona za komad žice (za dio kola, za cijelo kolo). Osim toga, sastavio je pravila koja vam omogućuju da odredite što će se promijeniti ako uzmete žicu druge veličine. Ohmov zakon je formuliran na sljedeći način: jačina struje u dijelu kola je direktno proporcionalna naponu u ovom dijelu i obrnuto proporcionalna otporu dijela.

Joule-Lenzov zakon. Električna struja u bilo kojem dijelu kola obavlja određeni posao. Na primjer, uzmimo bilo koji dio kola između krajeva čiji je napon (U). Po definiciji električnog napona, rad obavljen pri pomicanju jedinice naboja između dvije tačke jednak je U. Ako je jačina struje u datom dijelu strujnog kola jednaka i, tada će za vrijeme t naboj proći, i stoga će rad električne struje u ovom dijelu biti:

A = Uit

Ovaj izraz vrijedi za jednosmjernu struju u svakom slučaju, za bilo koji dio kola, koji može sadržavati provodnike, elektromotore itd. Snaga struje, odnosno rad u jedinici vremena, jednaka je:

P = A/t = Ui

Ova formula se koristi u SI sistemu za određivanje jedinice napona.

Pretpostavimo da je dio strujnog kola stacionarni provodnik. U tom slučaju sav rad će se pretvoriti u toplinu, koja će se osloboditi u ovom vodiču. Ako je provodnik homogen i poštuje Ohmov zakon (ovo uključuje sve metale i elektrolite), tada:

U = ir

gdje je r otpor provodnika. U ovom slučaju:

A = rt2i

Ovaj zakon je prvi eksperimentalno zaključio E. Lenz i, nezavisno od njega, Joule.

Treba napomenuti da provodnici grijanja imaju brojne primjene u tehnici. Najčešći i najvažniji među njima su žarulje sa žarnom niti.

Zakon elektromagnetne indukcije. U prvoj polovini 19. veka engleski fizičar M. Faraday otkrio je fenomen magnetne indukcije. Ova činjenica, koja je postala vlasništvo mnogih istraživača, dala je snažan poticaj razvoju elektrotehnike i radiotehnike.

U toku eksperimenata, Faraday je otkrio da kada se promijeni broj linija magnetske indukcije koje prodiru u površinu ograničenu zatvorenom petljom, u njoj nastaje električna struja. Ovo je osnova možda najvažnijeg zakona fizike - zakona elektromagnetne indukcije. Struja koja se javlja u kolu naziva se indukcija. Zbog činjenice da električna struja nastaje u krugu samo kada su slobodni naboji izloženi vanjskim silama, tada se s promjenjivim magnetskim tokom koji prolazi duž površine zatvorenog kruga, te iste vanjske sile pojavljuju u njemu. Djelovanje vanjskih sila u fizici se naziva elektromotorna sila ili indukovana emf.

Elektromagnetna indukcija se također pojavljuje u otvorenim provodnicima. Kada provodnik pređe magnetne linije sile, na njegovim krajevima se pojavljuje napon. Razlog za pojavu takvog napona je indukovana emf. Ako se magnetni tok koji prolazi kroz zatvorenu petlju ne promijeni, ne pojavljuje se inducirana struja.

Koristeći koncept "indukcijske emf", možemo govoriti o zakonu elektromagnetne indukcije, tj. emf indukcije u zatvorenoj petlji jednak je po veličini brzini promjene magnetskog toka kroz površinu ograničenu petljom.

Lenzovo pravilo. Kao što već znamo, indukovana struja nastaje u provodniku. U zavisnosti od uslova svog izgleda, ima drugačiji pravac. Ruski fizičar Lenz je ovom prilikom formulisao sledeće pravilo: indukovana struja koja nastaje u zatvorenom kolu uvek ima takav smer da magnetno polje koje stvara ne dozvoljava da se magnetni tok promeni. Sve to uzrokuje pojavu indukcijske struje.

Indukcijska struja, kao i svaka druga, ima energiju. To znači da se u slučaju indukcijske struje pojavljuje električna energija. Prema zakonu održanja i transformacije energije, gore navedena energija može nastati samo zbog količine energije neke druge vrste energije. Dakle, Lenzovo pravilo u potpunosti odgovara zakonu održanja i transformacije energije.

Osim indukcije, u zavojnici se može pojaviti i takozvana samoindukcija. Njegova suština je sljedeća. Ako se u zavojnici pojavi struja ili se njena snaga promijeni, pojavljuje se promjenjivo magnetsko polje. A ako se magnetski tok koji prolazi kroz zavojnicu promijeni, tada se u njemu pojavljuje elektromotorna sila, koja se naziva emf samoindukcije.

Prema Lenzovom pravilu, samoinduktivna emf pri zatvaranju strujnog kola interferira sa jačinom struje i sprječava njeno povećanje. Kada je strujni krug isključen, samoinduktivni emf smanjuje jačinu struje. U slučaju kada jačina struje u zavojnici dostigne određenu vrijednost, magnetsko polje prestaje da se mijenja i emf samoindukcije postaje nula.

Šta je električna struja

Usmjereno kretanje električno nabijenih čestica pod utjecajem . Takve čestice mogu biti: u provodnicima – elektroni, u elektrolitima – joni (katjoni i anjoni), u poluprovodnicima – elektroni i tzv. „rupe“ („provodljivost elektron-rupa“). Postoji i „struja prednapona“, čiji je tok uzrokovan procesom punjenja kapacitivnosti, tj. mijenja potencijalnu razliku između ploča. Između ploča nema kretanja čestica, već kroz kondenzator teče struja.

U teoriji električnih kola struja se smatra usmjerenim kretanjem nosilaca naboja u provodnom mediju pod utjecajem električnog polja.

Struja vodljivosti (jednostavno struja) u teoriji električnih kola je količina struje koja teče u jedinici vremena kroz poprečni presjek provodnika: i=q/t, gdje je i struja. A; q = 1,6·10 9 - naelektrisanje elektrona, C; t - vrijeme, s.

Ovaj izraz vrijedi za DC kola. Za kola naizmenične struje koristi se takozvana trenutna vrednost struje, jednaka brzini promene naelektrisanja tokom vremena: i(t)= dq/dt.

Električna struja nastaje kada se električno polje, ili razlika potencijala, pojavi u dijelu električnog kola između dvije točke provodnika. Razlika potencijala između dvije tačke naziva se napon ili pad napona u ovom dijelu kola.

Umjesto izraza "struja" ("trenutna veličina"), često se koristi izraz "jačina struje". Međutim, potonje se ne može nazvati uspješnim, jer jačina struje nije nikakva sila u doslovnom smislu riječi, već samo intenzitet kretanja električnih naboja u vodiču, količina struje koja u jedinici vremena prolazi kroz križ. -površina presjeka provodnika.
Struju karakteriše , koji se u SI sistemu meri u amperima (A), i gustinom struje, koja se u SI sistemu meri u amperima po kvadratnom metru.
Jedan amper odgovara kretanju naelektrisanja jednakog jednom kulonu (C) kroz poprečni presek provodnika za jednu sekundu (s):

1A = 1C/s.

U opštem slučaju, označavajući struju slovom i, a naboj q, dobijamo:

i = dq / dt.

Jedinica struje naziva se amper (A). Struja u vodiču je 1 A ako električni naboj jednak 1 kulonu prođe poprečnim presjekom provodnika za 1 sekundu.

Ako se napon dovede duž vodiča, unutar vodiča nastaje električno polje. Pri jakosti polja E, na elektrone sa nabojem e djeluje sila f = Ee. Veličine f i E su vektorske. Tokom vremena slobodnog puta, elektroni dobijaju usmereno kretanje zajedno sa haotičnim kretanjem. Svaki elektron ima negativan naboj i prima komponentu brzine usmjerenu suprotno vektoru E (slika 1). Uređeno kretanje, koje karakteriše određena prosečna brzina elektrona vcp, određuje protok električne struje.

Elektroni mogu imati usmjereno kretanje u razrijeđenim plinovima. U elektrolitima i jonizovanim gasovima, protok struje je uglavnom zbog kretanja jona. U skladu s činjenicom da se u elektrolitima pozitivno nabijeni ioni kreću od pozitivnog pola ka negativnom, istorijski je smjer struje uzet suprotan smjeru kretanja elektrona.

Za smjer struje se uzima smjer u kojem se kreću pozitivno nabijene čestice, tj. smjeru suprotnom kretanju elektrona.
U teoriji električnih kola, za smjer struje u pasivnom kolu (izvan izvora energije) uzima se smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica od višeg potencijala do nižeg. Ovaj pravac je usvojen na samom početku razvoja elektrotehnike i protivreči pravom smjeru kretanja nosilaca naboja - elektrona koji se kreću u provodnim medijima od minusa do plusa.

Vrijednost jednaka omjeru struje i površine poprečnog presjeka S naziva se gustina struje (označena sa δ): δ= I/S

Pretpostavlja se da je struja ravnomjerno raspoređena po poprečnom presjeku vodiča. Gustina struje u žicama se obično mjeri u A/mm2.

Prema vrsti nosioca električnog naboja i mediju njihovog kretanja razlikuju se provodne struje i struje pomaka. Konduktivnost se dijeli na elektronsku i ionsku. Za stabilne uvjete razlikuju se dvije vrste struja: jednosmjerna i naizmjenična.

Prenos električne struje nazivaju fenomen prijenosa električnih naboja nabijenim česticama ili tijelima koja se kreću u slobodnom prostoru. Glavni tip električne prijenosne struje je kretanje u praznini elementarnih čestica s nabojem (kretanje slobodnih elektrona u elektronskim cijevima), kretanje slobodnih iona u uređajima za pražnjenje u plinu.

Električna struja pomaka (polarizaciona struja) nazvano uređeno kretanje vezanih nosilaca električnih naboja. Ova vrsta struje može se uočiti u dielektricima.
Ukupna električna struja- skalarna veličina jednaka zbroju električne provodne struje, električne struje prijenosa i električne struje pomaka kroz površinu koja se razmatra.

Konstanta je struja koja može varirati u veličini, ali ne mijenja svoj predznak proizvoljno dugo vremena. Više o ovome pročitajte ovdje:

Izmjenična struja je struja koja se povremeno mijenja i po veličini i po predznaku.Količina koja karakteriše naizmeničnu struju je frekvencija (merena u hercima u SI sistemu), u slučaju kada se njena jačina periodično menja. Izmjenična struja visoke frekvencije gura se na površinu provodnika. Struje visoke frekvencije se koriste u mašinstvu za termičku obradu površina delova i zavarivanje, au metalurgiji za topljenje metala.Naizmjenične struje se dijele na sinusne i nesinusoidan. Struja koja varira prema harmonijskom zakonu naziva se sinusoidna:

i = Im sin ωt,

Njime se karakteriše brzina promjene naizmjenične struje, definirana kao broj potpunih ponavljajućih oscilacija u jedinici vremena. Frekvencija je označena slovom f i mjeri se u hercima (Hz). Dakle, frekvencija struje u mreži od 50 Hz odgovara 50 kompletnih oscilacija u sekundi. Ugaona frekvencija ω je brzina promjene struje u radijanima u sekundi i povezana je s frekvencijom jednostavnim odnosom:

ω = 2πf

Stalne (fiksne) vrijednosti istosmjerne i naizmjenične struje označite velikim slovom I nestabilne (trenutne) vrijednosti - slovo i. Konvencionalno, pozitivnim smjerom struje smatra se smjer kretanja pozitivnih naboja.

Ovo je struja koja se vremenom mijenja prema zakonu sinusa.

Izmjenična struja se također odnosi na struju u konvencionalnim jednofaznim i trofaznim mrežama. U ovom slučaju, parametri naizmjenične struje se mijenjaju prema harmonijskom zakonu.

Budući da naizmjenična struja varira s vremenom, jednostavne metode rješavanja problema prikladne za jednosmjerna strujna kola ovdje nisu direktno primjenjive. Na vrlo visokim frekvencijama, naelektrisanja mogu biti podvrgnuta oscilatornom kretanju - strujati s jednog mjesta u kolu na drugo i nazad. U ovom slučaju, za razliku od jednosmjernih strujnih kola, struje u serijski spojenim provodnicima možda neće biti iste. Kapacitivnosti prisutne u AC krugovima pojačavaju ovaj efekat. Osim toga, kada se struja promijeni, javljaju se efekti samoindukcije, koji postaju značajni čak i na niskim frekvencijama ako se koriste zavojnice visoke induktivnosti. Na relativno niskim frekvencijama, AC krugovi se još uvijek mogu izračunati pomoću , što se, međutim, mora u skladu s tim modificirati.

Kolo koje uključuje različite otpornike, induktore i kondenzatore može se tretirati kao da se sastoji od generaliziranog otpornika, kondenzatora i induktora povezanih u seriju.

Razmotrimo svojstva takvog kola spojenog na sinusni generator naizmjenične struje. Da biste formulirali pravila za izračunavanje AC krugova, morate pronaći odnos između pada napona i struje za svaku od komponenti takvog kola.

Igra potpuno različite uloge u AC i DC krugovima. Ako je, na primjer, elektrokemijski element spojen na kolo, kondenzator će se početi puniti sve dok napon na njemu ne postane jednak emf elementa. Tada će punjenje prestati i struja će pasti na nulu. Ako je krug spojen na generator izmjenične struje, tada će u jednom polu-ciklusu elektroni istjecati iz lijeve ploče kondenzatora i akumulirati se na desnoj, au drugom - obrnuto. Ovi elektroni koji se kreću predstavljaju naizmjeničnu struju, čija je jačina jednaka na obje strane kondenzatora. Sve dok frekvencija naizmjenične struje nije jako visoka, struja kroz otpornik i induktor je također ista.

U uređajima koji troše naizmjeničnu struju, izmjeničnu struju često ispravljaju ispravljači kako bi se proizvela jednosmjerna struja.

Provodnici električne struje

Materijal u kojem teče struja naziva se. Neki materijali postaju supravodljivi na niskim temperaturama. U ovom stanju ne pružaju gotovo nikakav otpor struji; njihov otpor teži nuli. U svim ostalim slučajevima, vodič se odupire strujanju i, kao rezultat, dio energije električnih čestica pretvara se u toplinu. Jačina struje se može izračunati korištenjem presjeka kola i Ohmovog zakona za kompletno kolo.

Brzina kretanja čestica u provodnicima zavisi od materijala provodnika, mase i naboja čestice, okolne temperature, primenjene potencijalne razlike i mnogo je manja od brzine svetlosti. Unatoč tome, brzina širenja same električne struje jednaka je brzini svjetlosti u datom mediju, odnosno brzini širenja fronta elektromagnetnog talasa.

Kako struja utiče na ljudski organizam?

Struja koja prolazi kroz tijelo osobe ili životinje može uzrokovati električne opekotine, fibrilaciju ili smrt. S druge strane, električna struja se koristi u intenzivnoj njezi za liječenje mentalnih bolesti, posebno depresije, električna stimulacija određenih područja mozga koristi se za liječenje bolesti kao što su Parkinsonova bolest i epilepsija, pejsmejker koji stimulira srčani mišić pulsnim struja se koristi za bradikardiju. Kod ljudi i životinja struja se koristi za prijenos nervnih impulsa.

Prema sigurnosnim propisima, minimalna struja koju čovjek može osjetiti je 1 mA. Struja postaje opasna po ljudski život počevši od sile od približno 0,01 A. Struja postaje smrtonosna za osobu počevši od sile od približno 0,1 A. Napon manji od 42 V smatra se sigurnim.

Danas je teško zamisliti život bez takvog fenomena kao što je električna energija, ali čovječanstvo ga je ne tako davno naučilo koristiti za svoje potrebe. Proučavanje suštine i karakteristika ove posebne vrste materije trajalo je nekoliko stoljeća, ali ni sada ne možemo sa sigurnošću reći da o njoj znamo apsolutno sve.

Pojam i suština električne struje

Električna struja, kao što je poznato iz školskih predmeta fizike, nije ništa drugo do uređeno kretanje bilo koje nabijene čestice. Potonji mogu biti ili negativno nabijeni elektroni ili ioni. Vjeruje se da ova vrsta materije može nastati samo u takozvanim provodnicima, ali to je daleko od istine. Stvar je u tome da kada bilo koja tijela dođu u kontakt, uvijek nastane određeni broj suprotno nabijenih čestica koje mogu početi da se kreću. U dielektricima je slobodno kretanje istih elektrona vrlo teško i zahtijeva ogromne vanjske sile, zbog čega kažu da ne provode električnu struju.

Uvjeti postojanja struje u kolu

Naučnici su odavno primijetili da ovaj fizički fenomen ne može nastati i opstati dugo sam od sebe. Uslovi za postojanje električne struje uključuju nekoliko važnih odredbi. Prvo, ovaj fenomen je nemoguć bez prisustva slobodnih elektrona i iona, koji djeluju kao prenosioci naboja. Drugo, da bi se ove elementarne čestice počele kretati na uredan način, potrebno je stvoriti polje čija je glavna karakteristika potencijalna razlika između bilo koje tačke električara. Konačno, treće, električna struja ne može dugo postojati samo pod utjecajem Coulombovih sila, jer će se potencijali postepeno izjednačiti. Zbog toga su potrebne određene komponente koje su pretvarači različitih vrsta mehaničke i toplotne energije. Obično se nazivaju izvori struje.

Pitanje o trenutnim izvorima

Izvori električne struje su posebni uređaji koji stvaraju električno polje. Najvažnije od njih su galvanske ćelije, solarni paneli, generatori i baterije. karakterizira njihova snaga, produktivnost i vrijeme rada.

Struja, napon, otpor

Kao i svaka druga fizička pojava, električna struja ima niz karakteristika. Najvažnije od njih uključuju njegovu snagu, napon strujnog kruga i otpor. Prvi od njih je kvantitativna karakteristika naboja koji prolazi kroz poprečni presjek određenog vodiča u jedinici vremena. Napon (koji se naziva i elektromotorna sila) nije ništa drugo do veličina razlike potencijala zbog koje prolazni naboj obavlja određenu količinu posla. Konačno, otpor je unutrašnja karakteristika provodnika, koja pokazuje koliku silu naboj mora potrošiti da prođe kroz njega.