Электричество 11

Эксперименты по выяснению вопроса где хранится заряд в конденсаторе позволяют прокукарекать и о том, что заряд хранится не в проводнике, а в диэлектике не только в стационарном состоянии, но и в динамике. Это объясняет явление убывания силы тока от поверхности проводника к его центру, а при значительных напряжениях это ведёт к тому, что ток идёт в тонком скин слое. Но каков же механизм этого явления? Ведь динамические отношения между проводником и окружающим его диэлектриком (изоляцией или просто воздухом) это палка о двух концах. Не может динамический процесс идти в одном направлении. Вихри Тейлора в вихревых токах Фуко проводника вызывают зарядовый отклик в окружающем диэлектрике, который в свою очередь формирует вихревые токи на поверхности проводника, проникая вглубь на какое-то расстояние. Разрушилась в проводнике система вихрей Тейлора. Но спровоцированная этой системой зарядовая структура в диэлектрике тут же формирует новую систему вихрей Тейлора в проводнике. Наблюдаются своеобразные качели с перетеканием энергии то в диэлектрик, то в проводник.

Не может природа изобретать при этом разных механизмов для течения жидкостей и газов и для течения электрического тока. Гидродинамика подсказывает, что качели с перетеканием энергии из проводника в диэлектрик и обратно создают разделённый вихрь Бенара, внутренний поток которого находится в пределах проводника, а наружный поток находится в окружающем проводник диэлектрике. Ведь ситуация примерно такая же как и в трубке Ранка, в которой внешний поток вихря Бенара уходит в прямом направлении, а внутренний его поток уходит в обратном направлении. Только вместо прямого и обратного потоков мы имеем два разделённых во времени и в пространстве процесса. Вихревые токи в проводнике формируют структуру зарядов в диэлектрике, которая окончательно формируется после разрушения локальных вихревых токов. Сформированная же предыдущим вихревым процессом зарядовая структура в диэлектрике провоцирует формирование новой системы вихревых токов. И хотя эти процессы разделены во времени, они в сумме (также как прямой и обратный потоки в трубке Ранка) создают вихри Бенара. Поэтому структуру постоянного и переменного тока мы и можем представить в следующем виде (вверху постоянный, а внизу переменный ток).

Рисунок 1
Но мы только что выяснили, что вихрь Бенара разделён между проводником и окружающим его диэлектриком. Хотя диэлектрик и окружает проводник чисто в качестве схемы мы можем представить структуру постоянного и переменного тока в виде (постоянный вверху).

Рисунок 2
Оранжевым цветом выделен проводник. Верхние вихри в действительности окружают проводник. Но т. к. я никудышный рисовальщик, то я разместил вихри не снаружи проводника, а вверху. В постоянном токе между вихрями внутри проводника и снаружи аниколя не появляется (нет перемены направления вращения). В переменном токе появляются аниколи между вихрями внутри проводника и снаружи.

И вновь гидродинамика подсказывает, что ни в постоянном, ни в переменном токе не могут появляться простые вихревые структуры, имеющие одно направление вращения. Ведь мы вновь имеем почти что полную аналогию течения в пограничном слое жидкостей и газов гидродинамики. В пограничном слое формируются парные вихри Тейлора, двигающиеся и вращающиеся в противоположных направлениях.

Рисунок 3

Рисунок 4
В гидродинамике направления осевого движения и направления вращения вихрей равноценны. Поэтому вихри независимы и двигаются в противоположных направлениях согласно рис 4. В электродинамике же изменение направления движения и направления вращения создаёт заряды разного знака. Поэтому электродинамическая специфика требует учёта и направления вращения, и направления движения. В гидродинамике пограничный слой возникает на границе двух сред. Но и в электродинамике также появляется пограничный слой между проводником и диэлектриком. В гидродинамике пограничный слой возникает в газовой или в жидкой среде. В электродинамике же пограничный слой делится между проводником и диэлектриком.

Закон сохранения момента количества движения требует формирования пары вихрей Тейлора с противоположными направлениями движения и противоположными направлениями вращения. И эта ситуация обязана выполняться как в гидродинамике, так и в электродинамике. Вихри в гидродинамике двигаются в одной среде. Поэтому и реализуется ситуация, изображённая на рис 3, 4. В электродинамике ток в проводнике двигается в одном направлении как в постоянном, так и в переменном токе. Следовательно обязано изменяться направление вращения. И вихри Тейлора разного направления вращения формируют пакет рис 5,

Рисунок 5
двигающийся в проводнике в одном направлении, а в диэлектрике в противоположном направлении. В сумме их формальное объединение (при совмещении во времени) позволяет сформировать два вихря Бенара с противоположными направлениями вращения.

И внутри проводника, и в диэлектрике появляются вихри с двумя направлениями вращения, формирующие аниколь при перемене направления вращения. А т. к. в проводнике расположен внутренний поток вихря Бенара, а в диэлектрике внешний поток, то и направление осевого движения, и направление вращения в проводнике и в диэлектрике противоположны друг другу. Об этом свидетельствует опыт Ампера.

Рисунок 6
Для того чтобы в опыте Ампера появилась сила, должен существовать аниколь, который в одном случае взаимодействует с севером магнита, а во втором с югом. А Сергей Дейна показал, что в одном случае возникает магнитная яма,

Рисунок 7

а во втором магнитная горка.

Рисунок 8
А это возможно только в том случае, когда каждый из элементов рис 2 является самостоятельным образованием, обладающим и севером, и югом. Причём это относится как к проводнику, так и к окружающему его диэлектрику.

 

К этому представлению электрического тока я шёл очень долго. С самого начала было ясно, что ток существует в форме вихрей Фуко, которые подобно ситуации в гидродинамике в пограничном слое разрушаются только для того, чтобы возникать вновь и вновь. Но почему сила тока убывает вглубь проводника? Я даже пытался эту ситуация представить в форме обратной форме кривой Пуассона. Почему, как отмечал Тесла, люди гибли при включении генератора в сеть? Подсказку получил здесь на сайте. Заряд хранится не в пластинах конденсатора, а в диэлектрике. Т.е. при включении генератора в сеть в воздухе (являющемся диэлектриком) возникал мощный импульс тока (подобный разряду молнии), который и убивал людей.

"Каким образом тогда вихрь объединяется в единое целое? Ведь по сути комбинация центробежных и центростремительных ускорений необходимых для стабилизации структуры вихрей Бенара в виде внутреннего и внешнего потоков тогда отсутствует, вернее в разных частях пространства расположены разные элементы вихря..."

В электрическом токе вихрь в единое целое не объединяется. В то же время эта ситуация позволяет создавать последовательность вихрей Бенара (т.е. сверхпроводимость при комнатных условиях, скажем при 20 градусах Цельсия) в пределах проводника. Но это вопрос для отдельной темы (пока что есть намётки, но цельной картины нет).

Согласен. Выражение неточное. При совмещении это действительно будет один вихрь Бенара. В гидродинамике мы имеем два вихря Тейлора с противоположными направлениями вращения и с противоположными направлениями осевого движения. Их совмещение и позволяет получить последовательность вихрей Бенара, т.е. сверхтекучесть. Это можно осуществить не одним способом. Скажем, на постоянный ламинарный поток наложить импульсы или в конус тангенциально подать поток. Эти простые способы в электродинамике использовать проблематично. Может быть поможет использование трансформатора постоянного тока: на постоянный ток подать импульсы (но пока что деталей я не вижу).

Форма аниколя меня не интересует. Важно само его наличие, что позволяет трансформатору работать на переменном токе.