English

Александр А.Шпильман (alexandrshpilman78@gmail.com )

Шизариум для физиков

В традиционном образовании зачастую учителя не понимают что преподают и соответственно ученики не понимают что заучивают, но зато приобретают и имеют твердую ВЕРУ что зазубренные знания полностью подтверждены практикой. Попробуем на парадоксах заставить усомнится в последнем.

“Безопорный движитель” из “униполярного генератора”

Широко известна конструкция « Униполярного двигателя ». В Интернет и в бумажных учебниках можно найти набор стандартных объяснений его работы, сводящееся к тому что на поверхности вращающегося цилиндрического магнита появляются электрические заряды того или  иного знака, в зависимости от направления вращения и магнитного поля.

Теперь представьте что в по радиусу цилиндрического магнита сверлим маленькую дырочку в которую вставляем сверхпроводящую трубку. Через эту трубку продеваем электрический провод соединяющий поверхность цилиндра с его осью, как это показано на рисунке. Голубым цветом обозначена сверхпроводниковая трубка, желтым - проводник внутри трубки.

Рисунок Виктора Качан

Сверхпроводящая трубка вытисняет магнитное поле магнита. В ней его нет. В результате получаем униполярный генератор с замкнутой электрической цепью. В принципе, в ее разрыв можем включить электрическую лампочку, ожидая что она будет светиться.

С законом сохранения энергии все Ок. А вот с законом сохранения момента импульса возникают проблемы. (Представьте космический аппарат с таким униполярным генератором. С ним можно произвольно менять направление и скорость вращения спутника не тратя топливо в реактивных двигателях.)

Можно ожидать разрешение парадокса стандартной отсылкой к релятивистским эффектам согласно специальной теории относительности… Попробуем представить, вы неподвижно сидите в некой области в присутствии магнитного поля, а рядом, вне магнитного поля, мимо вас проносится металлический предмет и электрический потенциал на нем относительно вас почему-то зависит от напряженности магнитного поля в котором вы находитесь… Релятивистская мистика.

(Подсказка – парадокса нет, если оперировать не понятием магнитного поля, а понятием магнитного векторного потенциала. Но это уже совершенно иное понимание «электродинамики».)

Проводник в магнитном поле

Пример движения проводника поперек магнитного поля широко известен по школьному курсу физики. Теперь внимание ФОКУС!!!

Берем отрезок сверхпроводящего коаксиального кабеля. На концах замыкаем центральную жилу и оплетку. Теперь этот отрезок начинаем двигать в магнитном поле. По идее меж концами оплетки провода должна появиться разница потенциалов, но они замкнуты меж собой центральной жилой. Так что движение в магнитном поле будет индуцировать тороидальные ток в коаксиальном проводе.

Тут вроде все Ок (хотя в реальности не так). Энергия движения кабеля преобразуется во внутреннюю энергию. А движение в обратную сторону выводит накопленную энергию вовне…. В каком качестве? В никуда? (Тороидальные токи не создают магнитного поля вне сверхпроводящего кабеля.)

И еще чудное, просто не спеша двигая описанный отрезок коаксиального кабеля в магнитном поле, в одном направлении, можно увеличивать в нем электрический ток до бесконечности.

Возможное возражение – магнитное поле в сверхпроводник не проникает и разницы напряжений на его концах не будет.

Тоже вариант. Прокладываем параллельно обычный и сверхпроводящий проводники и соединяем их концы. И опять получим замкнутую электрическую цепь, в которой будет индуцироваться электрический ток.

Сверхпроводящую оплетку кабеля можно заменить несколькими вложенными железными трубками, которые будут экранировать центральную жилу кабеля от внешнего магнитного поля и замыкать на себя основную часть магнитного поля индуцированного токами самой центральной жилой.

Сила Лоренца

Сидим мы в некоторой области в присутствии магнитного поля. Никого не трогаем, но вероятно, мы движемся и имеем некоторый избыточный электрический заряд относительно звезд на краю Вселенной, потому нас и мотает по кругу?...

(Опять-таки, проблема теории движения электрических зарядов в магнитном поле в специальной теории относительности.)

Положим, имеем длинную трубку магнитного поля, вытянутой вдоль оси Z, в которой магнитное поле сосредоточено в стенках трубки и имеет только азимутальную составляющую. Положим, магнитное поле и магнитный векторный потенциал трубки однородны и неизменны вдоль оси Z.

Если электрон будет двигаться в стенках трубки по направлению оси Z, то сила Лоренца будет направлена от центра трубки. Осталось малое, как определить движется электрон или покоится? Относительно чего двигается или покоится, если нет ни каких реперов вдоль оси Z? Если скорость электрона не определена, то и не определена сила Лоренца.

Получается, если Теория Относительности верна, то наше представление о магнитном поле и магнитном векторном потенциале это удобные теоретические модели под некоторые частные задачи?

Парадокс решается если брать во внимание предысторию. Но в этом случае придется отказаться от наших представлений о магнитном поле, магнитном векторном потенциале, точечном представление электрических зарядов и волновой функции плотности вероятности квантовой механики (как чего-то вероятностного). Придется серьезно заняться изучением внутренней структуры элементарных частиц (а не нынешней комбинаторикой).

СОДЕРЖАНИЕ