Александр А.Шпильман ( alexandrshpilman78@gmail.com )

English

"Релятивистский заряд"

Теория

 


Рис.1

Согласно Специальной Теории Относительности (СТО) релятивистское преобразование плотности электрических разрядов ρo при переходе из "собственной" системы координат, к системе, относительно которой заряды движутся со скоростью υ:

 

ρ1 = γ * ρo = ρo /(1-( υ/c)2)-1/2 = ρo /(1 - β2)

(1)

 

При этом преобразование объема V занимаемого этими зарядами:

 

V1 = Vo/ γ = Vo * (1 - β2) -1/2

(2)

 

Таким образом достигается инвариантность заряда:

 

q1 = ρ1 * V1 = γ *ρo Vo/ γ = ρo Vo = qo

(3)

 

Такое преобразование объема выводится из примера сокращения длины движущихся линеек:

 

l1 = l o/ γ

(4)

 

С чего следует что сферу летящую с релятивисткой скоростью мы будем видеть в виде эллипсоида, но если учесть временную задержку лучей света исходящие из разных точек сферы то окажется что неподвижный наблюдатель будет видеть сферу. Куб наблюдатель будет видеть, как куб, но повернутый на определенный угол [1] (см. Рис.1).

Т.е. наблюдатель не заметит изменение объема сферы и куба, для него будет неверно преобразование 2 и равенство 3. Это значит для него суммарный заряд заключенный в объеме V увеличится. Потому что электрическое поле зарядов проявит себя аналогично лучам света.

Нарушается постулат инвариантности величины заряда! (Интересно, почему таким же фокусом не вывели инвариантность массы?) Как следствие, придется многое пересмотреть в нынешнем фундаменте физики.

 

К такому выводу можно прийти и иными путями. Так из "Модели структуры электрона и мюона" следует что масса электрона имеет полностью электромагнитную природу. А значит релятивистское изменение массы электроны означает соответственное изменение его электромагнитных полей и собственно его электрического заряда.

 

Как можно проверить и измерить изменение электрического заряда, например, электрона движущегося со скоростью V ?

Для примера возьмем электрическую катушку диаметром 2 см и высотой 3см. Намотанную медным проводом диаметром 0.1 мм в два слоя. Через которую пропускается переменный ток амплитудой в 0.1A.

Предположим в один грамм моль меди имеет NA= 6*1023 (число Авогадро) "свободных" электронов. Суммарный заряд которых в проводах катушки Q=4*103 Кулон. При заданном токе в катушке 0.1A скорость течение электронов получаем Ve = 9*10-4 м/сек. Изменение заряда:

 

dQ = Q * (1/γ -1) ~ Q*(Ve / c)2 /2~ 2*10-20

(5)

 

Если электрическая емкость катушки относительно ее окружения будет Ck= 100 пф то амплитуда изменение ее электрического потенциала будет:

 

U = dQ / Ck = 4*10-20 Kl / 10-10 F = 2*10-10

(6)

 

Сигнал с амплитудой в 0.0002 микровольт уловить не просто. Учитывая квадратичную зависимость изменение заряда электронов от скорости, импульсное увеличение тока в катушке в 10 раз, даст увеличение электрического потенциала в 100 раз. Потому, если в металлах электрический ток — это не "течение" электронов, а их скачки, то эффект может быть значительно более сильным.

Скорость носителей электрического заряда в газах выше, потому и эффект может быть выше. Для проверки идеи заманчиво использовать полупроводники с "быстрыми" электронами.

Сигнал можно усилить заставив крутится катушку с током вокруг своей оси. Если на периметре катушки ее линейная скорость будет Vk = 10 м/сек то :

 

dQ = Q * (1/γ -1) ~ Q*( Vk2 /2 + Vk*Ve+ Ve2 /2 ) /c2

(7)

 

Компонента (Vk / c)2 /2 одинаково действует на электроны и ядра атомов проводника. Потому в сумме всех зарядов даст ноль. Компонента (Ve / c)2 /2 соответствует варианту формулы 5. А вот оставшаяся более интересна.

 

 

dQ ~ Q*( Vk*Ve / c2) ~ 4*10-16 Kl

(8)

 

При Ck= 100 пф из формулы 6 будем иметь электрический потенциал U= 4 микровольт. Это уже более ощутимо.

Если использовать ферритовый сердечник в катушке, например, с магнитной проницаемостью в 1000 единиц, и вращать его вместе с катушкой то вероятно амплитуда изменения потенциала может возрасти где-то в 500 раз. В таком варианте возможно катушку можно и не крутить. Ограничится вращением ферримагнитного сердечника (как в конструкции на Рис.2). Но все это не очевидно. Импульсное увеличение тока в катушке в 10 раз, увеличит электрический потенциал в 10 раз (без учета нелинейности ферромагнитного сердечник).

Конструкция установки по проверке этой идеи описана в разделе ""Ферримагнитный" вариант".

Идею можно проверить в варианте конструкции описанной в разделе ""Электростатический" вариант".

Положим цилиндрический электрический конденсатор, образованный медными трубками 2 и 3, имеет диаметр 2 см и высоту 3см. При зазоре между обкладками в 1 мм емкость такого конденсатора Cc=17 пикофарад. При разницы электрического потенциала меж обкладками в 500 Вольт, электрический заряд на них будет Q= 8*10-9 Кулон. Если при этом мы приведем внутреннюю обкладку 3 цилиндрического конденсатора во вращение так что на ее линейная скорость на периметре будет Vk = 10 м/сек то по формуле 5 получим dQ=4*10-24 Кулон .

Увы, результат получился на четыре порядка хуже варианта с электрическим током в катушке. Результат можно улучшить увеличивая емкость конденсатора используя в качестве обкладок пакет вращающихся и неподвижных дисков. Уменьшая зазор меж обкладками, а также, увеличивая скорость их вращения. Использование диэлектриков эффекта не даст. Разве что использовать вихри в диэлектрических жидкостях.

 

1. Угаров В. А. Специальная теория относительности. 2-е изд. М.: Наука, 1977, стр.75.

 

Эксперимент

 

"Ферримагнитный" вариант

 


Рис.2


Рис.3

На Рис.2 изображена в разрезе экспериментальный прибор. Где ферритовая трубка 3, внутри электрической катушки 2, насажена на ось 4, электрического двигателя D.

Электрический аккумулятор A питает электрический двигатель D, который приводит во вращение ферритовую трубку 3. И питает блок электроники E, который задает импульсы переменного тока в катушке 2. Ферритовая трубка 1 экранирует магнитное поле катушки 2 и ферритовой трубки 3.

Медная (алюминиевая) трубка с вертикальным разрезом 7 экранирует ферритовую трубку 3 от электрических полей катушки 2.

Конструкция помещается в электрический экран 5, который помещается во внешний электрический экран 6.

Во время работы прибора предполагается появление переменного электрического потенциала, наблюдение которого производится с помощью осциллографа O.

 

"Электростатический" вариант

 

На Рис.3 изображена в разрезе "Электростатический" вариант экспериментального прибора. Где медная трубка 3, внутри медной трубки 2, насажена на ось 4, электрического двигателя D.

Электрический аккумулятор A питает электрический двигатель D, который приводит во вращение медную трубку 3. И питает блок электроники E, который задает импульсы переменного напряжения на трубке 2. Медная трубка 1 экранирует электрическое поле трубки 2.

Конструкция помещается в электрический экран 5, который помещается во внешний электрический экран 6.

Во время работы прибора предполагается появление переменного электрического потенциала, наблюдение которого производится с помощью осциллографа O.

 

 

 

Тематическое содержание

СОДЕРЖАНИЕ