Исторически сложилось так, что направление протекание электрического тока принято от "плюса" к "минусу", то есть от положительного к отрицательному электроду источника питания. На самом деле, если рассматривать металлический проводник, то электроны, являющиеся единственными носителями заряда, движутся от отрицательного электрода к положительному, и действительное направление тока противоположно принятому.
Сопротивление R (Ом) это фильтр, ограничивающий количество таких электронных цепочек, - силу тока. Плотность одной цепи одинакова на всём своём протяжении. Без сопротивления электрический ток представляет собой условно бесконечное множество цепочек движущихся электронов, передающих такую же условно бесконечную энергию. Поскольку энергия нужна порционно, и потому, что от перегрева, провоцируемого внутренним сопротивлением создаваемого запредельными значениями силы тока проводка разрушится, в потребитель встраивают сопротивление, обрезающее лишние цепочки. В лампочке накаливания оставляют крошечную "дырку" (большое сопротивление), в обогревателе огромная дыра (маленькое сопротивление). Оно называется омическим. Омическое сопротивление цепи можно измерить омметром без подачи питания, измерив сопротивление между клеммами. Элементы активного сопротивления, электромотор, обогреватель, проявят себя только после подачи в цепь электрического тока. Поэтому отождествление омического сопротивления с активным распространенная ошибка.
Различают так же активное и реактивное сопротивления. Мощность, выделяемая на активном сопротивлении, цепь покидает навсегда в виде потраченной на свет, обогрев, и т.д энергии. А энергия на реактивном сопротивлении выделяется с возвратом, запасаясь временно в электрическом и магнитном полях, никакой работы не совершая. Их два вида - индуктивное ("складируется" в магнитном поле) и ёмкостное (в электрическом) сопротивления. Индуктивное сопротивление (катушка) возникает из-за противодействия току меняющегося магнитного поля, которое вызвано этим же током, - ток через магнитное поле мешает меняться сам себе, что и снижает переменный ток или постоянный, но в моменты его нарастания или убывания. (Катушка аналог
водного колеса, сначала заимствующего энергию падающей на него воды, а потом крутящегося по инерции без всякой воды.) Вот и получается, что сопротивление есть, а энергия на нём не тратится - половину периода запасается, половину - расходуется из запасов.
Максимально допустимая сила тока стандартной розетки 16 А. Значит, в такую розетку можно включить электроприборы общей мощностью не больше: P = 16 А х 220 В = 3 520 Кл/с ⋅ Дж/Кл = 3,5 кДж/с = 3,5 кВт. (Более мощные приборы сожгут проводку.) Если сила тока огромна, но напряжение мизерно, то человеческому организму такой энергетический удар не причинит ущерба, как и если сила тока будет мизерна, а напряжение огромно.
Потенциометр на краях сопротивления измеряет передаваемую энергию без сопротивления, и вычитает из неё передаваемую через сопротивление. В итоге он показывает ту энергию, которая не была передана по обрезанным сопротивлением цепочкам. Её "называют падением напряжения на сопротивлении", хотя на омическом сопротивлении падает не напряжение, а передаваемая энергия. Напряжение источника ведь остаётся константой. Омическое сопротивление не может понизить удельное напряжение. Правильное определение необходимого омического сопротивления, если стоит задача понизить и силу тока, и напряжение проходящие через активного потребителя, должен включать расчёт нужной силы тока через мощность этого потребителя. Тогда понизив силу тока ниже паспортного значения, мы обеспечим его нужной мощностью. (При измерении потенциала на полюсах источника питания считаем бесконечным сопротивлением разомкнутые клеммы.) Таким образом фиксация падения напряжения на потребителе должна включать в себя как отсечение электрических цепочек установленным на нём сопротивлением, так и отбор потребителем энергии. В первом случае количество Кл сокращается, во втором уменьшается удельная (отнесённая к 1 Кл/с) доля транспортируемой ими далее энергии.
При U =конст. и переменной R, сила тока I = U/R падает по параболе 1/x. По тому же самому закону суммируется сопротивление при параллельном соединении 1/R=1/R1+1/R2+...1/Rn, что выводится из Закона Ома, и сложения сил тока. Широки ли каналы или узки, температура воды в них после разветвления одинакова. Рукав с меньшим количеством электронов (меньшей силой тока) транспортирует такое же количество удельной энергии, как и рукав с большей силой тока.
Генератор подключён к потребителю двумя проводами, между которыми есть напряжение. По ним движутся электроны. Если третий провод (землю) соединить с одним из них, ток будет бегать точно так же, но один провод розетки становится безопасным. За него можно взяться, стоя ногами в луже. Так в наших розетках появился "ноль" и "фаза". Если взяться за фазу соприкасаясь с землёй, она замыкается с нулём. (Если нуля не делать, нельзя поручится, что в разветвлённой сети электропроводки какой-нибудь провод не замкнулся на землю. Поэтому заземляют превентивно.)
Без соединения с потребителем ток во вращающейся рамке будет, но мы не сможем его использовать. Он попытается закоротится на другой её стороне. Это значит, что для передачи энергии нужен замкнутый контур из достаточно близко расположенных электронов, имеющих кинетический импульс. Если расстояние превышает допустимое для данного напряжения, происходит обрыв, и ток перестаёт транспортироваться. Энергию своего движения электроны могут отдавать кинетическим образом, - вращая другую рамку, или через излучения квантов света. Движущийся в потоке электрон постоянно со скоростью света получает и отдаёт энергетическую подпитку. Энергия на нём не задерживается, и поэтому будучи "трамплином" для большей или меньшей энергии, электроны на всём протяжении проводника сохраняют одну и ту же скорость. В токе поток электронов и энергии по сути два разных явления могущих разделяться, сливаться, переливаться. Деление тока на множество электронов условно.
При передаче тока на большие расстояния потери в линиях передач пропорциональны квадрату силы тока, а чем выше напряжение, тем меньше ток (при той же мощности) и, следовательно, тем меньше потери. (Электронов становится меньше, но каждый перетаскивает большую энергию.) Каждая линия передач имеет предельное напряжение и передаваемая мощность переменного тока будет в 2 раза меньше, чем у постоянного, так как у переменного больше разного рода помех и необходимостей синхронизации.
Велосипедная цепь связывает две шестерни, которые могут быть разного диаметра. Если они равны друг другу, передаваемое от педалей колёсам усилие не меняется. Если шестерня педалей больше шестерни толкающего колеса, усилие, передаваемое толкающему колесу, увеличивается пропорционально падению скорости цепи. И наоборот. Главное, при любых раскладах мощность остаётся прежней. Велосипедный аналог в виде трансформатора напряжения повторяет эту философию на электрическом уровне, только роль шестерён играют катушки с проводником разного количества витков, велосипедная цепь - металлический сердечник, соединяющий обе катушки (либо расположение катушек друг в друге), скорость движения цепи - сила тока. Первая катушка генерирует равное количество зарядов во второй катушке. Если она имеет вдвое меньше витков, чем принимающая, происходит увеличение удельного напряжения вдвое, так как одно и то же количество зарядов приходится на вдвое больший объём проводника, плотность Кл/с снижается, но энергия, переносимая совокупностью зарядов, остаётся прежней.
Равно отстоящие друг от друга автомобили (электроны) двигаются то вперёд, то назад вдоль дороги, идущей по окружности. По ним так же меняя направление скачут с одной и той же скоростью люди (электромагнитное излучение). Импульс для прыжка людям передают маневрирующие машины, который люди передают соседним машинам, и снова у них забирают при следующем прыжке. На соседней дороге неподвижно стоят автомобили. Прыгающие по автомобилям на первой дороге люди совершают прыжок через разделяющее дороги пространство на стоящие там автомобили отчего те тоже начинают туда-сюда двигаться. Количество машин на обоих дорогах равно, только расстояние между автомобилями на второй дороге вдвое больше, так как длина этой окружности во столько же раз больше. Поскольку люди прыгают с одной и той же скоростью, их плотность равна на обоих дорогах, а вот транспорт стал "ходить" в два раза реже. Вот и получается, что как-бы каждый Кл начинает "перевозить" вдвое больше Дж. Если соотношение количества витков катушек (плотность Кл/с) обратное, - удельное напряжение соответственно вдвое снижается. (Начинается аналогия в рамке генератора электрического тока с раскачивания "автомобилей", вследствие чего те начинают "стрелять" людьми.)
Однако электроны не закреплены жёстко друг относительно друга. Нанизанные на невидимую нить они отталкиваются зарядами, а по их головам бежит энергия. Но для этого расстояние между бусинками в ряду должно быть атомарного порядка, - напряжённость их электрического поля не достреливает дальше. Если же электроны начинают двигаться с ускорением, их коллективное магнитное поле создаёт коллективное электрическое поле, обладающее такой напряжённостью, что она легко простреливает расстояние между соседними витками трансформатора, толкая тамошние электроны. Причём каждому электрону в одной обмотке соответствует всё тот же один электрон в другой обмотке, но на большем протяжении проводника, и потому расстояние между бусинами электронов второй обмотки становится другим. Бегущая по головам энергия (кинетическая энергия велосипедной цепи) сворачивает на соседнюю обмотку.
Электрический заряд окружён "полем", которое из неподвижной ИСО (с самого заряда) видится электрическим, а из подвижной, причём не важно, движется ли сам заряд, или наша ИСО, ещё и магнитным полем. Движущийся равномерно и прямолинейно заряд, видится, как создатель магнитного "поля", но прибывающим при пролёте нашего наблюдательного пункта, и убывающим, то есть меняющимся. Если мимо нашего пункта проходит постоянный ток, обеспечивающий равномерность прохождения зарядов без убываний и возрастаний, магнитное поле не меняется. Если заряженная частица влетает в магнитное поле, она "видит" его как электрическое, поскольку оно изменяется, и именно это электрическое поле действует на движущуюся заряженную частицу. Если рядом с проводником постоянного тока лежит неподвижный электрон, он так и будет лежать дальше. Но если по проводнику движется переменный ток, "видящийся" неподвижному электрону как электрическое поле, электрон начнёт двигаться (будет индуктироваться ЭДС - скалярная физическая величина, численно равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного электрического заряда. Единица измерения вольт (В)). Именно поэтому трансформаторы на постоянном токе не работают. (И именно поэтому для транспортировки тока на большие расстояния в целях экономии предпочитают переменный ток, "перекладывая" энергию из его силы Кл/с в напряжение Дж/Кл.)
Эта удивительная перевёрнутая симметрия вдохновила многих на перенесение её в Специальную Теорию Относительности, будто не имеет значение, сжимается ли плечё интерферометра реально, или виртуально. Но дело в том, что если плечё интерферометра не сжимается физически, то релятивистские эффекты становятся виртуальными, и вся СТО просто красивая легенда не стоящая выеденного яйца. Плечо интерферометра не может сжаться в одной ИСО, и остаться прежней в другой, ибо тогда это уже не одно и то же плечо, а два независимых. (Для многих современных образованцев это стало камнем преткновения, который они не в силах преодолеть, так как не пытались вывести СТО самостоятельно.) Если же мы говорим об электромагнитном поле, то в отличии от сжатого плеча интерферометра оно несубстанциально. Нет вещества этого поля, материи. Мы им называем "искривление" пространства, которое само не существует. И потому аналогия неприемлема.
В квантовой физике придумали такое понятие, как электрон-вольт, - энергия (Дж) равная по номиналу единичному электрическому заряду 1эВ=1,6⋅10-19 Кл⋅1В=1,6⋅10-19Дж, и переданная ему в результате прохождения разности потенциалов в 1 Вольт. С помощью электрона мы можем оценить "невидимую" электромагнитную энергию через оценку его кинетической энергии, но электрон сам по себе всё равно не является её тождеством. (Хотя при аннигиляции с позитроном оба превращаются в два одинаковых кванта строго определённой энергии.) Если квант энергии 1,6⋅10-19Дж "попадёт" в электрон, считается что он прошёл разность потенциалов в 1 Вольт. То же самое, если электрон получил кинетический импульс 1,6⋅10-19Дж от попадания в него другой микрочастицы обладающей массой покоя, например, нейтрона.
Субсветовой электрон при прохождении сильного магнитного поля вблизи квазаров излучает узкий пучок синхротронного излучения, - зримое наблюдение того, что происходит в радиоантенне, в которой электроны движутся тоже с ускорением, - генерация переменного электромагнитного излучения ускоряющейся заряженной частицей. (Только в антенне электроны раскачивают притоком внешней энергии, а субсветовой электрон движется в чужом магнитном поле с постоянной кинетической энергией.) Всё выглядит как в диснеевском мультфильме, когда персонаж так быстро срывается с места, что его душа в виде туманного очертания за ним не поспевает. Только в этом случае "душа" электрона (электромагнитное излучение) опережает сам электрон, и именно оно распространяется по проводнику со скоростью света.
В свете вышесказанного принципиально неверно называть электрический ток только потоком электронов. Электроны лишь велосипедная цепь, телеграфные провода, по которым передаётся кинетическое усилие, "телеграмма", - энергетический ток. Именно "невидимая" электромагнитная энергия крутит моторы, освещает, передаёт на расстоянии без проводов. Поскольку каждый электрон перевозит на участке цепи равную порцию энергии, зная их количество (суммарный заряд в секунду) мы определяем общую переданную, или затраченную/обрезанную энергию.
В статьях:
Общая теория поля
Проблема закона сохранения энергии в квантовой механике
Один пример бреда современных "квантовых механиков"
мы всесторонне проанализировали электромагнитные явления, и пришли к выводу что попытки объяснить их невидимыми корпускулами смехотворны, и самое правильное, что можно сделать, - признать непостижимость их материальности с бытовой точки зрения, обозначив наше недоумение предложенной Эйнштейном формулой "искривления пространства" под действием магнитного поля и электрических зарядов. Квант энергии - это искривление пространства в виде кинетического импульса, передаваемого от электрического заряда к электрическому заряду со скоростью света в прямой видимости от точки излучения в точку поглощения. Транспортировка этого искривления пространства по цепочкам электронов и есть электрический ток.
Итак, электроны сами по себе никуда не движутся. Они переводят движение в электромагнитную энергию, и электромагнитную энергию в движение. Заряженная частица имеет только электрический заряд, но любое движение, даже не её собственное, обнаруживает у неё и магнитное поле, делая электрон электромагнитной частицей. Причём, частицей обладающей массой покоя и вследствие этого могущей двигаться с разными скоростями. Далее, все электроны обладают удивительной особенностью действовать так, будто они сохраняют единство с поправкой на расстояние, стиснутые друг другом в "туннеле" проводника. Если последовательное сопротивление отрезает от уже отрезанных электронных цепочек, то транспортировка энергии по ним прекращается даже к предыдущему сопротивлению (потребителю). Либо электронная цепь есть на всём протяжении проводника и по ней передаётся энергия, либо её нет нигде. Если замкнуть рамку генератора, электроны из той его части где их избыток, куда они двигались, хлынут в часть, где их недостаток, откуда они двигались, и где протоны (позитроны) в ядрах атомов остались без своей пары. По ним побежит электромагнитная энергия, которая, не найдя выхода будет нагревать рамку.
31.10.2024г
|