Естеството на електричеството. Какво е електрически ток? Естеството на електричеството Електрически ток в природата

Този въпрос е като зелето, отваряш го и го отваряш, но „основното” стъбло е още далече. Въпреки че въпросът очевидно се отнася до това стъбло, все пак трябва да се опитате да преодолеете цялото зеле.

На най-повърхностен поглед природата на тока изглежда проста: токът е, когато заредените частици се движат. (Ако частицата не се движи, тогава няма ток, има само електрическо поле.) Опитвайки се да разберат природата на тока и без да знаят от какво се състои токът, те избраха посоката на тока, съответстваща на посока на движение на положителните частици. По-късно се оказа, че неразличим ток, абсолютно същият по ефект, се получава, когато отрицателните частици се движат в обратна посока. Тази симетрия е забележителна характеристика на природата на тока.

В зависимост от това къде се движат частиците, естеството на тока също е различно. Самият настоящ материал е различен:

• Металите имат свободни електрони;
• В металните и керамичните свръхпроводници също има електрони;
• В течности - йони, които се образуват по време на химични реакции или при излагане на приложено електрическо поле;
• В газовете отново има йони, както и електрони;
• Но в полупроводниците електроните не са свободни и могат да се движат в „щафетна надпревара“. Тези. Не електронът може да се движи, а по-скоро място, където той не съществува - „дупка“. Този тип проводимост се нарича дупкова проводимост. В кръстовищата на различни полупроводници естеството на такъв ток поражда ефекти, които правят възможна цялата ни радиоелектроника.
  Токът има две мерки: сила на тока и плътност на тока. Има повече разлики, отколкото прилики между тока на зарядите и тока например на водата в маркуча. Но такъв поглед върху течението е доста продуктивен за разбиране на природата на последния. Токът в проводник е векторно поле от скорости на частиците (ако са частици с еднакъв заряд). Но обикновено не вземаме предвид тези подробности, когато описваме тока. Осредняваме този ток.

Ако вземем само една частица (естествено заредена и движеща се), тогава ток, равен на произведението на заряда и моментната скорост в определен момент от време, съществува точно там, където се намира тази частица. Спомнете си как беше в песента на дует Иваси „Време е за бира”: „... ако климатът е труден и астралът е враждебен, ако влакът е тръгнал и всички релси са ВЗЕТИ... ” :)

И сега стигаме до този стрък, който споменахме в началото. Защо една частица има заряд (с движението всичко изглежда ясно, но какво е заряд)? Най-фундаменталните частици (вече със сигурност:) привидно неделими), които носят заряд, са електрони, позитрони (антиелектрони) и кварки. Невъзможно е да се извади и изследва отделен кварк поради затвореност; с електрон изглежда по-лесно, но също така все още не е много ясно. В момента е ясно, че токът е квантуван: не се наблюдават заряди, по-малки от заряда на електрона (кварките се наблюдават само под формата на адрони с общ заряд, равен или нула). Електрическо поле отделно от заредена частица може да съществува само във връзка с магнитно поле, като електромагнитна вълна, чийто квант е фотон. Може би някои интерпретации на природата на електрическия заряд лежат в сферата на квантовата физика. Например полето на Хигс, предсказано от нея и открито сравнително наскоро (ако има бозон, има поле) обяснява масата на определен брой частици, а масата е мярка за това как частицата реагира на гравитационното поле. Може би със заряда, като мярка за реакция на електрическо поле, ще се разкрие някаква подобна история. Защо има маса и защо има заряд са донякъде свързани въпроси.

Знае се много за природата на електрическия ток, но най-важното все още не е известно.

Металите са добри проводници на електрически ток. Проводимостта в металите се дължи на наличието на свободни електрони в тях, които относително лесно се отделят от атомите. Образуване на положителен йон и свободен електрон.

При липса на електрическо поле електроните се движат хаотично, участвайки в топлинно (хаотично) движение.

Под въздействието на електрическо поле електроните започват да се движат по подреден начин между йоните, разположени във възлите на кристалната решетка, със средна скорост от порядъка на 10 -4 m/s, образувайки електрически ток.

Експериментално доказателствоФактът, че проводимостта на металите се дължи на движението на свободни електрони, беше демонстриран в експериментите на L.I. Манделщам и Н.Д. Папалекси през 1912 г. (резултатите не са публикувани), както и Т. Стюарт и Р. Толман през 1916 г.

Идея за експерименти: ако рязко спрете движещо се парче метал, тогава свободните заряди в него, движещи се по инерция, ще се натрупат в предния му край и между краищата на проводника възниква потенциална разлика.

Опитът на Манделщам и Папалекси

Бобината, свързана с телефона, беше поставена в трептящо движение около оста си. Поради инерцията на свободните заряди в краищата на бобината се появи променлива потенциална разлика и телефонът издаде звук.

Това бяха само качествени експерименти. При тези експерименти не са правени измервания или количествени изчисления.

Опитът на Стюарт и Толман

Намотка с голям диаметър с метална жица, навита върху нея, беше поставена в бързо въртене и след това рязко спряна. При спиране на намотката свободните заряди в проводника продължават да се движат известно време по инерция. Поради движението на зарядите спрямо проводника в намотката възниква краткотраен електрически ток, който се записва от галванометър, свързан към краищата на проводника с помощта на плъзгащи се контакти.

Посоката на тока показваше, че се дължи на движението на отрицателно заредени частици.

Чрез измерване на заряда, преминаващ през галванометъра по време на цялото съществуване на тока във веригата, беше възможно да се определи съотношението q 0 /m. Оказа се, че е равно на 1,8*1011 C/kg. Тази стойност съвпада със стойността на подобно съотношение за електрона, установена от други експерименти.

По този начин беше експериментално установено, че носителите на електрически ток в металите са свободни електрони.

Зависимост на съпротивлението на проводника R от температурата:

При нагряване размерите на проводника се променят малко, но основно се променя съпротивлението.
Съпротивлението на проводника зависи от температурата:

където ro е съпротивлението при 0 градуса, t е температурата, е температурният коефициент на съпротивление (т.е. относителната промяна в съпротивлението на проводника, когато се нагрее с един градус)

За метали и сплави
Обикновено за чисти метали се приема

По този начин, за метални проводници с повишаване на температурата
Съпротивлението се увеличава, съпротивлението на проводника се увеличава и електрическият ток във веригата намалява.

Феноменът на свръхпроводимостта

Нискотемпературна свръхпроводимост:
наблюдава се при ултраниски температури (под 25 К) в много метали и сплави; При такива температури съпротивлението на тези вещества става незначително.

През 1986 г. е открита високотемпературна свръхпроводимост (при 100 К) (за металокерамиката).

Трудност при постигане на свръхпроводимост:
- необходимостта от силно охлаждане на веществото

Област на приложение:
- получаване на силни магнитни полета;
- мощни електромагнити със свръхпроводяща намотка в ускорители и генератори.

Теоретична електротехника

UDC 621.3.022:537.311.8

M.I. Баранов

КВАНТОВО-ВЪЛНОВА ПРИРОДА НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК В МЕТАЛЕН ПРОВОДНИК И НЕГОВИТЕ НЯКОИ ЕЛЕКТРОПИЗИЧНИ МАКРОПРОЯВЛЕНИЯ

Представя резултатите от теоретични и експериментални изследвания на подповърхностните и радиални разделения на силни електрони, които се движат в кръгъл хомогенен метален проводник с импулсен аксиален поток, за да посочи квантовия проводник. Това е природата на потока на електрическата проводимост в даден проводник , което води до нейното квантуване във вътрешната структура на кутията.периодична макролокализация на свободните електрони.

Представените резултати от теоретични и експериментални изследвания на вълновите надлъжни и радиални разпределения на движещи се свободни електрони в кръгъл хомогенен метален проводник с импулсен аксиален ток показват квантово-вълновата природа на протичането на ток на електрическа проводимост в разглеждания проводник, което води до до появата във вътрешната му структура на явлението квантована периодична макролокализация на свободните електрони .

ВЪВЕДЕНИЕ

Както е известно, според класическите научни принципи на теорията на електричеството, токът на проводимост в метален проводник представлява насочено движение на пътуващи свободни електрони в неговата вътрешна кристална микроструктура. В допълнение, в нерелативистичната физика също е известно, че свободните електрони като елементарни частици се образуват от валентни електрони по квантов начин от енергийно възбудени атоми от твърд проводников материал. В метален проводник винаги има огромен брой свободни електрони с маса на покой m = 9,108-10~31 kg и обемна плътност (концентрация) ne, която е числено равна на около 1029 m_3 за основни проводникови материали. В случай, че металният проводник не е свързан в краищата си към електрическа верига с източник на енергия, неговите свободни електрони се движат хаотично в триизмерното междуатомно пространство на проводника. Когато електрическа потенциална разлика (електрическо напрежение), която не се променя или произволно варира с времето t, се приложи към метален проводник, тези елементарни носители на електричество започват да се движат насочено в него (в една посока с приложено постоянно и импулсно еднополярно електрическо напрежение , или в двете посоки с приложено към него променливо напрежение).биполярно електрическо напрежение на външно захранване). Това е дрейфът на свободните електрони на проводника, който ще определи тока на електрическа проводимост, протичащ през него.

Една също толкова известна научна позиция в областта на класическата и квантовата физика е, че електроните, като елементарни частици, които имат корпускулярни свойства, съответно имат и вълнови свойства. Този факт ясно ни демонстрира тяхната двойственост (двойственост). Добре известно е, че двойствеността вълна-частица на електроните удовлетворява фундаменталния принцип на взаимното допълване,

формулиран през 20 век от изключителния датски физик-теоретик Нилс Бор. Следователно токът на електрическа проводимост в метал

проводник представлява разпространението на електронни (De Broglie) вълни с дължина Xe в междуатомното пространство на неговия кристален материал. Освен това за дължината Xe на електронната вълна в металния проводник е изпълнено фундаментално съотношение от областта на вълновата механика на изключителния френски теоретичен физик Луи дьо Бройл:

Xe = I/(sheuD (1)

където I=6,626-10~34 J-s е константата на Планк; ue е скоростта на дрейфа на електроните в материала на проводника.

Средната скорост ue на дрейф на свободни електрони в метален проводник с ток c(1:) се определя от следната класическа връзка:

^e =§0/(e0Ne), (2)

където 50 е плътността на електрическия ток в проводника; e0=1.602-10~19 C - електрически заряд на електрона.

Що се отнася до скоростта на хаотичното (термично) движение на свободните електрони в метален проводник без ток, определена според квантовата статистика на Ферми-Дирак чрез енергията на Ферми Er, за медта тя приема числена стойност от около 1,6-106 m/s . Замествайки тази стойност на скоростта uet в (1), намираме, че тя ще съответства на дължината Xe на електронната вълна в медния проводник, равна приблизително на 0,5-10~9 м. Вижда се, че в този случай стойността на Xe ще бъде непропорционално малка в сравнение с геометричните макроразмери на реални проводници, участващи в предаването на електрическа енергия. В тази връзка за свободните електрони, движещи се в междуатомното пространство на твърд макропроводник с посочената топлинна скорост uet, техните вълнови свойства няма да играят съществена роля и съответно ще имат забележим ефект върху електрофизичните процеси, протичащи в него.

От (1) и (2) при 50 = 106 A/m2 за меден проводник (ne = 16,86-1028 m_3; ue = 0,37-10~4 m/s) намираме, че дължината Xe на електронната вълна в него вече ще има стойност, равна на около 19,6 м. При големи стойности от 50, характерни за силнотокови електрически вериги на високоволтово оборудване (с плътност на тока от 109 A/m2 или повече), дължината Xe на de Вълна на Бройл в неблагородни метали на тоководещи части на изолирани проводници и кабели

© M.I. Баранов

(мед и алуминий, за които е>37-10~3 m/s) ще приеме стойност от около 19,6 mm или по-малко. Това обстоятелство е решаващо за електрофизиците при експерименталното изследване в много ограничени условия на научна лаборатория за високо напрежение на вълнови процеси, съпътстващи образуването и разпространението на ток на проводимост /0(/) в метални проводници, чиято действителна дължина не може да надвишава 1 м. Горните изчислени данни показват, че поради относително ниските стойности на скоростите на дрейфа ue на свободните електрони (значително по-малко от 1 m / s) в основните проводникови материали на токовите канали, дължините Xe на електронните вълни в те стават съизмерими с общите си макро-размери (дължина, ширина, височина или диаметър). Следователно, за приложния електротехнически случай, свързан с протичането на електрически ток от различни видове (директен, променлив или импулсен) през метални проводници, вълновите свойства на свободните електрони, движещи се по тях, започват да играят важна роля в процесите на пространствено разпределение на тези електроносители в тях и съответно джаулово топлоотделяне.

От областта на математическата физика (например за проблеми с гранични стойности относно механични вибрации на струна или мембрана) е известно, че аналитичното решение на частични диференциални уравнения, които описват повечето физически процеси, обикновено се представя от собствени функции, които имат собствени стойности и , съответно, собствени стойности (например цели числа n=1,2,3,...) . Нека отбележим, че в квантовата физика, която се занимава с теоретично изследване на поведението на различни микрообекти (например електрони, протони, неутрони и т.н.) в определени физически полета, описвани с вълнови частични диференциални уравнения, собствените стойности ​​n се наричат ​​квантови числа.

Като се вземат предвид горното и известните фундаментални научни положения на съвременната физика за реални физически микрообекти и елементарни микрочастици, става ясно, че в метални проводници с ток на електрическа проводимост /0(/) при определени условия и амплитудно-времеви параметри ( ATP) на посочения ток може да се прояви като вълна и квантовите свойства на свободните електрони, движещи се в техния проводящ материал. Изследването на тези условия и AVP на тока на електрическата проводимост и съответно изследването на неговата квантово-вълнова природа и неговите възможни както слабо проучени, така и нови макропроявления днес е спешна научна задача в областта на теоретичната електротехника и електрофизиката и приложна електродинамика.

1. ФОРМУЛИРАНЕ НА ПРОБЛЕМА ЗА ИЗУЧАВАНЕ НА КВАНТОВО-ВЪЛНОВИЯ ПРИРОД НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК В МЕТАЛЕН ПРОВОДНИК

/0>>Г0 аксиален импулсен ток от 10(^ произволни AVP с висока плътност на потоците (фиг. 1).

Ориз. 1. Схематичен изглед на изследвания метален проводник с радиус r0 и дължина 10 с аксиален импулс

ток r "0(^ с висока плътност 50(0, съдържащ квантована относително "гореща" ширина Dgpg и "студена" ширина надлъжни проводящи секции

Приемаме, че радиусът r0 на нашия проводник е по-малък от дебелината на текущия скин-слой в неговия изотропен материал и токът, протичащ през него 10(^, е разпределен по неговото напречно сечение £0 със средна плътност 5o(0 = / o^)/50|. Ние пренебрегваме влиянието на движещите се свободни електрони един върху друг и йоните от кристалната решетка на проводниковия материал върху тези пътуващи електрони. Приближението, което използваме, съответства на добре известното приближение на Хартри-Фок, което образува основата на класическата лентова теория на металите , Обърнете внимание, че това едноелектронно приближение, което не взема предвид електрон-йонните взаимодействия във вътрешната структура на проводника, е неприемливо за изучаване на случая на идеална електронна проводимост на металите ( явление на тяхната свръхпроводимост), когато се изисква разглеждане на корелационното движение на електронните двойки и което се характеризира със свръхфлуидността на свободните електрони с присъщото отсъствие на разсейване на електронните вълни на де Бройл върху топлинните вибрации на йони (фонони) на кристален метал проводникови решетки. Да приемем, че пространствените разпределения по координатите z и z на свободните електрони в материала на изследвания проводник с импулсен ток 1$) ще се подчиняват приблизително на съответните едномерни вълнови уравнения на Шрьодингер. Тогава за разглежданите носители на електричество само техните вероятностни характеристики ще имат физически смисъл и трябва да заменим концепцията за местоположението на свободен електрон в метален проводник с импулсен ток 10(()) с концепцията на вероятността за откриването му в един или друг елемент от цилиндричния обем на проводника , Изисква се въз основа на квантово-механичния подход да се опише в приблизителна форма вълновите надлъжни и радиални разпределения на дрейфиращите свободни електрони в изследвания проводник с импулсен аксиален ток /0(/), за да се установят с тяхна помощ основните характеристики на квантово-вълновата природа на този ток на проводимост и да се извърши експериментален експеримент с помощта на мощен високоволтов генератор на апериодични импулсни токове проверка на квантово-механичния подход предложен от автора и някои резултати, получени с негова помощ за приблизително изчисляване на надлъжното разпределение

образуването на електронни вълни на де Бройл и характеристиките на неговото температурно поле, дължащо се на тяхното разсейване върху топлинни вибрации на йоните на кристалната решетка на метален проводник.

2. ПРИБЛИЖИТЕЛНО РЕШЕНИЕ ЗА НАДЪЛЖНОТО РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ НА ВЪЛНАТА НА СВОБОДНАТА

По-рано авторът, базирайки се на решението на нерелативистичното едномерно времево вълново уравнение на Шрьодингер, което е частично диференциално уравнение и определя динамичното разпространение в пространството и времето t на една или друга плоска вълна на материята, показа, че в метален проводник с импулсен аксиален ток i0(t) Квантованата вълнова функция, която описва, с първо приближение, надлъжното времево разпределение на нерелативистични дрейфиращи свободни електрони в неговата микроскопична структура, има формата:

Vnz(z0 = AZ ■ sin(knzz) ■ (cosrnenzt -i sinrnenzt), (3) където A0z=1/2 е амплитудата на n - режима на собствената надлъжна вълнова функция ynz(z,t) с квантуваната кръгова честота raenz=nn2h/ (4mel02); knz=nn/l0 - квантовано надлъжно вълново число; z - текуща стойност на надлъжната координата в материала на проводника; i=(-1)12 - имагинерна единица; n=1,2, 3,...,nm - цяло число квантово число, равно на номера на модата на собствената вълнова пси функция ynz(z,t); nm е максималната стойност на квантовото число n.

От анализа на стационарното вълново уравнение на Шрьодингер и неговите гранични условия, използвани за получаване на (3), следва, че в проводника, който разглеждаме, движещите се свободни електрони са разпределени по неговата надлъжна ос OZ, така че дължината l0 на проводника винаги отговаря на цяло число квантово число n вълнови psi -функции ynz(z,t) за дадени електрони или електронни полувълни на де Бройл, отговарящи на съотношението: nkeJ2=kh (4)

където Xenz=h/(mevenz) е квантуваната дължина на надлъжната вълна на свободен електрон, равна на дължината на стоящата вълна на де Бройл; venz=ttienz%enz/%=nh/(2mel0) - квантована надлъжна скорост на движещ се свободен електрон.

Въз основа на (4) можем да формулираме следното правило за квантуване на I надлъжни вълнови функции ynz(z,t) или електронни (De Broglie) вълни в изследвания проводник с ток i0(t) на произволни AVP: при дължина l0 от метален проводник с електрически ток i0( t) от различни типове и AVP, трябва да се побере цяло число n на полувълни на плоски електрони на де Бройл с дължина \nJ2.

Съгласно (1) да се определи в (1) стойността на квантовото число nm при избора на вълновите функции ynz(z,t), чийто квадрат на модула определя плътността на вероятността за намиране на свободни електрони на определено място в междуатомното пространство на проводника, можете да използвате следната формула:

където nk е главното квантово число, равно на броя на електронните обвивки във всеки идентичен метален атом

височината на въпросния проводник и съответно номера на периода в периодичната система на химичните елементи D.I. Менделеев, на когото принадлежи този метал на изследвания проводник.

Приблизителният избор съгласно (5) на максималната стойност на квантовото число n може да се докаже от: първо, наличието на широка област на поглъщане на външно електромагнитно излъчване в твърдото вещество (метал) на проводника, което потенциално води до определени разлики в електронните енергийни конфигурации на отделните атоми от материала на проводника; второ, изпълнението на основния принцип на Паули за електронните конфигурации на атомите на проводниковия материал (всяко енергийно състояние в атом на веществото може да бъде заето само от един електрон), според който квантовото число nm може да показва най-голямото брой енергийни състояния на валентните електрони на посочените атоми.

Суперпозицията на квантувани (дискретни) режими на вълнови функции yn(r,() за всяка от стойностите на квантовото число n = 1,2,3,... и всеки движещ се свободен електрон в материала на проводника изследван с импулсен ток /0(/) е също толкова широк Феноменът на интерференция (суперпозиция) на кохерентни вълни (вълни, които се променят последователно във времето), известен във физиката (вълнова оптика), води до образуването на квантувани вълнови електронни пакети (WEP) във вътрешната проводяща структура на проводника. Физически аргументи в полза на възникването на такава суперпозиция на вълнови функции ,0 в проводимия материал на проводника е: първо, кохерентността на надлъжната (но във физическата си същност напречна и линейно поляризирани) електронни вълни в проводника за разглежданите носители на електричество; второ, изпълнението съгласно (4) на необходимите основни условия за максимално усилване и затихване на кохерентни надлъжни електронни вълни, когато те се наслагват Тъй като квантуваните дължини Xen на електронните вълни във вътрешната структура на проводник с ток /0(/) се характеризират с макроскопични величини (вж. Раздел Въведение), тогава геометричните размери на VEP също ще бъдат от макроскопичен характер. Редът на размиване на границите на квантуваните EEPs по протежение на проводника (редът на интерференция на квантуваните надлъжни електронни вълни на проводника) ще се определя от степента на монохроматичност на квантуваните електронни вълни на де Бройл и, съответно, квантуваните вълнови функции vn(r, /). За да се наблюдава интерференцията на квантувани надлъжни електронни вълни от висок ред или VEP с ясни граници в метални проводници с електрически ток /0(/), тези вълни трябва да бъдат практически монохроматични. В зоните на EEP ще има рязко нарастване (усилване) на разглежданите вълнови функции vp(r,0), а извън тяхната ширина ще има намаляване (отслабване) на надлъжните пси-функции vp(r,/) съответстващ на израз (3). Поради факта, че квадратът на модула на квантуваните вълнови функции (например, psi-функциите yn(r,0 съгласно (3) преди тяхната интерференция) съответства на плътността на вероятността ( например на формата pm,e= авторът е показал, че когато n=n„1 за метален проводник с ток изпълнява приблизителното съотношение ne/nex^4/(n-2) ~ 3,5.Това е това надлъжно промяна в плътността на ne дрейфиращи свободни електрони в проводимия материал на проводника, което води до пространствено преразпределение на отделяната в него специфична топлинна енергия В зони на квантован EEP (в областта на "горещите" надлъжни сечения) с повишена плътност на дрейфиращите свободни електрони, плътността на топлинната енергия ще се увеличи, а извън зоните на квантуваните EEP (в областта на „студените“ надлъжни сечения) с намалена плътност на дрейфиращите свободни електрони, плътността на топлинната енергия ще намалее. Тази характеристика на отделяне на топлина, първоначално теоретично установена от автора за метален проводник с електрически ток i0(t), е в пълно съответствие с добре познатата класическа позиция, че когато кохерентните плоски електромагнитни вълни се прилагат в местата на техните интерферентни максимуми , плътността на електромагнитната енергия се увеличава, а в местата на тяхната интерференция, като минимум, плътността на електромагнитната енергия намалява.

След това е необходимо да се отбележи, че споменатата по-горе промяна в плътността на дрейфиращите свободни електрони по надлъжната ос OZ на изследвания проводник с ток ^(()) според получените квантувани вълнови функции yz(r,/ ) съгласно (3) и правилото за тяхното квантуване (4) ще има периодичен характер, съответстващ на реда на редуване на относително "горещи" и "студени" надлъжни участъци, образувани по дължината на проводника. В този случай " горещи" надлъжни участъци с ширина Ar ще бъдат разположени в зоните на формиране на EEP на проводника, а "студените" вътрешни надлъжни участъци с ширина Ar„ xv - между зоните на VEP (виж фиг. 1) .В краищата на проводника (в местата, където са свързани към силова електрическа верига с променлив (постоянен) ток ^(() или високоволтов генератор на биполярен (еднополярен) импулсен ток с висока плътност 50) между крайните VEP и двата края на проводника ще имат "студени" екстремни надлъжни участъци с ширина Ar„xk. Надлъжните координати на средните точки на зоните на най-външния VEP или средните точки на ширините Ar„g на "горещия" екстремум надлъжните сечения на проводника могат да се изчислят по формулата: r„k = 10 /( 2p). (6)

Що се отнася до квантуваните надлъжни координати на центровете на „горещите” вътрешни надлъжни сечения, разстоянията между тях и центровете на „горещите” външни надлъжни сечения с координати съгласно (6) се определят от следния израз:

g„b = 10/p. (7)

От (6) и (7) следва, че центровете на EEP и "горещите" надлъжни сечения на изследвания проводник ясно съответстват на амплитудите на квантуваните вълнови функции y„r(r,/) или квантуваните електронни de Полувълни на Бройл с дължина Xe„/2, определени от ( 4). В този случай за крайните зони на разглеждания проводник с ток ще бъде изпълнено следното съотношение:

^epg /2= ^„g +2 ^пхк = 10 /стр. (8)

За вътрешните зони на проводник с ток i0(t) ще бъде валидна квантована връзка от формата:

^epg /2= ^„g + ^пхв = 10/p. (9)

За да изчислим ширината на „горещите“ екстремни и вътрешни надлъжни сечения, включени в (8) и (9), ние използваме съотношението на неопределеността на Хайзенберг, фундаментално в квантовата физика (вълновата механика). Тогава за минималната стойност на ширината Аnsh получаваме:

&„g = e0„e0^ (te^0sh) 1 -1, (10)

където 50t е амплитудата на средната плътност на тока ^), протичаща в проводника (при първо приближение §0t=10t/£0); 10t е амплитудата на тока ^(/) на проводника.

Отчитайки (8) и (10) за изчислената стойност на квантуваната ширина Ar^, „студените” крайни надлъжни сечения на проводника с ток i0(t) имаме: Ar„xk =0,5[ Y„- e0 „e0k (te0sh) 1 -1]. (единадесет)

От (9) и (10) за квантуваната ширина на “студените” вътрешни надлъжни сечения на разглеждания проводник с ток i0(t) получаваме:

^пхв = 10/п e0пе0^ (ме^0т) . (12)

От атомната физика е известно, че стойността на началната плътност ne0 на свободните електрони в проводниковия метал, включена в (10)-(12), е равна на концентрацията на неговите атоми N0, умножена по неговата валентност, определена от брой несдвоени електрони на външните (валентни) електронни слоеве на атомите на материалния проводник (например за мед, цинк и желязо валентността е две). Изчислената стойност на концентрацията N (m-3) на атоми в метала на проводник с масова плътност e0 преди преминаването през него на импулсен ток ^(/) се определя по формулата:

Zh0 = Y?0(Ma -1,6606-10-27)-1, (13)

където Ma е атомната маса на материала на проводника, включен в данните на периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев и практически равен на масовото число на ядрото на металния атом на проводника (една единица атомна маса е равна на 1,6606-10-27 kg).

3. ПРИБЛИЖИТЕЛНО РЕШЕНИЕ ЗА ВЪЛНОВО РАДИАЛНО РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ НА СВОБОДНОТО

ЕЛЕКТРОНИ В ПРОВОДНИК С ТОК

За приблизително описание на поведението на нерелативистични дрейфиращи свободни електрони, вероятностно движещи се, включително по текущата радиална координата r към външната повърхност на метален проводник с импулсен аксиален ток ^(()), ще използваме аналитичното решение по-рано получен от автора на съответното уравнение на Шрьодингер за едномерна времева вълна, което има следния вид: y „g (g, /) = ^0g ■ yp(k„gG) ■ exp(-g"Ye„gO, ( 14)

където А0г=(к/0г0г)-1/2 е амплитудата на собствения радиал

на вълновата функция y„r(r,/); k„r=pp/r0 - квантовано радиално вълново число; yuepr=la2k/(4mer02) - квантувана кръгова честота на естествената радиална вълнова функция y„r(r,/); n=1,2,3,...,nm е цяло число квантово число, равно на номера на модата на собствената радиална вълнова пси-функция y„r(r,/).

Според изчислението на квантуваните радиални скорости vеnг=уе„Depg/l на дрейфиращите електрони, където %еng=к/(tеуенг) е квантуваната дължина на радиалната вълна (плоска вълна на де Бройл) за свободен електрон, можем да използвайте релацията:

Vepg = „k /(2t eP)). (15)

Като вземем предвид (14) и факта, че kpg = 2%/Hepg, можем да напишем следната квантово-механична връзка за радиалните вълнови psi функции и електронните полувълни на де Бройл в изследвания проводник:

„Xepg /2= r0. (16)

Следователно, въз основа на (16), подобно на (4), правилото за квантуване II на радиалните вълнови функции Vz(r,/) в изследвания проводник с импулсен аксиален ток i0(f) трябва да се формулира в следния вид : при радиуса r0 на металния проводник с електрически ток / 0(/) от различни типове и AVP трябва да се побере в цяло число квантово число n на равнинни електронни полувълни на де Бройл с дължина Xen/2.

Поради кохерентността на плоските радиални електронни (De Broglie) полувълни с дължина Xen/2, те, подобно на надлъжните електронни де Бройлови полувълни с дължина Xe/2 в кристалната микроструктура на проводника, в резултат на суперпозиция или интерференция (взаимна суперпозиция) ще се образува по външния радиус r0 на проводника VEP. Процесът на образуване по радиуса r0 на тези VEPs ("горещи" радиални участъци) ще има периодичен характер, чиято радиална стъпка при дължина Xeng/2 за централната и външната зона на проводника, подобно на (8) , може да се представи в следната форма:

Hepg /2= ^gng +2 ^gphk = r0 /n, (17)

където Ar„r, Arphk са съответно широчините на относително „горещите“ и „студените“ външни радиални сечения на проводника с импулсен аксиален ток i0(t).

За вътрешните проводящи зони на проводника стъпката на периодизация на образуване по радиуса r0 на разглеждания от нас VEP може да бъде написана във формата:

Hepg /2= ^rng + ^rpkhv = r0 /n, (18)

където Agh е широчината на “студените” вътрешни радиални сечения на проводника с импулсен ток i0(t).

За да изчислим стойността на Arr в (17) и (18), ще използваме съотношението на несигурност на Хайзенберг по отношение на движещи се свободни електрони, локализирани в „горещите“ радиални секции (HES) на проводника във формата: Ar„r > k /(4r), (19)

където Arpg=tevpg=k/(2r0) е квантуваната радиална проекция на импулса на свободните електрони, движещи се в кристалната микроструктура на проводника.

Тогава, въз основа на (19) за квантуваната минимална ширина Агпг на „горещи” радиални сечения или ширината на квантуваните радиални ЕЕП на метален проводник с импулсен аксиален ток i0(t) в приетото електрофизично приближение

Получаваме следния изчислителен израз:

Arnz = r0 /(2lp) . (20)

От (20) става ясно, че широчината Arns на „горещите” радиални сечения или широчината на радиалния EEP на проводника се оказва най-малко (при n=1) 2n пъти по-малка от външния му радиус r0. Между другото, същата математическа зависимост е характерна и за квантуваната ширина Azns на „горещите“ надлъжни сечения спрямо дължината l0 на проводника с ток i0(t).

Използвайки (17) и (20), за квантуваната максимална ширина AGtk на „студените“ външни радиални секции на изследвания проводник, намираме:

bGzhk = (2i - 1)G0 /(4lp) . (21)

От (18) и (20) за квантуваните рамена на максималната ширина на „студените“ вътрешни радиални участъци на изследвания проводник с ток i0(t), получаваме: Arnx6 = (2^ - 1)n /(2nd? ). (22)

От съотношения (20)-(22) следва, че "студените" вътрешни радиални сечения на метален проводник с електрически ток са точно два пъти по-широки от "студените" външни радиални сечения и (2l-1) ~ 5,3 пъти по-големи ( по-широк) на неговите „горещи“ радиални участъци. По аналогия с (6), радиалните координати на средните точки на ширините на „горещите“ крайни радиални сечения на проводника са равни на:

rnk = Ge/(2n). (23)

Разстоянието между средните точки на ширините на "горещите" вътрешни и външни радиални секции на проводника ще се определя от квантовата връзка:

rnb = r0/n. (24)

За „горещите“ и „студените“ радиални участъци на изследвания метален проводник, както и за неговите надлъжни участъци, съответстващи им по име и обсъдени точно по-горе, ще бъде удовлетворена и следната характерна електрофизична характеристика: плътността на двете дрейфиращи свободните електрони и плътността на топлинната енергия върху "горещите" радиални участъци или радиалните EEP на метален проводник ще бъдат значително по-високи, отколкото в неговите "студени" радиални участъци.

Горните изрази (20)-(24), като се вземат предвид забележимо различните температури на относително „горещите“ и „студените“ радиални секции, ясно показват възможността за радиална стратификация на проводими плазмени продукти, образувани от кръгъл цилиндричен метален проводник по време на феноменът на неговата електрическа експлозия (EV). Трябва да се отбележи, че ефектът от радиалната стратификация на „металната“ плазма е реален и се наблюдава в EW дори на тънки метални проводници. В допълнение, приблизителните изчислени данни, получени съгласно изрази (4)-(12) и (16)-(24), могат да показват, че радиалните фракции на определената плазма, възникваща по време на електроенергията на кръгли метални проводници, ще бъдат приблизително l0/r0 пъти по-малко от неговите надлъжни фракции фракции.

4. ФЕНОМЕНЪТ НА КВАНТОВО ПЕРИОДИЧНА МАКРОЛОКАЛИЗАЦИЯ НА СВОБОДНИ ЕЛЕКТРОНИ В ПРОВОДНИК С ТОК Изчислена оценка от (10) на ширината Azns на „горещите“ крайни и вътрешни надлъжни сечения на метала

ичен проводник с импулсен ток /0(0) показва, че за меден проводник (ne0 = 16,86-1028 m3) при плътност на тока 50t = 2 A/mm2, характерна за електрически мрежи с променлив ток с честота 50 Hz, стойност приема стойност, равна на близо

1,06 м. При 50t = 200 A/mm2, характерно за силнотокова високоволтова импулсна технология, въпросната ширина става приблизително 10,6 mm. От тези количествени данни, които представихме, става ясно, че е възможно експериментално да се разкрие проявлението на вълновите свойства на дрейфиращите свободни електрони в метални проводници чрез изрично откриване в тях на местата на образуване на макроскопични ЕЕП и съответно „горещите“ " крайни и вътрешни надлъжни разрези, както и "студените", които се появяват на техния фон" крайни и вътрешни надлъжни разрези. Също така става ясно, че за такова откриване в лабораторни условия на квантуваните стойности Аіпг, Аіпхк и Аіпхв съответно за „горещите“ и „студените“ надлъжни сечения на проводника е необходимо да се използва мощно високоволтово електрическо оборудване способни да генерират относително големи импулсни токове в електрическата верига с изследвания метален проводник. Освен това такива токове, чието протичане през метален проводник би предизвикало интензивно нагряване на неговия материал и особено на проводящата кристална структура в зоната на неговите квантувани HEEPs.

Теоретичните резултати, представени по-горе в раздели 2 и 3, показват процесите на периодична макролокализация на дрейфиращи свободни електрони в зоните на надлъжни и радиални ЕЕП на изследвания проводник с импулсен аксиален ток i0(/). Характерна особеност на тази електронна макролокализация е, че тя има квантована природа, определена математически съгласно изрази (3) и (14) от стойността на квантовото число n и физически от енергийното състояние на свободните електрони, намиращи се в микроструктурата от материала на проводника в момента на подаване на електрическо напрежение към него и началото на протичането на един или друг вид електрически ток. Следователно стойността на квантовото число n за надлъжните vnr(r, /) и радиалните vnr(r,g) вълнови функции, както и за равнинните надлъжни и радиални полувълни на де Бройл с дължина Xrn/2 и Xrn/ 2 в микроструктурата на метален проводник с импулсен ток i0(/) ще има вероятностен (стохастичен) характер. За автора е очевидно, че практически числената стойност на квантовото число n винаги ще бъде равна на броя на макроскопичните „горещи“ надлъжни сечения (HLP) с ширина Aipn, периодично образувани по протежение на разглеждания метален проводник с дължина 10 с аксиална ток і0(ґ).

5. РЕЗУЛТАТИ ОТ ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ НА ВЪЛНОВО НАДЪЛЖНО РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ НА СВОБОДНИ ЕЛЕКТРОНИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТЕМПЕРАТУРНОТО ПОЛЕ В ПРОВОДНИК С ИМПУЛСЕН ТОК

За да извършите експериментална проверка на изчислените резултати, представени в раздели 2 и 3,

За да се определят вълновите разпределения на дрейфиращите свободни електрони в цилиндричен проводник с импулсен аксиален ток i0(ґ), най-простият, надежден и съответно целесъобразен начин може да бъде експериментално изследване на надлъжното вълново разпределение на тези електрони в него. В експериментите, които използваме, използваме кръгла поцинкована (с дебелина на защитното покритие A0 = 5 μm) стоманена тел, неподвижно закрепена в разрядната верига на високоволтовия генератор на импулсен ток GIT-5S, който има следните геометрични характеристики ( Фиг. 2): r0 = 0,8 mm; /0=320 mm; 50>=2,01 mm2. Разреждането на кондензаторната батерия на генератора GIT-5S, предварително заредено до постоянно зарядно напрежение u3G=-3,7 kV (със съхранена електрическа енергия ^/=310 kJ), осигури потока на апериодичен токов импулс i0( /) , характеризиращ се със следната AVP: амплитуда /0t=-745 A; времева форма /t/tr=9 ms/576 ms, където ґт е времето, съответстващо на амплитуда на тока 10t, а tr е общата продължителност на токовия импулс; модул на осреднената плътност на импулсния ток, равен на |50t|=0,37 kA/mm2.

Ориз. 2. Общ изглед на кръгла права поцинкована стоманена тел (g0=0,8 mm; /0=320 mm; D0=5 µm; 50=2,01 mm2), поставена във въздуха над топлозащитен азбестов лист, преди да премине през нея в разрядни вериги на генератор за високо напрежение GIT-5S на апериодичен импулс на аксиален ток g"0(/) с висока плътност

На фиг. Фигура 3 показва резултатите от един от ефектите на посочения апериодичен импулс на аксиален ток с временна форма от 9 ms/576 ms върху металната жица, използвана в експериментите.

Ориз. 3. Външен вид на термичното състояние на поцинкована стоманена тел (g0=0,8 mm; /0=320 mm; A0=5 µm; 5o=2,01 mm2) с едно „горещо” (HEEP зона ширина Aipg=7 mm в средата от проводника) и един „студен” най-ляв (ширина Аітк=156,5 mm; вторият „студен” най-дясен участък претърпя частична сублимация) надлъжни участъци след апериодичен токов импулс і0(ґ) с форма на време 9 ms/576 ms от през него протича висока плътност (/0t=-745 A; |50t|=0,37 kA/mm2; n=1)

От данните на фиг. 3 следва, че при дължина /0=320 mm на поцинкована стоманена тел, интензивно нагрята от еднополюсен импулсен ток (|50t|=0,37 kA/mm2) (за нейната стоманена основа съгласно (13)

„ео=2Ао=16,82-1028 m~3) в разглеждания случай има един „горещ” надлъжен разрез (една ярко светеща издута сферична зона на ЕЕП в средата на проводника, ясно показваща, че n=1) с ширина Dg„g= 7 mm (с изчислената му ширина по (10) е 5,7 mm) и два крайни „студени” надлъжни участъка (цилиндрични провлаци по двата края на проводника, единият от които е претърпял частична сублимация) с шир. на Dgnhk = 156,5 mm (при изчислената им ширина по (11) е 157,1 mm). Металографските изследвания на сферичната VEP зона, която се охлади в средата на жицата, показаха, че тя съдържа втвърдени фракции от варено (разширено) цинково покритие (при точка на кипене за цинк от 907 ° C) и разтопена стоманена основа на жицата (при неговата точка на топене е приблизително 1535 ° C). Това високо ниво на температура в сферичната зона на VEP (на единствения „горещ“ надлъжен участък на проводника) се доказва от неговия бял цвят на нажежаема жичка (най-малко 1200 ° C) и изгарянията, открити под топлозащитното покритие на хризотил-азбест с дебелина 3 mm с точка на топене приблизително 1500 °C. Въз основа на експерименталните данни, получени в този случай (n = 1) и изчислените квантови физични оценки, извършени за него, можем да заключим, че в кристалната микроструктура на поцинкована стоманена тел има суперпозиция на квантувани надлъжни вълнови функции ^w(2, ()), чиито модове се характеризират с едно квантово число n = 1. В резултат на съществуването на такива режими на пси-функция в проводника, при неговата дължина /0 = 320 mm, само един електрон на де Бройл полу- вълнови фитове, за които е в сила равенството Xe/2 = 320 mm и в зоната на нейната амплитуда (с надлъжна координата съгласно (6) g„k=160 mm), само един EEP или един „горещ” надлъжен участък с се образува ширина около Dg„g=7 mm.

На фиг. Фигура 4 показва експерименталните резултати от следващото въздействие върху поцинкована стоманена тел (r0=0,8 mm; /0=320 mm; D0=5 μm; 50>=2,01 mm2) на еднополюсен импулс на аксиален ток /0(/) на временната форма /t /tr=9 ms/576 ms висока плътност (/0t=-745 A; |50t|=0,37 kA/mm2; P3G =-3,7 kV; ZH=310 kJ). Вижда се, че в този експериментален случай по протежение на интензивно нагрята стоманена тел (за покриването й ne0 = 2L/0 = 13,08-1028 m_3) вече има четири VEP или четири „горещи“ (експериментална ширина Dg„g = 7 mm при проектирането им по (10) ширина в

5,7 mm) и два вътрешни „студени” (експериментална ширина Dg„xv = 26,9 mm с изчислената им ширина съгласно (12) за n = 9 е 29,9 mm) надлъжни секции. Трябва да се отбележи, че тук пет „горещи“, две външни и шест вътрешни „студени“ надлъжни секции на изследваната жица са претърпели пълна сублимация. В този експериментален случай наличието на високотемпературни HEP зони върху тестваната стоманена тел, също с ширина Dg„g = 7 mm, може да показва надеждността на изчислителната формула (10).

Съгласно (6) надлъжните координати r„k на „студените” крайни надлъжни сечения са около 2„k=320 mm/18=17,8 mm, а изчислените координати 2„b по (7) за „горещите” ” надлъжните сечения ще бъдат приблизително равни на 35,6 mm. Стойността n-2 трябва да бъде

в разглеждания случай (n = 9) се доближава до дължината /0 = 320 mm на изследваната стоманена тел. От получените изчислителни и експериментални данни става ясно, че такова геометрично условие е изпълнено. Резултатите от последния експеримент също така ясно показват, че в изследваната стоманена тел има периодична макролокализация на дрейфиращи свободни електрони, което води до появата на нехомогенно периодично надлъжно температурно поле в неговата проводяща макроструктура. Експерименталната стъпка на надлъжната квантована периодизация на такова топлинно поле в посочената стоманена тел се оказа приблизително равна на (Dg„xv+Dg„g) = 31,6 mm и малко по-малка от изчислената стъпка, съответстваща на отношения (8) и (9), възлизащ на около /0/n =35.6 mm.

Ориз. 4. Външен вид на работния плот на генератора GIT-5S

и термично състояние на поцинкована стоманена тел (g0=0,8 mm; /0=320 mm; D0=5 µm; 50=2,01 mm2) с четири „горещи” (ширина на HEEP зоните Dgig=7 mm) и две „студени” вътрешни (ширина D2ga = 16,9 mm) надлъжни сечения след следващото излагане на апериодичен токов импулс r0(/) с временна форма от 9 ms/576 ms висока плътност (/0t = -745 A; |50t| = 0,37 kA / mm2; „=9; останалите пет „горещи“ и осем „студени“ надлъжни сечения на изследваната поцинкована стоманена тел претърпяха пълна сублимация)

6. ОСНОВНИ СВОЙСТВА И ПРИЗНАЦИ НА КВАНТОВО-ВЪЛНОВИЯТ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК В МЕТАЛЕН ПРОВОДНИК

1. Подчинение на електрофизичните процеси, съпътстващи протичането на ток на електрическа проводимост в метални проводници, на фундаменталните научни принципи както на класическата физика, така и на нерелативистката квантова физика (вълнова механика) по отношение на нейните носители на електричество - дрейфиращите свободни електрони. В съответствие с тези класически принципи, тези електрони имат вълнови свойства, които, както е показано по-горе, в метални проводници с електрически постоянен, променлив или импулсен ток с различни плътности 50 могат да имат значително влияние върху макроскопичните процеси на формиране и пространствено разпределение, протичащи в ги в техния хомогенен материал проводящ ток /0(/). Поради изпълнението на тези физични закони, електромагнитната енергия, пренасяна в кристалната микроструктура на изследваните проводници чрез дрейфиращи свободни електрони, се представя от съответните кванти (порции) с определена дължина на електронната вълна (половълна) и поведението на разглеждания електромагнит

е нов в материала на металните проводници и техните пространствено-времеви разпределения се описват от съответните квантувани вълнови y-функции (например y„r(r,/) и y„r(r,/)).

2. Наличието във вътрешната кристална микроструктура на материала на изследвания метален проводник с електрически ток на различни видове квантовани електронни полувълни на де Бройл, разпространяващи се по неговите надлъжни r и радиални r координати. Съществуването на тези плоски дьо Бройлови електронни полувълни в материала на проводника следва от изчислените зависимости (4) и (16). За приложения случай на надлъжно вълново разпределение в кръгла поцинкована стоманена тел (r0=0,8 mm; /0=320 mm) на апериодичен импулс на аксиален ток с висока плътност (50t=370 A/mm2), съществуването на тези електронните полувълни на де Бройл бяха експериментално потвърдени от автора въз основа на резултатите от проведените високотемпературни експерименти, дадени в.

3. Проявата в материала на изследвания метален проводник с електрически ток на ефекта от суперпозиция (интерференция) на квантувани електронни полувълни на де Бройл, водещи до периодична поява на квантувани макроскопични ЕЕП по надлъжните r и радиални координати на диригента. Тези EEP от своя страна водят до появата на относително „горещи“ и „студени“ надлъжни и радиални участъци с макроскопични размери в материала на проводника. Пространствената стъпка на периодизация на надлъжната и радиална EEP на проводника съгласно съотношения (8), (9), (17) и (18) е равна на съответните квантувани дължини Xe„r/2 и Xe„r/2 на електронните полувълни.

4. Появата в проводящата структура на изследвания метален проводник с електрически ток /0(/) в зоните на гореспоменатите надлъжни и радиални VEPs на феномена на квантована периодична макролокализация на дрейфиращи свободни електрони, характеризираща се със забележимо разлика в плътностите на движещите се свободни електрони, плътностите на топлинната енергия и съответно температурите при относително горещи "и" студени "надлъжни и радиални сечения на въпросния проводник. Това явление води до появата в материала на метален проводник с електрически ток на нехомогенни периодични надлъжни и радиални температурни полета, които действително могат да бъдат записани и изследвани.

1. Получените данни показват, че в прав хомогенен кръгъл метален проводник с електрически аксиален ток, поради вълновите свойства на свободните електрони, движещи се в него, причинявайки съществуването във вътрешната му микроскопична структура на електронни полувълни на де Бройл в определена По този начин и процесите на наслагване (взаимно наслагване) на тези електронни полувълни на де Бройл в целия проводящ обем на проводника, възниква периодичното образуване на квантувани надлъжни и радиални EEPs с макроскопични размери. Характеристиките на VEP, които възникват в този случай, са

се характеризират с повишени плътности на дрейфиращите свободни електрони спрямо първоначалната средна електронна плътност на проводника и съответно повишени стойности на плътностите на топлинната енергия и температурите върху тях. Такова надлъжно и радиално преразпределение на посочените носители на електричество в обема на проводника води до появата на неравномерно периодично температурно поле в неговата макроструктура.

2. Представените резултати от теоретични и експериментални изследвания на вълнови електрофизични процеси, придружаващи протичането на ток на електрическа проводимост от различни видове (постоянен, променлив или импулсен) в разглеждания метален проводник ясно показват, че във вътрешната кристална структура на изследвания проводник , поради вълновия характер на надлъжното и радиално разпределение на дрейфиращите електрони в него възниква

явлението квантована периодична макролокализация на свободни електрони. Степента и естеството на проявлението на това квантово физическо явление по дължината и радиуса на метален проводник с ток і0(ґ) на различни AVP се определя от плътността на електрическия ток в него и енергийното състояние на свободните му електрони в момента към проводника се подава електрическо напрежение и съответно през него започва да протича проводящ ток.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Тамм И.Е. Основи на теорията на електричеството. - М.: Наука, 1976. - 616 с.

2. Яворски Б.М., Детлаф А.А. Наръчник по физика. -М .: Наука, 1990. - 624 с.

3. Кузмичев В.Е. Закони и формули на физиката / Отг. изд.

VC. Тартаковски. - Киев: Наукова думка, 1989. - 864 с.

4. Солимар Л., Уолш Д. Лекции по електрическите свойства на материалите: Прев. от английски / Ед. С.И. Баскакова. -М .: Мир, 1991. - 504 с.

5. Баранов M.I. Избрани въпроси на електрофизиката: Монография в 2 тома. Том 2, кн. 2: Теория на електрофизичните ефекти и проблеми - Харков: Издателска къща "Точка", 2010 г. - 407 с.

6. Баранов M.I. Избрани въпроси на електрофизиката: Монография в 2 тома. Том 2, кн. 1: Теория на електрофизичните ефекти и проблеми - Харков: Издателство на НТУ "ХПИ", 2009 г. - 384 с.

7. Технология на високи импулсни токове и магнитни полета / Ed. СРЕЩУ. Комелкова. - М.: Атомиздат, 1970. - 472 с.

8. Матюс Дж., Уокър Р. Математически методи на физиката / Превод. от английски - М.: Атомиздат, 1972. - 392 с.

9. Анго А. Математика за електро- и радиоинженери: Прев. от френски / Под общ изд. К.С. Шифрин. - М.: Наука, 1965. - 780 с.

10. Баранов M.I. Вълново разпределение на свободни електрони в проводник с ток на електрическа проводимост // Електротехника. - 2005. - № 7. - С. 25-33.

11. Баранов M.I. Енергийни и честотни спектри на свободни електрони на проводник с ток на електрическа проводимост // Електротехника. - 2006. - № 7. - стр. 29-34.

12. Баранов M.I. Нови физически подходи и механизми при изучаване на процесите на образуване и разпределение на ток на електрическа проводимост в проводник // Техническа електродинамика. - 2007. - № 1. - стр. 13-19.

13. Баранов M.I. Евристично определяне на максималния брой електронни полувълни на де Бройл в метален проводник с ток на електрическа проводимост // Електротехника и електрическа механика. - 2007. - № 6. - стр. 59-62.

14. Баранов M.I. Вълнов електронен пакет на проводник с ток на електрическа проводимост // Електротехника и електромеханика. - 2006. - № 3. - С. 49-53.

15. Баранов M.I. Основни характеристики на вероятностното разпределение на свободни електрони в проводник с ток на електрическа проводимост // Техническа електродинамика. - 1008. - No1. - С. 8-11.

16. Баранов M.I. Квантовомеханичен подход за изчисляване на температурата на нагряване на проводник чрез ток на електрическа проводимост // Техническа електродинамика. - 2007. - № 5. -

17. Баранов M.I. Теоретични и експериментални резултати от изследвания за обосноваване на съществуването в микроструктурата на метален проводник с ток на електронни полувълни на де Бройл // Електротехника и електромеханика. - 1014. - № 3. - стр. 45-49.

18. Баранов M.I. Вълново радиално разпределение на свободни електрони в цилиндричен проводник с променлив електрически ток // Техническа електродинамика. - 1009. - No1. - С. 6-11.

19. Столович Н.Н. Преобразуватели на електроексплозивна енергия / Ed. В.Н. Карнюшина. - Минск: Наука и техника, 1983. - 151 с.

20. Електротехнически справочник. Производство и разпределение на електрическа енергия / Под общ ред. И.Н. Орлова и др. - М.: Енергоатомиздат, том 3, кн. 1, 1988. - 880 с.

21. Баранов M.I. Изчисляване и експериментално обосноваване на съществуването на електронни полувълни на де Бройл в метален проводник с импулсен ток с висока плътност // Бюлетин на НТУ "ХИТ. - 1013. - № 60(1033). - С. 3-11 .

22. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И. и др.. Генератор на ток на изкуствена мълния за пълномащабно изпитване на технически обекти // Инструменти и експериментално оборудване. - 1008. - No3. - стр. 81-85.

23. Електрически кабели, проводници и шнурове: Справочник / N.I. Белорусов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; Изд. Н.И. Белорусова - М.: Енергоатомиздат, 1988. - 536 с.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Tamm I.E. Основи на теорията на електричеството. Москва, Наука, 1976. 616 с. 2. Яворски Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физика. Москва, Наука, 1990. 624 с. 3. Kuzmichev V.E. Zakony i formally fiziki. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 864 p. 4. Solymar L., Walsh D. Lekcii po jelektricheskim svojstvam materialov. Москва, Mir Publ., 1991. 504 p. Z Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki: Monografija v 2-h tomah. Tom 2, Book 2: Teorija elektrofizicheskih effektov i zadach. Kharkov, Tochka Publ., 2010. 407 p. b. Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki : Monografija v 2-h tomah. Volume 2 , Книга I: Teorija elektrofizicheskih effektov i zadach. Харков, NTU "KhPI" Publ., 2009. 384 стр. 7. Tehnika bol" shih impul "snyh tokov i magnitnyh polej. Pod red. V.S. Komel"kova. Москва, Атомиздат, 1970. 472 с. 8. Матюс Дж., Уокър Р. Математически методи на физиката. Москва, Атомиздат, 1972. 392 с. 9. Анго А. Мате-матика за електро-и радиоинженери. Москва, Наука, 1965. 780 с. 10. Баранов M.I. Volnovoe razpredelenie svobodnyh elektronov v provodnike s elek-tricheskim tokom provodiмости. Електротехника, 2005, бр.7, стр. 25-33. 11. Баранов M.I. Ener-geticheskij i chastotnyj spektry svobodnyh elektronov provodnika s jelektricheskim tokom provodiмости. Електротехника - Електротехника, 2006, бр.7, стр. 29-34. 12. Баранов M.I. Novye fizicheskie podhody i mehanizmy pri izuchenii processov formirovania i raspredelenija elektricheskogo toka provodiмости в provodnike. Техническа електродинамика,

2007, бр.1, стр. 13-19. 13. Баранов M.I. Evristicheskoe opredelenie maksimal "nogo chisla jelektronnyh poluvoln de Brojlja v metal-licheskom provodnike s elektricheskim tokom provodimosti. Електротехника и електромеханика - Електротехника и електромеханика, 2007, № 6, стр. 59-62. 14. Баранов M.I. Volnov oj elektronnyj paket wire Електротехника и електромеханика - Електротехника и електромеханика, 2006, № 3, стр. 49-53. 1З. Баранов M.I. Основные характеристики вероятного распределения свободных електронов в проводника с електрически ход на провеждане. Технична електродинамика - Технически 17. Bara nov M.I. Teoreticheskie и eksperimental "nye rezul"taty issledovanij po obosno-vaniju sushhestvovanija v mikrostrukture metallicheskogo provodnika s tokom elektronnyh debrojlevskih poluvoln. Електротехника и електромеханика - Електротехника и електромеханика, 2014, бр.3, стр. 45-49. 18. Баранов M.I. Volnovoe radial "noe razpredelenie svobodnyh elektronov v cilindricheskom provodnike s peremennym elektricheskim tokom. Tekhnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 2009, no.1, pp. 6-11. 19. Stolovich N.N. Elektrovzryvnye preobrazovateli energii Minsk, Nauka & Tehnika Publ., 1983 151 стр. 20. Електротехнически справочник. Производство и разпределение на електрическата енергия. Том Z, книга I. Москва, Ener-goatomizdat Publ., 1988. 880 стр. 21. Баранов M.I. tronnyh poluvoln в metallicheskom provodnike s impul"snym tokom bol"shoj plotnosti. Весник на НТУ "ХПИ" - Бюлетин на НТУ "ХПИ", 2013, № 60 (1033), стр. 3-12. 22. Баранов M.I., Koliushko G.M., Кравченко V.I., Nedzelskyi O.S., Dnyschenko V.N. Генератор тока iskusstvennoj molnii dlja naturnyh ispy-tanij tehnicheskih ob’ektov . Pribory i tehhnika eksperimenta - Инструменти и експериментални техники, 2008, no.3, pp. 81-85. 23. Белорусов Н.И., Саак-джан А.Е., Яковлева А.И. Elektricheskie kabeli, provoda i shnury: Spra-vochnik. Москва, Енергоатомиздат, 1988. 536 с.

Получено на 05.02.2014 г

Баранов Михаил Иванович, доктор на техническите науки, старши научен сътрудник,

НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ",

61013, Харков, ул. Шевченко, 47

тел/тел. +38 057 7076841, ел. поща: [имейл защитен]

Научно-изследователски проектантски институт "Молния"

Национален технически университет "Харковски политехнически институт"

47, ул. Шевченко, Харков, 61013, Украйна Квантово-вълнова природа на електрическия ток в метален проводник и някои от неговите електрофизични макро-явления.

Статията представя резултати от теоретични и експериментални изследвания на вълново надлъжно и радиално разпределение на дрейфиращи свободни електрони в кръгъл хомогенен метален проводник с импулсен аксиален ток. Изследванията разкриват квантово-вълновия характер на протичането на тока на електрическа проводимост в изследвания проводник, което води до феномен на квантована периодична макролокализация на свободни електрони във вътрешната структура на проводника.

Ключови думи - метален проводник, електрически ток, дрейфиращи свободни електрони, електронни полувълни, феномен на макролокализация на електрони.

Какво всъщност знаем за електричеството днес? Според съвременните възгледи, много, но ако се задълбочим в същността на този въпрос по-подробно, се оказва, че човечеството широко използва електричество, без да разбира истинската същност на това важно физическо явление.

Целта на тази статия не е да опровергае постигнатите научни и технически приложни резултати от изследванията в областта на електрическите явления, които се използват широко в бита и индустрията на съвременното общество. Но човечеството непрекъснато се сблъсква с редица явления и парадокси, които не се вписват в рамките на съвременните теоретични концепции по отношение на електрическите явления - това показва липса на пълно разбиране на физиката на това явление.

Освен това днес науката знае факти, когато привидно изследвани вещества и материали показват аномални свойства на проводимост ( ) .

Феноменът на свръхпроводимостта на материалите също няма напълно задоволителна теория в момента. Има само предположение, че свръхпроводимостта е квантов феномен , който се изучава от квантовата механика. При внимателно изучаване на основните уравнения на квантовата механика: уравнението на Шрьодингер, уравнението на фон Нойман, уравнението на Линдблад, уравнението на Хайзенберг и уравнението на Паули, тяхната несъвместимост ще стане очевидна. Факт е, че уравнението на Шрьодингер не е получено, а е постулирано по метода на аналогията с класическата оптика, въз основа на обобщение на експериментални данни. Уравнението на Паули описва движението на заредена частица със спин 1/2 (например електрон) във външно електромагнитно поле, но концепцията за спин не се свързва с реалното въртене на елементарна частица и по отношение на спина постулира се, че съществува пространство от състояния, които по никакъв начин не са свързани с движението на елементарни частици частици в обикновеното пространство.

В книгата на Анастасия Нових „Езоосмос“ се споменава за непоследователността на квантовата теория: „Но квантово-механичната теория за структурата на атома, която разглежда атома като система от микрочастици, които не се подчиняват на законите на класическата механика, абсолютно не е релевантно . На пръв поглед аргументите на немския физик Хайзенберг и австрийския физик Шрьодингер изглеждат убедителни за хората, но ако всичко това се разглежда от различна гледна точка, тогава техните заключения са само отчасти правилни и като цяло и двамата са напълно погрешни . Факт е, че първият описва електрона като частица, а другият като вълна. Между другото, принципът на двойствеността на вълната и частицата също е без значение, тъй като той не разкрива прехода на частица във вълна и обратно. Тоест, учените господа се оказват някак оскъдни. Всъщност всичко е много просто. Като цяло искам да кажа, че физиката на бъдещето е много проста и разбираема. Основното е да доживеем това бъдеще. Що се отнася до електрона, той става вълна само в два случая. Първият е, когато външният заряд се загуби, тоест когато електронът не взаимодейства с други материални обекти, да речем със същия атом. Второто, в предосмично състояние, тоест когато неговият вътрешен потенциал намалява."

Същите електрически импулси, генерирани от невроните на човешката нервна система, поддържат активното, сложно, разнообразно функциониране на тялото. Интересно е да се отбележи, че потенциалът на действие на клетката (вълна на възбуждане, движеща се по мембраната на жива клетка под формата на краткотрайна промяна на мембранния потенциал в малка област на възбудимата клетка) е в определен диапазон (фиг. 1).

Долната граница на потенциала на действие на неврона е на ниво -75 mV, което е много близо до стойността на редокс потенциала на човешката кръв. Ако анализираме максималната и минималната стойност на потенциала за действие спрямо нулата, тогава тя е много близка до закръгления процент значение златно сечение , т.е. деление на интервала в съотношение 62% и 38%:

\(\Делта = 75 mV+40 mV = 115 mV\)

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

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

Всички вещества и материали, известни на съвременната наука, провеждат електричество в една или друга степен, тъй като съдържат електрони, състоящи се от 13 фантомни частици Po, които от своя страна са септонични снопове (“PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS” стр. 61) . Единственият въпрос е напрежението на електрическия ток, което е необходимо за преодоляване на електрическото съпротивление.

Тъй като електрическите явления са тясно свързани с електрона, докладът „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” предоставя следната информация относно тази важна елементарна частица: „Електронът е компонент на атома, един от основните структурни елементи на материята. Електроните образуват електронните обвивки на атомите на всички известни днес химични елементи. Те участват в почти всички електрически явления, с които учените са запознати днес. Но какво всъщност е електричеството, официалната наука все още не може да обясни, ограничавайки се до общи фрази, че това е например „набор от явления, причинени от съществуването, движението и взаимодействието на заредени тела или частици от носители на електрически заряд“. Известно е, че електричеството не е непрекъснат поток, а се пренася на порции - дискретно».

Според съвременните представи: „ електричество „е набор от явления, причинени от съществуването, взаимодействието и движението на електрически заряди.“ Но какво е електрически заряд?

Електрически заряд (количество електричество) е физична скаларна величина (величина, всяка стойност на която може да се изрази с едно реално число), която определя способността на телата да бъдат източник на електромагнитни полета и да участват в електромагнитно взаимодействие. Електрическите заряди се разделят на положителни и отрицателни (този избор се счита за чисто произволен в науката и на всеки заряд се приписва много специфичен знак). Телата, заредени с заряд с еднакъв знак, се отблъскват, а тези с противоположен заряд се привличат. Когато заредените тела се движат (както макроскопични тела, така и микроскопични заредени частици, пренасящи електрически ток в проводници), възниква магнитно поле и възникват явления, които позволяват да се установи връзката между електричеството и магнетизма (електромагнетизъм).

Електродинамика изучава електромагнитното поле в най-общия случай (т.е. разглеждат се зависещи от времето променливи полета) и неговото взаимодействие с тела, които имат електрически заряд. Класическата електродинамика взема предвид само непрекъснатите свойства на електромагнитното поле.

Квантова електродинамика изучава електромагнитни полета, които имат прекъснати (дискретни) свойства, чиито носители са полеви кванти - фотони. Взаимодействието на електромагнитното излъчване със заредените частици се разглежда в квантовата електродинамика като поглъщане и излъчване на фотони от частици.

Струва си да помислим защо се появява магнитно поле около проводник с ток или около атом, в чиито орбити се движат електрони? Факт е, че " това, което днес се нарича електричество, всъщност е специално състояние на септонното поле , в чиито процеси в повечето случаи участва електронът заедно с другите си допълнителни „компоненти“ “(„PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“ стр. 90).

А тороидалната форма на магнитното поле се определя от естеството на неговия произход. Както се казва в статията: „Вземайки предвид фракталните модели във Вселената, както и факта, че септонното поле в материалния свят в рамките на 6 измерения е фундаменталното, единно поле, на което се основават всички взаимодействия, известни на съвременната наука, може да се твърди, че те всички също имат формата Тора. И това твърдение може да представлява особен научен интерес за съвременните изследователи.". Следователно електромагнитното поле винаги ще има формата на тор, подобно на тора на септона.

Нека разгледаме спирала, през която протича електрически ток и как точно се формира нейното електромагнитно поле ( https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Ориз. 2. Линии на полето на правоъгълен магнит

Ориз. 3. Силови линии на спирала с ток

Ориз. 4. Полеви линии на отделни участъци от спиралата

Ориз. 5. Аналогия между силови линии на спирала и атоми с орбитални електрони

Ориз. 6. Отделен фрагмент от спирала и атом със силови линии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: човечеството все още не е научило тайните на мистериозния феномен на електричеството.

Петър Тотов

Ключови думи:ПРИМОРДИАЛНА ФИЗИКА НА АЛЛАТРА, електрически ток, електричество, природа на електричеството, електрически заряд, електромагнитно поле, квантова механика, електрон.

Литература:

Новите. А., Езоосмос, К.: ЛОТОС, 2013. - 312 с. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

Доклад „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” от международна група учени от Международното социално движение „АЛЛАТРА”, изд. Анастасия Нових, 2015 г.;

В природата всички вещества са изградени от молекули. Молекулата от своя страна се състои от атоми, атомът е изграден от ядро, състоящо се от незаредени неутрони и положителни протони, около които се въртят електрони. Ядрото има положителен заряд, а електроните имат отрицателен заряд:

Атомът като цяло е електрически неутрален, но когато е изложен на въздействие (например при нагряване), той придобива допълнителна енергия, в резултат на което връзката между ядрото и най-отдалечения електрон се прекъсва. Този електрон напуска своята орбита и целият атом се превръща в положително зареден йон. Отделилият се електрон или започва хаотично движение (т.нар свободен електрон ), или се прикрепя към друг атом, превръщайки го в отрицателно зареден йон.

Ако свържете източник на ЕМП (например батерия) към краищата на проводника, тогава движението на свободните електрони в проводника ще стане подредено, т.е. електрическият ток ще тече през проводника. Подреденото движение на електрони се нарича електрически ток. Броят на свободните електрони характеризира способността на материала да провежда електрически ток. Броят на електроните, равен на 6,23 10 19, се счита за 1 кулон (C). При сила на тока 1A, за 1s през проводника преминава количество електричество, равно на 1C.

Всички вещества, в зависимост от тяхната електропроводимост, се делят на проводници, полупроводници и диелектрици.

Проводниците са разделени на 2 класа:

Клас 1 - метали и сплави

Клас 2 - водни разтвори на киселини, соли и основи.

Полупроводниците позволяват на тока да преминава само в една посока.

Диелектриците нямат свободни електрони, така че не провеждат електричество.

- Електрически потенциал(чете се " фи" ).

Ако има друг положителен заряд в електрическото поле на положителен заряд, тогава тези заряди са склонни да се отблъскват взаимно. В този случай се извършва определено количество работа ( У) поради комбинираното действие на полетата на двата заряда. Съотношението на тази енергия към количеството заряд ( р) се нарича електрически потенциал:

φ = У/р, тоест 1 B=

защото енергия на съвместното поле на зарядите Уотслабва, когато два заряда се отдалечат, тогава електрическият потенциал в различни точки на проводника ще бъде различен.

- Електрическо напрежение.

Електрическото напрежение е потенциалната разлика между две точки на проводник.Измерено във волтове (V), обозначено с U:

U = φ 1 – φ 2 = Е

-ЕМП.

Ако две противоположно заредени тела са свързани с проводник, тогава свободните електрони ще започнат да се движат в посока, т.е. електрически ток ще тече през проводника. Той ще тече, докато напрежението (потенциалната разлика) в краищата на проводника стане нула. За непрекъснатостта на процеса е необходимо постоянно да се поддържа потенциална разлика, т.е. към краищата на проводника трябва да бъде свързан източник на електрическа енергия - източник на ЕМП (електродвижеща сила), например генератор или батерия . Източник на електрическа енергия, свързан с консуматор чрез жици (проводници), образува затворена електрическа верига. В същото време в електротехниката е общоприето, че токът се движи от „ + " Да се ​​" - " Мерната единица е волт (V).

- Сила на тока.

Сила на тока ( аз) е количеството електричество, преминаващо през напречното сечение на проводник за 1 секунда.

аз = ,Където р- количество електроенергия (C), T- време (s).

Силата на тока се измерва в ампери ( А).

- Съпротива.

Когато свободните електрони се движат в проводник, те се сблъскват с атоми по пътя си, отдавайки част от енергията си. Тази енергия се превръща в топлина и загрява проводника. Всеки материал има свои собствени свойства на проводимост. Колкото по-лоша е проводимостта (т.е. колкото по-голямо е съпротивлението на движението на електроните), толкова по-голямо е нагряването на проводника. Медта и алуминият имат ниска устойчивост, докато нихромът и фехралът имат висока устойчивост. Следователно в електрическите вериги на подвижния състав на метрото се използват медни проводници, а за ограничаване на тока се използват фехрални резистори. Обозначение - R, мерна единица - Ohm.

- Видове електрически връзки.

Има 3 основни типа електрически връзки:

1. Серийна връзка.В този случай всички устройства и устройства са свързани в една непрекъсната верига, като лампи в гирлянда за коледно дърво. Ако поне една лампа в такъв гирлянд (със серийна връзка) изгори, целият гирлянд ще изгасне. В последователна верига силата на тока е еднаква във всички секции, общото съпротивление на цялата верига ще бъде равно на сумата от всички съпротивления: R общо =R 1 +R 2 +R 3, а общото напрежение ще бъде равно на сумата от напреженията във всяка секция на веригата: U общо =U1+U 2 +U 3 За да изчислите последователна верига, използвайте Закон на Ом за неразклонена верига:

аз = ,Където U- волтаж, Р- съпротива или Р =