Серия: МОИ ОТКРЫТИЯ Статья № 3
Введение
Эта статья посвящена открытию неизвестного ранее явления, заключающегося в возникновении волнового сопротивления для элементарных заряженных частиц, движущихся в физическом вакууме. Величина волнового сопротивления движущейся заряженной частицы в физическом вакууме прямо пропорциональна величине ее заряда и скорости ее движения.непосредственно не приводит к потере энергии в вакууме (как в случае с активным сопротивлением), тем не менее, в других аспектах оно играет важную роль. Например, решение проблем согласования нагрузки между генератором высокочастотных колебаний и линией передачи ВЧ-энергии. В частности, наши телевизоры согласуются с кабелями на волновое сопротивление 75 Ом (в большинстве случаев).
Знание волнового сопротивления ускоренных частиц открывает широкие возможности для управления пучками частиц, для увеличения отбора энергии из пучка частиц, или введения энергии в пучок ускоренных частиц и т.д.
Формула вычисления волнового сопротивления вакуума для движущихся заряженных частиц
Сделаем вывод искомой формулы. Закон Ома справедлив и для волновых сопротивлений. Для нашей задачи годится его самая простейшая форма:
Где: R - электросопротивление, Ом; U - напряжение (электродвижущая сила), В; I - электрический ток, А.
Напряжение U можно выразить через магнитный поток Ф согласно закону электромагнитной индукции:
Здесь ΔФ = Фк - Фн -изменение магнитного потока за промежуток времени Δt; Фн - начальное значение магнитного потока; Фк - конечное значение магнитного потока
Величина электрического тока I в случае движения отдельных элементарных частиц (для наблюдателя это мгновенный ток) может быть вычислена по формуле:
Где: Ze - заряд элементарной частицы.
Далее, подставим в уравнение (1) параметры из формул (2) и (3), в итоге этого преобразования получим для волнового сопротивления движущейся частицы в вакууме следующее выражение:
Перепишем уравнение (4) в более удобной форме:
Здесь было проведено упрощение ΔФ = Фк - Фн = Ф - 0 = Ф. На том основании, что магнитный поток частицы может изменяться от нуля до максимального значения Ф, определяемого скоростью частицы. А что касается параметра Δ (𝑍𝑒), так как заряд элементарной частицы не меняется, то можно провести замену Δ (𝑍𝑒) = Ze.
Запишем выражение для магнитного потока Ф (о магнитном потоке Ф подробно говорилось в статье №1):
Если теперь подставим в уравнение (5) выражение для магнитного потока (6), в результате получим конечное выражение для волнового сопротивления, которое испытывает элементарная одиночная частица, движущаяся в физическом вакууме со скоростью V:
Где: е - элементарный заряд; Мю ноль - магнитная постоянная вакуума; V- скорость элементарной частицы; Индекс "V" для волнового сопротивления "R" указывает, что мы имеем дело с волновым сопротивлением одиночной элементарной частицы.
О волновом сопротивлении
Особенностью волнового сопротивления элементарной частицы является его зависимость от скорости движения V частицы. С ростом скорости частицы линейно возрастает волновое сопротивление физического вакуума. Укажем также, формула (7) для вычисления волнового сопротивления относится строго только к частицам, движущимся прямолинейно. Для движения частиц, например, по круговым орбитам формула для волнового сопротивления значительно отличается от выражения (7).
Новый квант электросопротивления
Когда скорость частицы достигнет скорости света (V = c), волновое сопротивление этой частицы испытывает квантовый переход . Величина кванта волнового сопротивления Rc определяется формулой:
Расчетная величина кванта волнового сопротивления равна:
Укажем, при изменении скорости движущейся прямолинейно частицы в пределах V = 0 ... с (с - скорость света), волновое сопротивление этой частицы изменяется в диапазоне Rv = 0 ... 94,18... Ом.
Известный квант электросопротивления Клитцинга
Следует отметить, впервые явление квантования электросопротивления обнаружил немецкий физик Клаус фон Клитцинг в 1980 году. Квант электросопротивления (точнее, холловского сопротивления) Rк имеет в обозначении индекс "к" в честь автора (Клитцинга). Квант холловского сопротивления так и называют "Один клитцинг", его формула:
Где: h - постоянная Планка, Дж с; е - элементарный заряд, Кл.
Численное значение кванта электрического (холловского) сопротивления равно 25 812,807 45... Ом.
Известное волновое сопротивление вакуума
Хорошо известное волновое сопротивление Z физического вакуума (свободного пространства) для электромагнитного излучения вычисляется по формуле:
Примечание
Так как я, по существующей традиции, обозначаю буквой "Z" зарядовое число (число элементарных зарядов "е" у движущей частицы), то обязан предупредить читателя о том, что в формуле (11) и в тексте после нее буквой "Z" обозначено волновое сопротивление вакуума. В этом частном случае одна традиция наложилась на другую, пришлось уступить. С тем и продолжим обсуждение.
Связь между квантами электросопротивления
Сравнение формул (8) и (11) показывает, что новый квант электросопротивления Rc равен строго одной четвертой величины волнового сопротивления вакуума Z (Z = 4 Rc).
Обратим внимание, новый квант Rc , формула (8) и волновое сопротивление Z представляют "интересы" в среде физического вакуума совершенно разных объектов.
Если новый квант Rc электросопротивления связан с движущимися частицами в вакууме, то волновое сопротивление "Z" сопровождает электромагнитные волны (излучение) в том же вакууме. Подчеркнем, общим для параметров новый квант Rc и Z является вакуумная среда (свободное пространство). Однако, связь между ними строгая (Z = 4 Rc). Отчего данное обстоятельство удивляет и озадачивает. По какой такой причине указанная связь возможна?
Рассмотрим далее связь между новым квантом Rc и квантом электросопротивления Клитцинга Rк:
Кто читал мою предыдущую статью (статью № 2) при виде уравнения (12) наверное, "вздрогнул". И правильно сделал! Откуда ей взяться, этой чудовищно таинственной константе альфа (константа тонкой структуры) в уравнении (12)?
Судите сами! Согласно "внешним данным" между квантами электросопротивления Rc и Rк найти что-то объединяющее вообще невозможно. Квант Rc является результатом взаимодействия движущейся элементарной частицы и вакуума.
"Внешние данные" для кванта электросопротивления Клитцинга относятся совершенно к другой области. Первое, квантование холловского сопротивления происходит не в вакуумной среде, а в полупроводниковом материале с двумерным слоем носителей заряда (например, электронов). Второе, квантование происходит в сильном внешнем магнитном поле. Третье и самое удивительное, квантуется холловское сопротивление, которое, между нами говоря, является условно формальным.
Призрачное сопротивление
Физики условились считать холловским сопротивлением отношение холловского напряжения к электрическому току через проводник. Холловское напряжение создается совместными действиями внешнего магнитного поля и электрическим током от внешнего источника напряжения. Другими словами, реально холловского сопротивления не существует. Потому что холловское напряжение не относится к внешнему источнику напряжения, создающему ток в проводнике.
Сам факт связи условного холловского кванта Клитцинга с реальным квантом Rк, формула (12), да еще с участием таинственной константы альфа удивителен сверх меры
Аспирантам на заметку
Строгая связь обнаруженного мною кванта волнового сопротивления Rc с волновым сопротивлением Z (Z = 4Rc ), а так же связь с квантом холловского сопротивления Rк, формула (12) указывает на реальность существование кванта Rc, формула (8). Учитывая его важную роль в процессах передач - отбора электромагнитной энергии от ускоренных пучков элементарных частиц, квант .Rc следует обнаружить экспериментально. Это прекрасная, международного значения тема для диссертационной работа аспирантов.
Еще более амбиционной темой исследований является следующая. По моим оценкам, нейтрон имеет волновое сопротивление величиной в один квант Rc (94,18 Ом). Даже простейшие эксперименты по облучению электромагнитным излучением ( с круговой поляризации) нейтронов способны подтвердить величину их сопротивления (94 Ом), или обнаружить отклик нейтронов. Почему это важно? Это очень простой и недорогой способ зондирования нейтронов в ядрах атомов.
Продолжение следует ...
