В этой статье сделана удачная попытка проникнуть в тайну, которая открывает возможности дальнейшего понимания материи. Встает вопрос. А не слишком ли эта статья оптимистична!?
Хороший вопрос и своевременный. Чтобы ответить на него, надо, статью необходимо вдумчиво прочитать.
Суть статьи опирается на фундаментальные и работающие законы физики.
Их не грех перечислить. Планетарная модель атома Резерфорда, закон электромагнитной индукции Фарадея, закон Ампера, закон Кулона, закон Ома, закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона …. F = Gm1m2R2.
Все утверждения статьи отвечают и основываются на требованиях этих фундаментальных законов.
Главный вопрос. Как взаимодействуют атомы и молекулы, чтобы жидкости и твердые тела оставались в пределах своих?
Статья обязана ответить на все вопросы, связанные с изменением агрегатных состояний материалов.
Сделаем главное предположение о том, что состояние тел определяется взаимодействием (противодействием) гравитационных, электростатических, магнитных полей атомов и молекул.
Мы знаем, что все в мироздании основано на равновесии. Это позволяет утверждать, что в взаимодействии этих полей существует динамическое равновесие. В зависимости от внешних факторов, поля могут усиливаться или ослабевать, но равновесие между ними, будет соблюдено. Например, при ослаблениях гравитационного поля усилится электрическое, но их сумма будет равна нулю.
Чтобы понять суть процесса связей между атомами, обратимся к свойствам воды, которая почти несжимаема и расширяется, как при нагревании, так и при охлаждении (кристаллизации). Это самый удобный материал для исследования.
Предположим, что при понижении температуры активность электронов атомов снизится, их скорость на орбитах замедлится. Центробежная сила электронов, уменьшаться, протонам будет легче удерживать электроны на орбите. Если центробежные силы уменьшаться, то у протонов появится «излишек» энергии, который проявится через увеличение его заряда. Что возможно, только тогда, когда энергия протона больше, чем энергия электрона. Еп. >> Еэ.
По закону Кулона F = k* (q₁*q₂/r²)
Где: F – сила, q₁, g2 - заряды, r - расстояние между зарядами,
к -коэффициент.
Протоны ядра, получив дополнительные положительные заряды, преодолевая гравитационные силы, будут сильнее отталкиваться друг от друга, что повлечет увеличение размеров ядер молекулы воды (кислорода и водорода). Увеличение размеров ядер, приведет к сближению отрицательных электронных полей соседних молекул. Отрицательные поля электронов одной молекулы, станут отталкивать отрицательные поля другой молекулы, что приведет к увеличению расстояний между центрами ядер атомов. При дальнейшем падении температуры, ядра будут удаляться друг от друга и формировать узлы кристаллической решетки. Увеличение размеров ядер молекулы воды и формирование решетки, приведет к увеличению объема льда и, как следствие, уменьшит его плотность.
Это можно образно представить, как соприкасающиеся шары, которые, в результате одновременного надувания в них воздуха, начинают увеличивать объем. Все шары придут в движение и станут взаимодействовать между собой.
Но возникают противоречие. Если в результате кристаллизации воды произойдет увеличение объема, то и расстояния между ядрами увеличится, что по закону Ньютона F = Gm1m2R2. приведет к ослаблению гравитационных связей между ядрами, и как следствие увеличатся расстояния между молекулами. Это может привести к разрушению льда? Но лед не разрушается и не превращается в воду по простой причине. Все дело в том, что коэффициент расширения льда, при понижении температуры равен -1,1. Стало быть, расстояния между центрами ядер растёт, но за счет этого, гравитационные силы ослабляются незначительно и способны удерживать лед в твердом и не разрушенном состоянии.
Получается так, что межатомные и межмолекулярные силы определяют агрегатное состояние тела. Попробуем эти принципы взаимодействий молекул и атомов перенести в сферу твердых тел. Одновременно, заметим, что эти принципы должны быть применимы к свойствам твердых тел. Например, разрушение, расширение тел от температуры, плавление, сжатие, ковкость.
1. Обратимся к общеизвестному случаю, когда стеклянная емкость при комнатной температурой помещается в кипящую воду. Известно, что такая емкость лопнет. Что происходит с ее структурой. Предполагаю, что силы гравитации и электрических полей тепла, в обычных условиях, уравновешены. При резком действии высокой температуры происходит резкий скачок скорости вращения электронов, что повлечет за собой увеличение расходов энергии протонов. Ядра атомов уменьшат свои размеры, что в свою очередь увеличит расстояние между ними, и чем ослабит гравитационные силы атомов. Гравитационное поле ослаблено, а электрическое поле отталкивается от поля соседнего атома (молекулы). Происходит разрушение.
Надо заметить, что разрушение стеклянного сосуда произойдёт на границе разности температур.
Этот случай целиком и полностью подчинен предыдущему описанию.
2. Расширение объема и линейное расширение.
При линейном и объемном расширении, принцип взаимодействия гравитационных и электрических полей такой же, что описан выше.
При нагреве активность электронов растет, электрические поля стараются оттолкнуть соседа, расстояния между ядрами растет, чем ослабляются гравитационные поля. При дальнейшем повышении температуры, гравитация частично или полностью теряет контроль над ядрами. Тела меняют свои размеры.
При остывании, электроны снижают свою активность, протон получают возможность притянуть их, чем сразу пользуется гравитация. Расстояние между ядрами уменьшатся. За счет этого сокращается межатомное пространство, тело уменьшает размеры.
3. Плавление металлов.
Чтобы расплавить металл, необходимо сообщить ему тепловую энергию. Если температура его будет повышаться, то при определённом ее значении тело начнет менять форму. Что происходит в его структуре? Как описано выше, активность электрона будет возрастать. Протоны вынуждены все больше затрачивать энергии на удержание электронов. На их укрощение от протона требуется все больше сил. В силу отталкивания электронных оболочек соседних атомов, расстояние между ядрами растет. При температуре плавления, эти расстояния уже не позволяют гравитации удерживать тело в твердом состоянии.
4. Ковкость.
При изготовлении оружия, еще в древности применили закаливание. Резкое охлаждение металла приводило к тому, что металл резко уменьшал свои размеры. Взаимодействие протонов между собой и с электронами при закаливании происходит по тем же принципам, которые описаны выше. Происходит уплотнение структуры, то есть уменьшается расстояние между ядрами металла. Гравитация после закалки, стала преобладать над электрическими полями, что приводило к тому, что оружие становилось более устойчивым к ударам, но хрупким. Электрические поля молекул стали работать на разрушение.
Чтобы избежать этого, применили ковкость метала. Искусственным путем, через ковку, сближают атомы, и соответственно сближают ядра атомов, чем увеличивают гравитационные их силы. Ковке подвергалась только режущая часть клинка. Преобладание гравитации было только в месте ковки, то есть ударной и режущей части клинка. Оружие приобретало твердость и становилось устойчивым к разрушению, упругим.
Лирическое отупение от Лермонтова.
Отделкой золотой блистает мой кинжал;
Клинок надежный, без порока;
Булат его хранит таинственный закал —
Наследье бранного востока.
5. Атомы веществ в электромагнитном поле.
Известно, что через проводник подключенный к источнику тока, проходит электрический ток.
Справка. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Эти частицы мы называем электронами. Что же может происходить в проводнике, когда он подключен к источнику электропитания? Предположительно, в нем образуется электрическое поле, которое заставляет электроны покидать внешние оболочки атомов проводника. Как это происходит? Эта тайна находится очень глубоко, НО предположить можно.
Итак, электрическое поле. Под действием каких сил оно возникает и исчезает? Какова его функция? Как указано выше, электрическое поле в проводнике возникает в следствии подключении к его концам разности потенциалов. (напряжения).
Вспомним школьную физику, в частности, «правило правой руки».
«Если ладонь правой руки расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а пальцы показывали направление тока, то на проводник будет действовать сила Ампера, под действием которой он будет двигаться в направлении большого пальца.
Сила Ампера равна нулю, если проводник с током движется вдоль линий магнитной индукции, и максимальна, если проводник перпендикулярен этим линиям».
Если в проводнике течет электрический ток, то на концах его возникает разность потенциалов. В противном случае, электрически ток не состоялся бы.
Оказывается, что получить разность потенциалов на концах проводника можно разными способами, то есть, непосредственное подключение его источнику тока, или через воздействие на него магнитного поля. На основании вышеизложенного можно утверждать, что под действием магнитного поля в проводнике, согласно правилу правой руки создается положительное электрическое поле, которое, через извлечение электронов из орбит атомов создает поток электронов.
Это еще одно подтверждение того, что электрическое поле связано с магнитным, более того, эти поля могут переходить из одной субстанции в другую. Магнитное поле в электрическое и наоборот.
Демонстрацией этого может служить трансформатор, который имеет две обмотки. Рисунок 1. Подключив ПЕРЕМЕННОЕ напряжение U1 на концы первичной (А-Х) обмотки, мы получаем переменное напряжение на концах вторичной (а-х) обмотки. Какой процесс при этом проходит? Напряжение на первичной обмотке создаёт в ней электрическое поле, которое создает поток j 1 заряженных частиц (электронов). Этот поток создает магнитное поле, вокруг себя и в сердечнике. Сердечник трансформатора намагничивается, создается магнитный поток Ф, магнитные силовые линии, которого создают электрическое поле во вторичной обмотке, и как следствие, в ней течет электрический ток j 2. Надо заметить, что электрический ток во вторичной обмотке потечет при наличии нагрузки Zн.
Рис.1
Если учесть, что электроны движутся, то придется признать, что электрическое поле подвижно, то есть, оно движется от клеммы (+), к клемме (-). Что заставляет двигаться электрическое поле по проводнику?
Вопрос риторический, прямого ответа дать нельзя, НО кто сказал, что предполагать в логическом режиме нельзя!?
Чтобы включить логику, надо искать аналоги. Такой аналог есть! Это всем известный аккумулятор. Рисунок – 2. Что же общего у проводника и аккумулятора? По проводнику, как и по аккумулятору течет ток. Рассмотрим работу аккумулятора. В нем проходит химическая реакция, с помощью которой аккумулятор может быть источником энергии.
PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
Рис. 2.
Во время зарядки и разрядки ионы несут заряды. Водород положительный, сульфат SO2 4, отрицательный. Что же это такое? Ответ может быть только один. Эти частицы обладают полями.
Нарисуем полную электрическую схему. Рисунок 3.
На схеме изображен аккумулятор. Известно, что в результате ионизации, на его клеммах возникает напряжение. Оно обозначено, как (+ ) и (—).
К этим клеммам подключен проводник. Так же известно, что через подкаченный проводник потечет электрический ток. Что происходит в проводнике?
По существующему пониманию, электрический ток – это направленный поток заряженных частиц. В данном случае, это отрицательно заряженный частицы. Откуда они берутся? На рисунке 3, схематично изображен предполагаемый процесс возникновения электрического тока.
С помощью рисунка поясним условия возникновения электрического тока и протекания его в проводнике.
На рисунке изображен продольный срез проводника электрического тока, который схематично поясняет, каким образом в проводнике возникает ток.
После подключения этого проводника к источнику напряжения (аккумулятору), в нем потечет электрический ток. На рисунке электрический ток обозначен фиолетовыми стрелками. Чем он обусловлен?
Прежде чем в проводнике потечет ток, в нем возникает положительное электрическое поле, созданное напряжением, (разностью потенциалов). На рисунке это поле выделено красным цветом. Электрическое поле извлекает электроны их атомов. На рисунке электроны обозначены звездочками.
Созданное аккумулятором электрическое поле достаточно сильное, чтобы преодолеть сумму сил гравитационного и электростатического притяжения протоном. Электроны, подчиняясь более сильному положительному полю аккумулятора, покидают орбиту, чем образуют поток заряженных частиц, то есть, электрический ток. Чем больше разность потенциалов на клеммах аккумулятора, тем больше ток.
На рисунке электроны обозначены звездочками.
Начала стрелок, обозначают места на орбитах атомов, где до включения находились электроны. Атом, потеряв электрон, превращается в положительный ион, который старается вернуть электрон на орбиту, но положительное поле, созданное аккумулятором, не позволяет это сделать. Борьба за электрон между двумя полями создает сопротивление проводника. Эта борьба нагревает проводник. Чем больше разность потенциалов на концах проводника, тем больше извлекается электронов из орбит, тем больше протонов пытается вернуть свои электроны. При этом, проводник больше нагревается. Если напряжение будет все больше расти, в проводнике выделится энергия, которая его расплавит!!!
Такие утверждения, должно соответствовать закону Ома для участка цепи.
Выделю два утверждения.
1. Чем больше разность потенциалов на клеммах аккумулятора, тем больше ток.
2. Чем больше напряжение, тем больше электронов покидает орбиты атомов, тем больше их сопротивление.
Чтобы проверить запишем формулу этого закона.
I = U / R
Где: I – ток в цепи;
U – напряжение на клеммах аккумулятора;
R – сопротивление проводника.
Необходимо подчеркнуть, что существует треугольник сопротивлений, который подразумевает столкновения электрона с узлами кристаллической решетки и электрона, а также сопротивление извлечения электрона из атомов.
Z = R + (XL + Xc)
То есть, существует полное сопротивление - Z, которое состоит из
активного R и реактивного сопротивлений (XL + Xc).
Извлеченные электроны уже имеют скорость, равную скорости орбитальной. Направление движения электронов задает разность потенциалов (напряжение аккумулятора).
Вышеупомянутые пункты дают возможность утверждать, что свойства тел и их агрегатные состояния в основном зависят от температуры, взаимодействия гравитационных, электрических и магнитных полей.
Закон утверждает, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению в этой цепи и обратно пропорционален сопротивлению.
Наше утверждение 2 явно противоречит закону Ома для участка цепи.
Но так ли это? Для ответа на этот вопрос, протестируем закон Ома. Из практики известно, что сопротивление проводника зависит еще и от его температуры. В нагретом проводнике сопротивление больше. Приведем справочные данные. Рисунок – 4.
Рис. 4.
Оказывается, что закон Ома не учитывает то, что с учетом изменения температуры сопротивление тоже меняется. Закон Ома справедлив только для устоявшихся режимов работы.
Вернемся к двум выделенным утверждениям и проследим процесс извлечения электронов. Процесс извлечения электронов, в момент подключения напряжения начался. Сила электрического поля минимальна, сопротивление положительных ионов минимально.
По мере нарастания напряжения, будет расти количество извлекаемых электронов, что вызывает увеличение сопротивления проводника. После завершения процесса включения и стабилизации процесса возникновения электрического тока, закон Ома справедлив. Самый наглядный пример – это электрическая лампочка. Она загорается не мгновенно, но через короткий промежуток времени, горит с одной яркостью. Если замерить сопротивления горячей и холодной лампочки, то ее сопротивление в горячем состоянии, будет больше.
Вывод. Представленный процесс возникновения электрического тока в проводнике, никак не противоречит закону Ома, а в устоявшихся режимах, полностью ему соответствует.
Зададим науке вопрос. Что такое свободный электрон и каковы его свойства?
Как водится, интернет знает все. Читаем:
«Электроны проводимости (также называемые свободными электронами) — это электроны, которые потеряли связь с конкретным атомом и свободно перемещаются по всему объёму проводника.
В отсутствие внешнего электрического поля они беспорядочно движутся подобно молекулам газа, но гораздо быстрее. При комнатной температуре характерная скорость теплового движения электронов составляет около 100 км/с.»
Итак, уяснили, что свободным электроном принято считать, такой электрон, который потерял связь со своим атомом и хаотично движется подобно молекулам с скоростью 100км/сек. Формулировка более чем странная, особенно в том, что молекула куда-то движется, а электрон мчится с конкретной скоростью. Взглянем на картинку с формулы меди и железа. Рисунок – 5.
На снимках схемы формул меди и железа.
Можно вечно смотреть на снимки, НО свободных электронов на них НЕТ. Все электроны имеют связь с протонами, на этих снимках и в таблице Менделеева Д.И. нет свободных электронов. Димитрий Иванович, о них тоже ничего н говорил!
Какой же вывод? Свободные электроны существуют только в научных трудах, они виртуальны и служат только для того, чтобы заткнуть дыру в знаниях по физике.
Но все же, представим себе, что проводник имел на время подключения ограниченное количество «свободных» электронов, то при определенном напряжении ток перестал бы расти. Это обусловлено конечным количеством свободных электронов. Закон Ома перестал бы работать.
6. Электрический ток в диэлектриках.
Зададимся вопросами. Протекает ли ток в диэлектриках?
В мироздании нет ничего идеального. В противном случае, его бы не существовало, так как отсутствие идеальности позволяет процессам взаимодействие. Основную роль прохождения эл. тока в диэлектриках играют примеси. Если добавить в дистиллированную воду соли, то ее сопротивление уменьшится в десятки раз.
Что такое диэлектрик? Как трактует нынешняя наука, это материал не проводящий электрический ток. Объясняется это тем, что в таких материалах (эбонит, фарфор, резина, стекло и др.), некоторые жидкости (дистиллированная вода, керосин и др.) и некоторые газы (водород, азот и др.) отсутствием или малым количеством свободных электронов.
Прикольно читать, что в некоторых газах (водород, азот и др.) могут присутствовать свободные электроны. Как это ученые себе представляют? Электроны мечутся между атомами газа?))))
В этой статье, достаточно категорично заявлено, что свободных электронов нет и быть не может, но выше указанные материалы имеют те же протоны и электроны. Мало того, из школьных опытов знаем, что эбонит и стекло сохраняют и распространяют электрическое поле. То есть, в этих материалах созданы условия возникновения и прохождения электрического тока, но он не течет. Тогда правы те, кто утверждает, что есть свободные электроны? Как разрешить противоречие.
Есть такая замечательная формула, которая описывает сопротивление проводника.
R = p l/s
Где: R - сопротивление проводника;
p – удельное сопротивление, которые учитывает материал проводника;
l – длина проводника;
s – сечение проводника.
Формула учитывает и объем и материал. Это ничто иное, как плотность материала. Мы пытаемся понять, почему диэлектрик не пропускает электрический ток? Для этого сравним плотности проводящих материалов и диэлектриков.
Проводники
Серебро - 10,5 г/см^3. Фарфор - 2,3 г/см^3. Медь - 8,9 г/см^3.
Изоляторы
Стекло - 2,6 г/см^3. Железо - 7,8 г/см^3. Лед - 0,9 г/см^3.
По данным таблицы видим, что плотность проводников в разы больше плотности диэлектриков. Возможно, именно структура атомов и расположение их делит все материалы на проводники и изоляторы. Здесь непочатый край для исследований.
7. Атом и сверхпроводимость.
Что произойдет, если электрон упадет на протон?
Согласно мнению ученых, любое сближение электрона и протона имеет всего три исхода: самый вероятный – это рассеяние, второй – это образование атома водорода и третий – образование нейтрона.
Все три варианта предусматривают гибель электрона, но мы имеем сверхпроводимость при температуре близкой к абсолютному нулю.
Что произойдет, если учесть, что электрический ток - это поток электронов, извлеченных из атомов?
Далее размышления дилетанта. Проведем умозрительный эксперимент. Поместим в зону пониженной температуры проводник подключим его к источнику напряжения. В проводнике, согласно версии этой статьи, потечет поток извлеченных электронов. Станем понижать температуру. Скорость электронов в проводнике уменьшится, что позволит им приблизится к протону. Гравитационное и электростатическое притяжение между частицами усилиться. В какой-то момент, электроны перестанут покидать атомы. К температуре, близкой к абсолютному нулю, произойдет столкновение протона с электроном. Как утверждают ученые событие потечет по трем версиям. Наберусь смелости и предложу версию дилетанта. При температуре, близкой к нулю, энергия удерживания электрона будет полностью принадлежать протону. Протоны будут с максимальной силой отталкиваться друг от друга. Электронная оболочка потеряет центробежную силу, включится притяжение разноименных полей. При абсолютном нуле, ядро может быть разорванным протонами. Произойдет ядерный взрыв. Невозможность достижения абсолютного нуля, предохраняет нас от извлечения энергии абсолютно из любого материала. Простите, за этот бред, НО….
Вернемся к сверхпроводимости. Электроны проводника больше не могут формировать электрический ток, но ток есть. В чем же дело? Как представляется, ток возникает не в проводнике, который находится в зоне охлаждения, а в подводящих проводах, источнике напряжения, находящихся в обычных условиях. В них, в штатном порядке формируется ток, который не встречая сопротивления, летит по застывшему проводнику.
8. Электрон в постоянном электрическом поле.
В предыдущих размышлениях упорно внедрялись мысли, что свободных электронов не существует. При подключении к проводнику напряжения (разности потенциалов) в нём потечет электрический ток, исключительно вырванных из орбит атомов.
Зададимся вопросом. Всегда ли это выполняется?
Рассмотрим простую схему, состоящую из трех элементов. Это конденсатор, проводники и аккумулятор.
Очевидно, что конденсатор С постоянный ток не пропускает, но в тоже время фиксируется прохождение тока, который называется зарядным. Получается так, что цепь разорвана, а ток, хоть и кратковременный, но течет. После зарядки конденсатора на нем появляется потенциал, причем, он сохраняется даже после отключения питания. С помощью измерительного прибора выясняем, что напряжение на заряженном конденсаторе, практически равно напряжению зарядного устройства. Выясняется, что напряжение на конденсаторе обусловлено наличием электрического поля с положительным (+) и отрицательным знаком (—). Что же произошло с конденсатором после зарядки? Не надо быть гением, чтобы понять, что на одной обкладке избыток электронов, на другой недостаток. На обкладке со знаком (+) остались протоны, которые потеряли электроны. На обкладке со знаком (—) избыток электронов. Но такого быть не может. На орбитах металла обкладок не может быть больше электронов чем это определено природой. Например, если это медь, то у нее 29 электронов и больше не поместится. Тогда, как разместились на обкладке избыточные электроны? Есть ли основание назвать их свободными и какими они свойствами стали обладать?
Сложный вопрос, НО по моему глубокому убеждению, в Мироздании действуют единые законы, причем, как в микромире, так и в макромире. Коль скоро это так, поищем аналоги.
Справка: «Динамическое равновесие»
Если сосуд, в котором находится жидкость или газ, закупорен, то в таком случае его содержимое может находиться в динамическом равновесии, т.е. скорость процессов конденсации и испарения будет одинаковой (из жидкости будет испаряться столько молекул, сколько возвращается обратно из пара). Такая система получила название двухфазной.
Может ли нечто подобное происходить на отрицательной обкладке?
Возвращаемся к тому, что электрическое поле извлекает электроны из орбит атомов. Если предположить, что электрическое поле, которое существует в конденсаторе извлекает из орбит атома меди некую часть электронов, то избыточные электроны тут же заполняют эти дыры. Своеобразная дырочная проводимость. Получается та же двухфазная система испарения и конденсации. То есть, сколько электронов покинет орбиту атома, столько же дырок будет замещено избыточными электронами. Такое понимание вопроса исключает наличие свободных электронов и подтверждает, мысль о результативном взаимодействии поля и электрона.
Как же быть с утверждением того, что для протекания электрического тока, цель должна быть замкнута. Это так же в полной мере выполняется. Во время зарядки и после нее течет ток. Между клеммами конденсатора, через воздух, его влагу, его примеси будет проходить, хотя и очень слабый, но ток. Какая бы не была совершенная изоляция между обкладками, но и она будет пропускать слабый ток. Ток называется разрядным. Это подтверждается тем, что конденсатор сохраняет заряд длительное время, но не вечно. Он со временем растратит заряд, а электроны вернутся к своим протонам, на свою родную положительную обкладку.
Вывод. Работа конденсатора в полной мере подтверждает положение происхождения электрического тока и его свойства соответствуют такому процессу.
Вывод. Могут быть сомнения в том, что электрический ток - это поток извлечённых электронов, но более логичной и правдоподобной версии, изложенной в этой статье, пока не существует.
Электрический ток – это поток элеронов, извлеченных из орбит атомов.
Эта версия укладывается в канву существующих законов физики и не противоречит им.
Ростов-на-Дону 15.05.2024
Александр Золотов
