Для этого я вынужден перейти на язык практической радиотехники и как можно короче познакомить Вас буквально с азбукой этой науки.
Рассмотрим известный каждому школьнику схемотехнический символ обыкновенного колебательного контура, состоящего из конденсатора (ёмкости) и индуктивности (катушки провода).
N
i (ток) S
Каждому, кто учился в школе, известно, что при протекании электрического тока через проволочную катушку вокруг неё образуется так называемое магнитное поле, силовые линии которого образуют торообразную объёмную пространственную фигуру, похожую на спасательный круг, или баранку. Стр е лки на рисунке указывают направление движения (вращения) магнитного поля*.
* Магнитное поле обладает ярко выраженным материальным эффектом действия. Эффект, к примеру, проявится, когда Вы начнёте сближать одноимённые полюса двух сильных магнитов. Между концами магнита не будет ничего видимого, но будет осязаемая сила сопротивления, препятствующая сближению полюсов. Чем «сильнее» магнит, тем труднее сблизить одноимённые полюса.
Если мы начнём воздействовать магнитом на железный порошок, то частицы этого порошка выстроятся по так называемым силовым линиям. Картина расположения крупинок железного порошка нарисует нам зримую форму магнитного поля.
В любом справочнике можно прочитать следующее.
«Магнитное поле представляет собой форму материи, передающую действие от одних тел к другим. Количественной характеристикой магнитного поля является напряжённость магнитного поля.
Магнитное поле - одна из форм электромагнитного поля. Оно создаётся движущимися электрическими зарядами и сп и новыми** магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.).
|
|
** Спин - собственный момент количества движения частицы, подобный тому, которым обладает вращающийся волчок. Кроме того, каждая частица обладает ещё орбитальным моментом количества движения, похожим на момент количества движения гири, вращающейся на веревке, другими словами - пращи. В то же время микрочастица не может иметь любое значение момента количества движения, а вообще склонна иметь одно значение и лишь несколько ориентаций в пространстве. Спин - столь же важная внутренняя характеристика частицы, как масса, заряд, время жизни.
Что из себя представляет магнитное поле как материя - наука умалчивает.
Она описывает, чем магнитное поле порождается, как взаимодействует с электрическим полем, но о том, какой материальный носитель находится в так называемом магнитномпотоке, не говорится ни слова - тайна сия велика есть.
ЧТО течёт, ЧТО изменяется, читателю непонятно.
Но очевидно, что движущиеся по проводнику (по катушке) «электрически заряженные частицы» (электроны) своим силовым воздействием приводят в движение упругую и текучую материю «особого рода», которая пребывает в окружающем пространстве и заполняет все его пустоты.
Даже не зная природы магнитного поля, можно сказать, и это тоже очевидно, что мы имеем дело с материальным носителем магнетизма - веществом, обладающим упругостью и текучестью в микромире.
Давайте сейчас разберемся: почему вокруг проволочной катушки (спирали) во время протекания через неё электрического тока образуется тороидальный магнитный поток?
|
|
Почему проволочная катушка колебательного контура, если в данном случае мы имеем дело с электромагнитным полем, не излучает в пространство электромагнитные волны?
Рассмотрим пример из акустики на эту же тему, памятуя о том, что воздух как среда распространения звуков также обладает объёмной упругостью и текучестью. В акустике тоже известны условия, при которых колеблющийся диффузор громкоговорителя не излучает в пространство звуковые волны.
Диффузор головки громкоговорителя совершает колебания: двигаясь, он сжимает воздух перед собой и разреживает его позади себя. При этом звуковые волны от передней и задней сторон диффузора различаются по фазе на 180 градусов, что соответствует половине длины излучаемой волны. Если в ту или иную точку пространства придут волны: прямая от передней и обратная от задней сторон диффузора, то взаимодействуя, они почти или полностью уничтожаются и звук не будет слышен.
При этом вместо того, чтобы возбуждать звуковые волны в окружающем пространстве, диффузор будет «перегонять» воздух с одной стороны на другую [создавая торообразный воздушный поток. А.Б.].
Этот эффект называют акустическим коротким замыканием.
Он проявляется только на частотах, при которых размеры диффузора малы по сравнению с длинами волн.
(«Справочник радиолюбителя», Киев, «Наукова Думка», 1981).
Специалисты объясняют, что колеблющийся диффузор громкоговорителя не может создавать в окружающем пространстве звуковые волны, если размеры диффузора намного меньше длины волны, соответствующей частоте его колебаний.
|
|
Это происходит потому, что воздух в силу присущей ему текучести успевает перетекать по короткому пути с передней стороны диффузора на заднюю, из области давления в область разрежения. Способствует этому перетеканию упругое сопротивление среды.
Такой процесс перетекания воздуха назван акустическим коротким замыканием.
В данном случае, в силу того, что путь перемещения частиц среды в контактной зоне диффузора много короче длины акустической волны, соответствующей частоте его колебаний, сопротивление трения частиц воздуха между собой и материалом диффузора значительно меньше, чем упругое сопротивление воздушного пространства распространению (переносу) импульса.
Как известно, в Природе всё течёт по пути наименьшего сопротивления силовому полю. Движение происходит от более высокого градиента поля к более низкому, так как на таком пути тратится наименьшее количество энергии. Кстати, реки и ручьи тоже текут по пути наименьшего сопротивления*...силе земного притяжения, а разность градиентов поля тяготения Земли прекрасно иллюстрирует водопад.
Это же условие соблюдается и при протекании электрического тока по двум резисторам (сопротивлениям), подключенным к одному и тому же источнику тока. Если величина одного сопротивления меньше величины другого, то и сила тока в каждом из них разная. Чем сопротивление меньше, тем ток больше. Если сопротивления равны, то в этом случае сила тока в каждом из них одинакова.
Очевидно, что и в случае с акустическим преобразователем можно представить ситуацию, когда сопротивление трения частиц воздуха между собой и материалом диффузора, с одной стороны, и упругое сопротивление воздушного пространства распространению (переносу) импульса, с другой стороны, станут равны. В этом случае энергия, подводимая к излучателю, будет расходоваться как на перенос импульса, так и на неизбежное трение воздуха в контактной зоне диффузора в равных долях: КПД динамика достигнет 50%. Но это в теории, а на практике КПД любого широкополосного громкоговорителя значительно меньше приведенного значения. Объясняется это тем, что не удаётся избежать акустического короткого замыкания при конструктивно целесообразных размерах излучателя. В результате на создание полезного эффекта, каковым является образование звуковых волн, тратится не более 15% подводимой мощности. Остальная энергия тратиться на бесполезное трение воздуха.
* Народ с присущей ему способностью глубочайшего проникновения в суть вещей с помощью слова резюмировал это так: «Умный в гору не пойдёт, умный гору обойдёт».
А умнее Природы ничего и никого нет!
Здесь напрашивается буквально лежащий на поверхности вопрос: «Что же перетекает вокруг катушки контура, если вокруг диффузора перетекает воздух?».
Если воздух - это среда, в которой распространяются звуковые волны, то ответ на вопрос тоже лежит на поверхности: перетекает вокруг катушки среда, в которой распространяются так называемые электромагнитные волны.
Заметьте! Не волна перетекает, а среда. Среда может быть только материальной, ибо ей присуща совершенно определённая скорость распространения упругих волн. В воздухе это 330 м\сек, а в нашей среде - 300000 км\сек. Скорость продольных волн в упругой среде определяется элементарно просто: она прямо пропорциональна упругости среды и обратно пропорциональна её плотности.
Могу даже подсказать: упругость «магнитопроницаемой среды» - электромагнитного поля - соразмерна с внутренним давлением (упругостью) вещества в пространстве атомных ядер.
Попробуйте при атмосферном давлении надуть футбольный мяч до тысячи атмосфер и Вы сразу поймёте всё! У вас просто лопнет мяч. Произойдёт это примерно при десяти атмосферах. Но надуть его до тысячи атмосфер всё-таки можно... если атмосферное давление будет не 1 килограмм на квадратный сантиметр, а, к примеру, 995!
Но можно ли надуть мяч пустотой?
Если такое «надувательство» мяча невозможно, то кто же и чем «надувает» простых смертных, популярно рассказывая о достижениях физических наук?
А теперь вопрос, как говорится, «на засыпку»: если электромагнитная волна распространяется в пустоте (вакууме), а пустота, по классическому учению, это «свободное пространство, в котором ничего нет», то какими уравнениями прикажете описывать перетекание пустоты в катушке?
Не будет ли это описание напоминать цирковой номер незабвенного Карандаша (Михаила Николаевича Румянцева (1901-1983 гг.)), который с чисто клоунским изяществом показал, как в науке можно переливать из пустого в порожнее на защите кандидатской диссертации.
В этой клоунской репризе его оппоненты задавали вопрос: «А можно ли из порожнего перелить в пустое?» И великий клоун отвечал: «Это есть тема моей докторской диссертации!», после чего с грохотом проваливался в буквальном смысле под бутафорскую кафедру.
Если же продолжить наши рассуждения на серьёзной ноте, то надо признать, что существует по меньшей мере пять аспектов подобия распространения звука и света в виде волн.
1. Оба процесса идут в упругих средах.
2. И той, и другой среде присущи предельная скорость распространения любой волны. Эта скорость не зависит от длины волны. (Скорость - паспорт не волны, а среды!)
3. И в той, и в другой среде наблюдаются такие явления как дифракция, интерференция и ударная волна.
4. И те, и другие волны могут концентрироваться, рассеиваться, отражаться и преломляться.
5. И в той, и в другой среде возможно образование замкнутых токов (течений). Примерами таких замкнутых токов могут быть нано- и микровихри в мире элементарных частиц, токи Фуко и другие индукционные токи в электротехнике, атмосферные и космические торнадо и пр., и пр.
Способность образовывать долгоживущие замкнутые торообразные структуры (вихри вещества среды - смерчи) - это универсальный процесс, присущий любому движению материи, начиная от элементарных частиц микромира и колец дыма сигареты до рождения торообразных звёздных скоплений в далёких галактиках*. Это один из фундаментальнейших законов Природы - закон долговременной устойчивости материи. Речь здесь идёт как о микромире, так и о макромире, а также о материальных микрочастицах, недоступных инструментальному наблюдению.