7.6. Экспериментальная проверка уточненных уравнений
1. Продольное распространение электрического поля. Как следует из выражений (7.70) и (7.75), электрическая напряженность Е, индукция D, и плотность тока d должны распространяться вдоль направлений своих векторов. Это обстоятельство никак не вытекает из уравнений Максвелла, в которых отсутствует описание образования элек-
Рис. 7.26. Схема эксперимента по проверке продольного
распространения излучения диполя с сосредоточенными параметрами:
1 —
резиновый шланг, наполненный подсоленной водой; 2 - электроды излучающего
диполя; 3 — электроды приемного диполя
трического поля, поскольку уравнения Максвелла базируются на представлениях Гельмгольца о поведении несжимаемой и невязкой жидкости, свойствами которой Максвелл наделял эфир.
Для проверки факта распространения электрического поля и соответственно электрического тока вдоль направления распространения энергии и вдоль направления своих векторов были проведены два эксперимента. В первом эксперименте использовался резиновый шланг, наполненный подсоленной водой и подвешенный на нитях посреди комнаты. В шланг помещались два диполя —
излучающий, соединенный через коаксиальный кабель с генератором синусоидальных колебаний Г, и приемный, соединенный через коаксиальный кабель с приемником П — диодным мостом и микроамперметром (рис. 7.26). Шланг с водой имеет паразитную емкость (Спар) со стенками помещения.Включение электродов через коаксиальные кабели исключило возможность появления каких-либо паразитных контуров.
При изменении расстояния D
между диполями в связи с неразветвляемостью тока сигнал в приемнике не должен меняться по крайней мере до тех пор, пока сопротивление канала не окажется соизмеримым с сопротивлением паразитных емкостей. Это происходит на
Рис. 7.27. Зависимость сигнала приемника от расстояния между диполями при продольном излучении энергии
Рис. 7.28. Распространение электрического поля диполем с сосредоточенными параметрами в тонком слое полупроводящей среды. Продольная составляющая поля Eпрод больше поперечной составляющей поля Eпопер
некотором расстоянии D,
так как сопротивление воды в канале и проводимость паразитной емкости (Спар) пропорциональны отношению D/S. На рис. 7.27 приведены полученные зависимости. Результат полностью подтвердил ожидания.Во втором эксперименте использовался диполь с плоскими электродами с фиксацией напряженности и электрической энергии вторым подобным же диполем. Эксперимент ставился в тонком плоском слое полупроводящей среды.
На рис. 7.28 показана полученная диаграмма распространения электрического поля. Как видно из диаграммы, основная напряженность электрического поля получена вдоль оси диполя, а не поперек его, как это следует из уравнений Максвелла. Наиболее вытянутой диаграмма окажется в том случае, если расстояние между электродами излучателя составит половину длины волны в полупроводящей среде.
Таким образом, можно считать установленным факт существования продольного распространения электрического поля.
2. Взаимоиндукция проводников. Как известно, в теоретической электротехнике отсутствует понятие взаимоиндукции проводников, а существует лишь понятие взаимоиндукции контуров, что далеко не одно и то же. Контуры нельзя разбить на отдельные проводники, поскольку при этом теряется смысл контура площадью S,
которую пронизывает поток магнитной индукции В, так что наведенная в нем ЭДС определяется законом Фарадея:|
|
|
В соответствии с законом Фарадея коэффициент взаимной индукции между двумя двухпроводными линиями определяется выражением [46]
|
|
|
Здесь
— расстояния
между проводниками
Если контуры находятся в одной плоскости, то (рис. 7.29,
б)
Рис. 7.29. К расчету взаимоиндукции проводников при произвольном расположении контуров (а) и при расположении контуров в общей плоскости (б)
Здесь d —
расстояние между близлежащими проводниками различных контуров; h1 и h2 — расстояния между проводниками в каждом контуре.Коэффициент взаимной индукции, приходящейся на единицу длины линий, в этом случае равен (h1 = h2 = h):
|
|
|
При h/d = 0, M1 = 0,
следовательно, наведенная ЭДС е = 0. Эфиродинамический метод заставляет рассматривать процесс иначе. Из выражения|
|
|
следует, что
|
|
|
и, следовательно, процесс наведения ЭДС на вторичных проводниках надо рассматривать как результат пересечения проводников второго контура магнитным полем, возникающим в проводниках первого контура. Учитывая закон полного тока
|
|
|
находим, что
|
|
|
где r
- расстояние от центра первичного проводника, тогда|
|
|
Для случая h1 = h2 = h
имеем|
|
|
где
|
|
|
Между выражениями функций f1
и f2 имеется существенное различие: если с увеличением отношения h/d первая функция стремится к бесконечности, то вторая функция ограничена (рис. 7.30). При удалении обратных проводников контуров в бесконечность в выражении остается лишь коэффициент взаимоиндукции близлежащих проводников. Для практики это имеет особое значение, поскольку очень часто расположение обратных проводников вообще неизвестно (например, при заземлении источника и приемника сигналов). Отсюда возникает необходимость практических измерений ЭДС на вторичном проводнике в зависимости от отношения величины h/d.Для второго выражения при h = 20 d
(для провода БПВЛ-0,35 d = = 1,5Ч10-3 м, h = 3Ч10-2 м) ЭДС, вносимая обратными проводниками контуров, для второй функции составит всего 7 %, при h = 200 d (для провода БПВЛ-0,35 h = 0,3 м) эта же ЭДС составит уже всего 0,7%, следовательно, уже начиная с расстояния порядка нескольких десятков сантиметров влиянием обратных проводников можно пренебречь, при этом расположение обратных токов перестает играть какую-либо существенную роль.На рис. 7.30 приведены результаты измерения ЭДС в прямоугольных контурах, параметры которых указаны на рисунке. Как видно
Рис. 7.30. Зависимость коэффициента взаимоиндукции контуров при расчете по уравнениям Макрвелла f1 и при расчете по методике, вытекающей из представления переселения проводников магнитной волной: точки - результаты экспериментальных исследований
из результатов, подтверждается вторая функция, следовательно, вполне правомерно ввести в электротехнику представление о взаимоиндукции проводников.
Конкретные значения коэффициентов взаимоиндукции для проводников приведены автором в [48].
3. Исследования закона полного тока. Как известно, закон полного тока устанавливает зависимость между напряженностью магнитного поля Н и расстоянием от центра проводника r,
по которому течет ток i, создающий это магнитное поле:|
|
|
так что
Закон полного тока имеет гидродинамический аналог — закон постоянства циркуляции завихренной жидкости
|
|
|
где v -
линейная скорость жидкости в вихревой трубке; r - расстояние от центра вихревой нити; Г - напряженность нити.Однако, как следует из данной работы, эфир сжимаем, следовательно, и для магнитной напряженности должны появиться иные зависимости, отражающие факт сжимаемости эфира в магнитном поле. Это означает, что закон полного тока в приведенном выше виде справедлив лишь для исчезающе малых напряженностей магнитного поля, а с увеличением напряженности должны наблюдаться отклонения от этого закона. Это обстоятельство послужило предметом экспериментальных исследований.
Как следует из закона полного тока, отношение напряженностей магнитного поля для различных расстояний от центра первичного проводника при одном и том же токе составляет
|
|
|
и, следовательно, зависимость напряженности магнитного поля от расстояния должна быть гиперболической.
Если магнитное поле обладает свойством сжимаемости, то эта зависимость должна нарушаться, причем тем больше, чем больше напряженность или ток, протекающий в первичном проводнике (см. гл. 7).
По аналогии со сжимаемой жидкостью это можно пояснить следующим образом: выходящая из вертушки жидкость (рис. 7.31 сверху) находится под большим напряжением, чем жидкость, находящаяся на некотором расстоянии от вертушки. Это значит, что с удалением от вертушки жидкость будет расширяться и добавлять свою энергию
Рис. 7.31. Экспериментальные исследования закона полного
тока:
1 - теоретическая кривая, вычисленная из условия постоянства циркуляции
магнитного поля;
2 - экспериментальные результаты при токе I = 1
А;
3 - экспериментальные результаты при токе I = 10 А. Измерения
проводились при частотах 50, 400 и 1000 Гц
в движение, т.е. скорость сжимаемой жидкости вдали от центра будет больше скорости несжимаемой жидкости.
На рис. 7.31 приведены экспериментальные зависимости отношения H/H0
от относительного расстояния до центра проводника при разных значениях тока. Как видно из результатов измерений, с увеличением тока в первичном проводнике отклонение напряженности магнитного поля от величины, определенной законом полного тока, становится больше. С увеличением расстояния от проводника, т.е. с уменьшением абсолютной величины напряженности магнитного поля, зависимость убывания магнитной напряженности приближается к закону полного тока, и тем в большей степени, чем меньше эта напряженность. При этом, казалось бы, роль краевых эффектов должна была бы возрастать, однако на деле оказалось, что краевые эффекты нивелируются.Итак, предположения, вытекающие из эфиродинамики в отношении закона полного тока, подтвердились.
