Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Уравнения Максвелла нуждаются в корректировании или замене.

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Разные варианты записи и компоновки уравнений Максвелла в СГС.
2. Разные варианты записи и компоновки уравнений Максвелла в СИ.
3. Мнение о некорректности уравнений Максвелла.
4. Вариант модификации уравнений Максвелла.
5. Предлагаемая замена уравнений Максвелла.
6. Позиция автора статьи.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Разные варианты записи и компоновки уравнений Максвелла в СГС.

Четыре уравнения Максвелла обычно располагают попарно, но принцип разбиения на пары в различных первоисточниках оказывается разным. Это свидетельствует о том, что система уравнений Максвелла не обрела еще ту законченность, которая должна быть присуща такому важному разделу электромагнетизма.

Приведем принятую в основных литературных источниках запись уравнений Максвелла в дифференциальной форме, соответствующую записи физических величин в системе единиц СГС:

rot В = μμ0 j + (1/с2) ∂Е/∂t ,  ( 1 )       rot Е = – ∂B/∂t ,      ( 2 )

div Е = ρ/εε0 ,                        ( 3 )       div B = 0 ,               ( 4 )

где B – магнитная индукция (напряженность магнитного поля в вакууме); μотносительная магнитная проницаемость среды; μ0магнитная постоянная; j – плотность тока проводимости в проводнике; сэлектромагнитная постоянная; Е – напряженность электрического поля в вакууме; ρобъёмная плотность электрических зарядов; εотносительная диэлектрическая проницаемость среды; ε0электрическая постоянная. В приведенной форме записи первая пара уравнений относится к переменным значениям напряженностей полей, а вторая пара – к любым их значениям.

Следует обратить внимание на то, что символ Е в уравнении (3) обозначает напряженность электростатического центрального поля, а в уравнениях (1) и (2) может обозначать также напряженность так называемого электрического вихревого поля, обусловливаемого переменным магнитным полем. В статье об электрическом вихревом поле указывается на то, что такого поля в реальности нет и что этим термином называют одну из составляющих переменного магнитного поля.

В БСЭ уравнения Максвелла записаны также для электромагнитного поля, но в них используются другие напряженности, чьи определяющие уравнения приведены в Таблице величин физического поля. Уравнения Максвелла приводятся в БСЭ в рационализованной системе СГС в виде:

rot Н = (4π/с) j + (1/с) D/∂t ,  ( 5 )        rot Е = – (1/с) B/∂t ,   ( 6 )

div B = 0 ,                                ( 7 )         div D = 4πρ .                 ( 8 )

где Н – напряженность магнитного поля сторонних зарядов, а D – напряженность электростатического поля сторонних зарядов. Такая запись внутренне противоречива, так как о сторонних зарядах говорят при рассмотрении поля в веществе, тогда как в данной записи уравнений Максвелла отсутствуют проницаемости вещества ε и μ .

2. Разные варианты записи и компоновки уравнений Максвелла в СИ.

В справочнике по физике Б. Яворского и Д. Детлафа (1990) комплект уравнений (5-8) продублирован в СИ, но с перестановкой мест уравнений (5) и (6), а также (7) и (8), и с введением величины jd – плотности так называемого тока смещения в среде, окружающей проводник. Это понятие введено Д.Максвеллом.

rot Е = – B/∂t ,       ( 9 )        rot Н = j + D/∂t = j + jd ,     ( 10 )

div D = ρ,                 ( 11 )      div B = 0 .                            ( 12 )

В учебнике по физике И.Савельева (2005) применяется еще один принцип расстановки уравнений Максвелла: первая пара определяет напряженности полей в среде, а вторая – в проводнике. Получается вариант (9-12), но с такой последовательностью уравнений: (9), (12), (10), (11).

Для расчета электромагнитных полей в веществе уравнения Максвелла дополняют обычно так называемыми материальными уравнениями:

D = εε0 Е ,       ( 13 )     В = μμ0 Н        ( 14 )    и    j = γЕ , ( 15 )

где γ удельная электрическая проводимость. При этом уравнения (14) и (15) записываются с явным нарушением принципа причинности, так как Н = f(В) и Е = f(j), а не наоборот. В соответствии с принципом причинности эти уравнения следует записывать в виде Н = В/μμ0 и Е = j/γ.

Казалось бы, во всех вариантах записи уравнений Максвелла речь идет об одном и том же, тогда почему же они записываются по-разному и в различной последовательности? И какой вариант расположения уравнений следует взять за основу? возможно, это не играет роли, но тогда почему не придерживаться какого-нибудь одного варианта?

3. Мнение о некорректности уравнений Максвелла.

В 90-х годах прошлого века появилась фундаментальная работа З.Докторовича (1995, 1996), раскрывшая, по убеждению ее автора, некорректность и противоречивость электродинамики Д.Максвелла. Приведем выводы из этой работы:

1. Введенное Максвеллом в обращение вихревое электрическое поле породило неустранимые противоречия физических моделей процессов распространения электрического и магнитного полей и их взаимодействия с привнесенными физическими объектами, с экспериментальными результатами, математическим аппаратом теории поля, третьим законом Ньютона и принципом причинности.

2. В рамках электродинамики Максвелла не существует непротиворечивой физической модели, способной дать описание процессов электромагнитной индукции, а предлагаемый приём искусствен и приводит к неустранимым противоречиям с экспериментом, третьим законом Ньютона и принципом причинности.

3. Различия между электрическим и магнитным полями в классическом случае фундаментальны: электрическое поле имеет строго градиентный характер, то есть E = − grad φ, а магнитное поле полностью описывается с помощью векторного магнитного потенциала A и имеет строго вихревой характер, следовательно, div A = 0.

4. Теория электромагнетизма, иначе называемая электродинамикой Максвелла, содержит в себе для описания электрического поля только систему уравнений электростатики: div Е = ρ/εε0 и E = − grad φ, и не представляет никакой информации о динамике электрического поля.

Материал, изложенный в данном разделе и посвященный таким математическим абстракциям, как электрическое вихревое поле, электромагнитная индукция, ЭДС индукции и ток смещения, подтверждает эти выводы.

4. Вариант модификации уравнений Максвелла.

В работе В.Пакулина (2004, 2007) предложено в соответствии с теорией векторного анализа разделить напряженность электрического поля Е на две составляющие: напряженность градиентного (безвихревого) поля Egrad = − grad φ и напряженность вихревого электрического поля Еrot = rot Р, где Р – некоторая векторная функция, у которой div Р = 0. Источником напряженности Еrot является изменение векторного потенциала А, а ее следствием – возникновение сторонней магнитной силы, воздействующей на электрические заряды. В итоге выведена первая модификация уравнений Максвелла, записанная в СГС:

div Еgrad = ρ/εε0 ,                     ( 16 )          Еrot = – Еgrad – ∂А/∂t ,             ( 17 )

ΔА – (1/с2) 2А/∂t2 = – μμ0 j , ( 18 )          div А = div Еrot = rot Еgrad = 0 . ( 19 )

Далее В.Пакулин делит вектор плотности тока j также на две составляющие: градиентную jgrad , определяемую токами проводимости связанных зарядов, и вихревую jrot , определяемую магнитным полем сторонних зарядов, а также заменяет частные производные на полные производные. После чего вторая модификация уравнений Максвелла оказывается состоящей из двух систем уравнений. Первая система уравнений описывает электростатическое поле:

Δφ = – ρ/εε0 ,       ( 20 )        Еgrad = – grad φ ,       ( 21 )

div Еgrad = ρ/εε0 , ( 22 )        div jgrad + dρ/dt = 0 .  ( 23 )

Вторая система уравнений описывает магнитное (электродинамическое) поле:

ΔА – (1/с2) d2А/dt2 = –μμ0 jrot , ( 21 )      В = rot А ,                                               ( 25 )

Еrot = [v rot А] – А/∂t ,             ( 26 )      div А = div jrot = div Еrot = rot Еgrad = rot jgrad = 0 . ( 27 )

где v – скорость электрического заряда.

И в заключение В.Пакулин показывает, что из модифицированных им уравнений Максвелла вытекают практически все основные законы электромагнетизма: закон Гаусса, закон Кулона, закон сохранения электрического заряда, закон Ампера, закон Био-Савара, закон Фарадея, преобразования Лоренца, уравнение плотности энергии и вектора потока энергии поля радиоволны, раскрывается физический смысл векторного потенциала, объясняется механизм электромагнитной индукции, делается вывод о различной природе радиоволн и таких видов электромагнитного излучения, как свет, рентгеновские лучи и γ-излучение.

5. Предлагаемая замена уравнений Максвелла.

В монографии О.Репченко (2008) автор выдвигает концепцию полевой среды, мало чем отличающуюсяся от концепции эфира, в рамках которой была создана теория электродинамики Д.Максвелла. Однако О.Репченко считает, что динамику полевой среды можно описать, базируясь всего на двух принципах: непрерывности и близкодействия.

Принцип непрерывности опирается на классическое уравнение непрерывности, записанное О.Репченко в виде:

∂ρ/∂t + div (ρv) = 0 , ( 28 )

где ρ – плотность полевой среды; v – скорость частицы-источника (в нашей терминологии – полеобразующего заряда).

Принцип близкодействия опирается на волновое уравнение, записанное в виде:

Δρ – (1/с2) 2ρ/∂t2 = – U , ( 29 )

где Δ – оператор Лапласа; U – введенная О.Репченко функция источника U (r,t).

Опираясь только на эти два уравнения, О.Репченко приходит к системе 4-х уравнений, которые, по его мнению, могут полностью заменить уравнения Максвелла, так как уравнения Максвелла вытекают из уравнений Репченко. При этом О.Репченко полагает, что “большинство электромагнитных величин просто являются излишними. Они выражаются через другие величины и существуют в физике до сих пор, в основном, по историческим причинам”. К последнему мнению стоит прислушаться.

6. Позиция автора статьи.

Автор в целом солидарен с выводами З.Докторовича, В.Пакулина и с приведенной цитатой из монографии О.Репченко, он добавил бы следующее:
1. Введение понятия о переменном электрическом вихревом поле приводит лишь к терминологической путанице. То, что называют электрическим вихревым полем, на самом деле является одной из составляющих переменного магнитного поля. Поэтому следует поменять соответствующую терминологию и символику в электродинамике.
2. Применение в уравнениях Максвелла плотности электрического тока проводимости вместо объёмной плотности токовых зарядов приводит к искажению физического содержания уравнения, определяющего ротор магнитного поля.
3. Введенное Д.Максвеллом понятие “ток смещения” сами физики считают понятием условным, фиктивным. Оно должно быть заменено реальной физической величиной, отражающей переменную поляризацию диэлектрической среды.
4. Уравнение div B = 0 имеет отношение лишь к такому математическому понятию векторного анализа, как линии напряженности вихревого поля. Оно устанавливает, что у этих линий нет ни источников, ни стоков. К магнитным зарядам это уравнение не относится. Как показано на странице, посвященной магнитным зарядам, они существуют, если уяснить, что это синонимы физической величины под названием токовый заряд прямого тока.

Автор считает, что к этим выводам можно придти достаточно простым путем, без привлечения векторного анализа и сложных математических выкладок. В статьях данного раздела автор наглядно показывает, что электрическое вихревое поле, ЭДС индукции и ток смещения – неверно названные математические абстракции и что явления электромагнитной индукции, взаимоиндукции и самоиндукции легко объясняются без необоснованного введения вышеуказанных абстрактных понятий, а индуктивность можно определять иначе, чем это принято в современной электродинамике.

Следующие два уравнения Максвелла, по мнению автора, могут быть записаны в таком виде:

rot [vn Bp ] = − B/∂t ,   ( 30 )      rot Н = ρ + D/∂t = ρ + (∂ρ/∂t) еD .   ( 31 )

Обозначения в уравнении (30) поясняются в статье об электрическом вихревом поле, а обозначения в уравнении (31) поясняются в статье о токе смещения. Как видим, ни напряженности электрического вихревого поля Е, ни тока смещения jd в этих уравнениях нет.

Разумеется, физическое содержание электромагнитного поля от этого не меняется. Зато методика преподавания физики начинает опираться на реальные физические величины, а не на математические абстракции. Следовательно, упрощается преподавание и усвоение учебного материала, устраняются не оправдавшие себя понятия и термины, уточняются определения ряда физических величин.

Литература

1. Докторович З.И., 1995, Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупика. – “Проблемы машиностроения и автоматизации” (“Engineering аnd Automatization”), 4, № 3
2. Докторович З.И., 1996, Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупика. – “Сознание и физическая реальность”, 1, № 3
3. Пакулин В.Н., 2004, Структура материи. – http://www.valpak.narod.ru
4. Пакулин В.Н., 2007, Структура поля и вещества. – Санкт-Петербург, НТФ "Истра"
5. Репченко О.Н, 2008, Полевая физика или Как устроен мир? Изд. 2-е – М.: Галерия, 320 с.
6. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах), т. 2 – М.: АСТ: Астрель
7. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. – М:, Наука, Физматгиз, 624 с.


© И. Коган Дата первой публикации 07.04.2010
Дата последнего обновления 05.06.2012

Оглавление Следующая