Движение электронов вдоль проводов

(Плюс – минус, юг-север)

Мы уже показали, что электрон представляет собой полый тор, который имеет два вращения: относительно оси симметрии и относительно кольцевой оси тора. Вращение относительно кольцевой оси тора формирует магнитное поле электрона, а направления магнитных силовых линий этого поля формируют два магнитных полюса: северный N и южный S (рис. 1). Вращением электрона относительно центральной оси управляет кинетический момент - векторная величина. Магнитный момент электрона - тоже величина векторная, совпадающая с направлением вектора кинетического момента (спина) электрона. Оба эти вектора направлены вдоль центральной оси вращения тора от южного магнитного полюса (S) электрона к северному (N) (рис. 1) Формированием столь сложной структуры электрона управляют более 20 констант. Имея эту общую информацию о структуре электрона, приступим к анализу его поведения в проводах.

Так как протоны находятся в ядрах атомов, а электроны на поверхности атомов, то вполне естественно, что в проводе могут быть свободными только электроны. В результате возникает вопрос: каким образом в проводе с постоянным током формируется на одном конце плюсовой потенциал, носителем которого являются протоны, а на другом - минусовый, носителем которого являются электроны? [1].

Чтобы найти ответ на выше сформулированный вопрос, проанализируем работу плазмоэлектролитической ячейки (рис. 5, патент № 2157862). Сущность процесса работы этой ячейки заключается в следующем. Так как площадь поверхности катода 1 в десятки раз меньше площади поверхности анода 2, то большая плотность тока на поверхности катода 1 формирует поток положительных ионов электролитического раствора, направленных к нему. Раствором заполняется вся внутренняя полость ячейки.

Рис. 5. Схема плазмоэлектролитической ячейки:

1-катод и входной патрубок для раствора; 2-анод в виде цилиндра;

3 - выпускной патрубок парогазовой смеси; Р-Р – зона плазмы

Известно большое электрическое сопротивление чистой воды. Чтобы уменьшить это сопротивление и увеличить её электропроводность, надо ввести в раствор ионы, которые имели бы на одном конце главной оси электрон, а на другом - протон. В этом случае такие ионы легко объединяются в линейные кластеры с разными знаками электрических зарядов на их концах, что и приводит к формированию электрических цепей в растворе, которые увеличивают его электропроводность. В качестве примера можно рассмотреть присутствие в воде иона (рис. 6), который придаёт ей щелочные свойства.

Рис. 6. Схемы: а) гидроксила ;

b) кластера ионов сориентированного в электрическом поле (Р, 1 – атом водорода)

На рис. 6, а представлена схема гидроксила , а на рис. 6, b– схема кластера . На одном конце его оси кластера расположен электрон атома кислорода, а другой - завершается протоном атома водорода. Таким образом, гидроксил – идеальное звено электрической цепи. Эти ионы под действием приложенного напряжения формируют линейные кластеры с положительным и отрицательным знаками электрических зарядов на концах (рис. 6, b). В результате электрический импульс напряжения передаётся вдоль этого кластера [1] .

Конечно, ток не течёт вдоль кластера. Он формируется благодаря тому, что ион гидроксила , расположенный на конце кластера у анода (+) (рис. 6, b), отдаёт ему свой электрон , а протон атома водорода у иона , расположенного у катода (-), получает электрон из сети.

Если к этому добавить тот факт, что водород выделяется у катода (-), а кислород у анода (+), то электроны во внешней цепи АВС (рис. 5) движутся от анода (+) к катоду (-). Этот очевидный факт противоречит учебникам, в которых утверждается, что электроны движутся по проводу от его минусового конца к плюсовому. Поэтому мы будем придерживаться описанного неоспоримого экспериментального факта о движении электронов в цепи постоянного тока от плюса (+) к минусу (-).

В электролитическом растворе ячейки ионы, сориентированные приложенным потенциалом так, что их концы с положительно заряженными протонами движутся к катоду, и образуют в растворе электрическую цепь. При этом приложенный потенциал может отрывать протоны атомов водорода от ионов, и они, отделившись от ионов и молекул воды или от ионов, устремляются к катоду, из которого из сети им навстречу движутся электроны. Таким образом, электроны, испущенные катодом, соединяются с протонами, движущимися в растворе к катоду, и образуются атомы водорода (рис. 4), которые существуют в плазменном состоянии. В результате в зоне Р катода 1 (рис. 5) образуется плазма атомарного водорода с температурой до 10000 С [1]. Величина температуры зависит от плотности раствора и величины приложенного напряжения. Чем они больше, тем выше температура плазмы.

Анализируя электролитический процесс, протекающий в ячейке (рис. 5), необходимо учесть, что протоны почти всех атомов расположены в ядрах достаточно глубоко от их поверхностной зоны. Кроме того, они экранированы электронами. Исключением является атом водорода (рис. 4), представляющий собой стержень, на одном конце которого отрицательно заряженный электрон , а на другом – положительно заряженный протон . Благодаря этому, в электролитическом растворе появляются положительный и отрицательный потенциалы, генерируемые электронами и протонами атомов водорода, находящимися в составе ионов (рис. 6).

Новые свободные электроны приходят в электролитический раствор из катода (-) (рис. 5, 6) и, соединяясь с протонами, образуют атомы водорода (рис. 4), а ионы несут лишние электроны к аноду (+).

Таким образом, отрицательно заряженные ионы собираются у анода и передают ему лишние электроны, которыедвижутся по проводу от плюса (+) к минусу (-) (рис. 5, АВС) Поскольку соседство свободных электронов и свободных протонов заканчивается формированием атомов водорода, которые существуют лишь в плазменном состоянии (рис. 5, зона Р..Р), то исключается одновременное существование свободных электронов и свободных протонов в проводе, по которому течёт ток. Из этого следует, что носителями электричества в проводах являются только электроны.

Таким образом, анализ электролитического процесса, протекающего в электролитической ячейке (рис. 5), показывает, что в электролитическом растворе электроны движутся в составе ионов от минуса к плюсу, а в проводе - от плюса к минусу.

Если источником питания является аккумулятор или батарея, то знаки плюс (+) и минус (-) принадлежат их клеммам. Тут всё понятно. А если источником постоянного напряжения является выпрямитель, подключённый к сети переменного тока, то появление плюса и минуса на клеммах выпрямителя формирует серию вопросов.

Генератор электростанции генерирует переменное напряжение, носителями которого являются только электроны. Откуда же тогда на клеммах выпрямителя появляются знаки плюс и минус? Это вопрос электрикам и электронщикам. Почему они мирятся с описанным противоречием? Но мы не имеем права игнорировать его, так как отсутствие ответа на этот вопрос формирует искажённые представления о сути процессов, протекающих в проводах, электротехнических и электронных устройствах.

Итак, наличие модели электрона (рис. 1) позволяет нам приступить к поиску ответа на поставленный вопрос. Вполне естественно, что его надо базировать на экспериментальных данных. Начнём с самого простого – изучения процесса отклонения стрелки компаса, положенного на провод или под провод, по которому течёт постоянный ток.

На рис. 7 показана электрическая схема, направления проводов которой сориентированы плюсовыми концами на юг (S), а минусовыми - на север (N). При отсутствии тока в проводе направление стрелок компасов А, В, С и D совпадают с направлением правого и левого проводов на север N. При включении тока вокруг провода возникает магнитное поле и стрелки компасов отклоняются [1].

Когда электроны движутся по проводу в направлении с юга (S) на север (N), то стрелка компаса A, расположенного над проводом, отклоняется вправо, а стрелка компаса B, расположенного под проводом, – влево (табл. 1). Из этих результатов следует, что магнитное поле вокруг провода закручено против хода часовой стрелки и имеет магнитный момент . Наличие модели электрона (рис. 1) с известным направлением вектора его магнитного момента даёт нам основание полагать, что магнитное поле вокруг провода формируется совокупностью магнитных полей электронов, сориентированных вдоль провода таким образом, что направления векторов магнитных моментов каждого электрона совпадают с направлением вектора магнитного момента поля, образующегося вокруг провода (рис. 7 и 8).

Таблица 1. Углы отклонения стрелок компасов A и B при различных токах (рис. 7)

Ток, I	, град.	, град
1,0 А	34,0	33,0
2,0 А	48,0	50,0
3,0 А	57,0	58,0

Те же электроны, которые движутся по правому проводу с севера (N) на юг (S), формируют вокруг него противоположно направленное магнитное поле и стрелки аналогичных компасов С и D отклоняются противоположно отклонению стрелок компасов А и В (рис. 7).

Рис. 7. Схема эксперимента по формированию магнитного поля электронами ,

движущимися по проводу

На рис. 8 представлены схемы магнитных полей вокруг проводов. Вполне естественно, что эти поля формируют электроны, движущиеся по проводам (рис. 7). Из схемы магнитного поля вокруг провода (рис. 7, а , 8, а) следует, что оно может быть сформировано лишь в том случае, если северные магнитные полюса электронов (рис. 1) направлены вверх, в сторону минусового конца провода, а южные - вниз, в сторону плюсового конца провода (рис. 7, а).

На рис. 7, b) электроны движутся вниз и формируют вокруг провода магнитное поле (рис. 8, b), направление которого противоположно направлению магнитного поля вокруг провода, когда электроны движутся вверх (рис. 8, а) Это означает, что плюсовой конец провода эквивалентен южному магнитному полюсу (S), а минусовой – северному (N) (рис. 8) [1]. Из этого эксперимента следует, что магнитное поле вокруг провода при такой его ориентации закручено против хода часовой стрелки и имеет магнитный момент .

Неопровержимость этого факта подтверждена ещё в 1984 году другим элементарным экспериментом, поставленным инженером А.К Сухвал [1]. Он взял подковообразный магнит из электромагнитного материала с напряжённостью магнитного поля порядка 500 Э и присоединил к его полюсам щупы чувствительного микроамперметра, который начал показывать ток порядка 0,10-0,20 (рис. 9).

Рис. 8. Схемы движения электронов в проводе от плюса (+) к минусу (-) и формирования на его концах южного (S) и северного (N) магнитных полюсов и магнитного поля вокруг провода: а) электроны ориентированы вверх; b) электроны ориентированы вниз

Рис. 9. Эксперимент инженера А.К. Сухвал [1]

При этом плюсовой щуп микроамперметра подсоединялся к южному полюсу S магнита, а минусовой - к северному N. Это убедительное доказательство движения электронов по проводам микроамперметра от плюса к минусу, а точнее от южного магнитного полюса к северному. Особо отметим, что эту информацию мы получили 15.06.09, то есть значительно позже того, как описали процесс движения электронов от плюса к минусу и многократно опубликовали его.

Итак, результаты эксперимента, представленные на рис. 7 и в табл. 1, показывают, что направление магнитного поля, формирующегося вокруг провода, совпадает с направлением вращения свободных электронов в нём (рис. 7, 8), поэтому направление тока совпадает с направлением движения электронов, а не наоборот, как это написано в учебниках.

Таким образом, направления силовых линий магнитного поля, образующегося вокруг провода с током, соответствуют такой ориентации свободных электронов в нём, при которой они движутся от плюса к минусу, ориентируясь так, что южные полюса магнитных полей электронов оказываются направленными к плюсовому концу провода, а северные - к минусовому (рис. 7, 8).

Этот простой пример ярко демонстрирует, что если источником питания является аккумулятор или батарея, то электроны движутся по проводам от плюсовой клеммы аккумулятора или батареи (рис. 7, 8) к минусовой. Такая картина полностью согласуется со структурой электронов (рис. 1) и однозначно доказывает, что свободные электроны провода с постоянным напряжением повёрнуты южными магнитными полюсами к положительному концу провода, а северными – к отрицательному.В этом случае не требуется присутствие в проводах свободных протонов для формирования положительного потенциала, так как свободные электроны провода формируют на его концах не разноимённые электрические заряды, а разноимённые магнитные полюса.

Из новых представлений о поведении электронов в проводе следует необходимость заменить представления о плюсовом и минусовом концах проводов сети с постоянным напряжением на концы с северным и южным магнитными полюсами. Однако, процесс реализации этой необходимости будет длительный. Но он, как мы увидим дальше, неизбежен, так как углубление представлений о реальных электродинамических процессах невозможно без новых условностей в обозначении концов электрических проводов.

Таким образом, экспериментальная информация, которую мы привели, позволяет сформулировать первые постулаты о структуре электрона и его движении по проводам. Для этого обратим внимание на то (рис. 7), что экспериментальный провод сориентирован с юга (S) на север (N) и южный конец этого провода подключён к плюсовой (+) клемме генератора (G) постоянного тока (возможно подключение и к плюсовой клемме выпрямителя).

Итак, формулируем постулаты. Первый - электроны, движутся по проводу от плюса (+) к минусу (-). Второй – электроны имеют вращающуюся электромагнитную структуру. Третий – электроны вращаются против часовой стрелки и имеют собственные магнитные моменты . Четвёртый - магнитные поля движущихся и вращающихся электронов формируют суммарное магнитное поле, которое выходит за пределы провода. Пятый- направление вектора магнитного момента вокруг провода совпадает с направлениями векторов магнитных моментов электронов . Шестой – вектор спина электрона совпадает с вектором его магнитного момента (рис. 8).