Разрядка диэлектрического конденсатора

Процесс разрядки диэлектрического конденсатора на сопротивление – следующее экспериментальное доказательство соответствия реальности выявленной модели электрона (рис. 1) и ошибочности сложившихся представлений о том, что на пластинах диэлектрического конденсатора формируются разноимённые электрические заряды (рис. 26) [1].

Схема отклонения стрелок компасов (К) 1, 2, 3 и 4 при разрядке конденсатора на сопротивление R в момент включения выключателя 5 показана на рис. 26.

Как видно (рис. 26), в момент включения процесса разрядки конденсатора, магнитная полярность на пластинах конденсатора изменяется на противоположную и электроны, развернувшись, начинают двигаться к сопротивлению R (рис. 26, 27).

Рис. 26. Схема отклонения стрелок компасов (К) в момент разрядки конденсатора

Рис. 27. Схема движения электронов от пластин конденсатора к сопротивлению R при

разрядке диэлектрического конденсатора

Электроны, идущие от верхней пластины конденсатора ориентируются южными магнитными полюсами в сторону движения, а от нижней – северными (рис. 26). Компасы 3 и 4, установленные на совокупности проводов ВА, сориентированных с юга на север, чётко фиксируют этот факт, отклонением стрелок вправо, доказывая этим, что векторы спинов и магнитных моментов всех электронов в этих проводах направлены с юга на север (рис. 26, 27).

1.11. Конденсатор + индуктивность

Конденсатор и индуктивность – основные элементы колебательных систем. Схематически они показываются просто (рис. 28) [1]. Считается, что одна пластина конденсатора С заряжена отрицательно, а другая положительно. Если конденсатор электролитический, то это соответствует реальности, так как указанные потенциалы формируют его ионы. Другое дело провод, по которому движутся электроны. В нём не могут присутствовать одновременно и электроны, и протоны, так как их соседство заканчивается образованием атомов водорода и плазмы с температурой до 10000 С [1].

Рис. 28. Схема конденсатор + индуктивность

Таким образом, процессы, протекающие в конденсаторах и индуктивностях, а также проводах, которые соединяют их, остаются скрытыми для понимания. Попытаемся раскрыть эту таинственность. Для этого представим пластины конденсатора и провода, подходящие к ним, в увеличенном масштабе и разместим в них модели электронов (рис. 29). Катушку индуктивности представим в виде полутора витков и покажем направления движения электронов 1 и 2 в витках при разрядке конденсатора.

Рис. 29. Схема процессов движения электронов в цепи:

конденсатор – индуктивность при разрядке конденсатора

А теперь попытаемся найти ответ на главный вопрос электродинамики: в чём сущность причины, формирующей колебательный процесс изменения напряжения в системе конденсатор – индуктивность?

Чтобы найти ответ на поставленный вопрос, проследим за движением электронов к катушке индуктивности. Главное в этом процессе – направления движения электронов из конденсатора в катушку индуктивности. Мы уже показали, что эта задача решается вполне удовлетворительно с помощью древнейшего прибора – компаса. Установим эти приборы на провода, подходящие к катушке индуктивности, предварительно сориентировав их в направлении с юга на север (рис. 29).

Итак, проследим за движением электронов от конденсатора к катушке индуктивности вблизи клемм этой катушки. Обратим внимание на отличия в ориентации электронов в проводах, соединяющих конденсатор и актив,ное сопротивление (рис. 24, 26) и в проводах, соединяющих конденсатор и катушку индуктивности (рис. 29), зафиксированные отклонением стрелок компасов.

Теперь видно, что электроны от верхней и нижней пластин конденсатора встречаются в середине катушки индуктивности (сечение К-К) одноимёнными зарядами и одноимёнными южными магнитными полюсами. Это автоматически формирует процесс их отталкивания друг от друга и они устремляются вновь к пластинам конденсатора.

Когда конденсатор заряжен, то напряжение на его пластинах в момент включения выключателя 5 максимально и равно, например, 100 В (рис. 29, 30, а) [1].

Совокупность магнитных полей всех электронов во всех витках катушки (рис. 29) формирует суммарное магнитное поле, направление силовых линий которого легко определяется по направлению спинов электронов 1 и 2. Эти электроны подходят к сечению К-К с противоположно направленными векторами спинов и магнитных моментов. Это значит, что сформированные ими магнитные поля вокруг витков катушки в зоне встречи электронов (сечение К-К) направлены навстречу друг другу одноимёнными магнитными полюсами и тоже отталкиваются (рис. 29). Когда электроны, идущие от верхней и нижней пластин конденсатора С, встретятся в сечении К-К катушки, то конденсатор C полностью разрядится.

Итак, к моменту начала разрядки конденсатора напряжение U на его клеммах имеет максимальное значение (рис. 26, 30, а), ток I и напряжённость H магнитного поля катушки равны нулю (рис. 30, b). В момент прихода электронов к сечению К-К катушки и их остановки напряжение на клеммах конденсатора оказывается равным нулю (рис. 30, a), а величины тока и напряженности магнитного поля катушки – максимуму (рис. 30, b и c).

Далее, напряжённость магнитного поля катушки начинает уменьшаться (рис. 30, b) и автоматически изменяет направление векторов спинов и магнитных моментов электронов на противоположное и они, двигаясь назад к конденсатору, формируют на его клеммах противоположную магнитную полярность. В момент прихода электронов к пластинам конденсатора отрицательное напряжение на его клеммах достигает максимума (рис. 30, a), а величины обратно направленных тока и напряженности магнитного поля принимают нулевые значения (рис. 30, b и c).

После этого начинается второе движение электронов от пластин конденсатора к катушке. При этом электроны меняют направления векторов магнитных моментов и спинов на противоположные. В результате величина противоположного (отрицательного) потенциала на пластинах конденсатора начинает уменьшаться до нуля (рис. 30, a) а величина тока, обусловленная движением электронов с противоположно направленными векторами спинов, увеличиваясь, уходит в отрицательную зону (рис. 30, b). Так же изменяется и напряженность противоположно направленного магнитного поля катушки (рис. 30, c).

Когда электроны повторно придут к середине сечения К-К катушки, то напряжение на клеммах конденсатора станет равным нулю (рис. 30, a) а напряженность магнитного поля катушки, сформированная электронами с направлениями векторов спинов и магнитных моментов, противоположных первому приходу электронов к середине сечения К-К, и величина тока достигнут максимальных отрицательных значений (рис. 30, b и c). Так формируются синусоидальные законы изменения напряжения, тока и напряжённости магнитного поля в колебательном контуре: конденсатор + катушка индуктивности [1].

Рис. 30. Закономерность изменения напряжения, тока и напряжённости магнитного поля при разрядке конденсатора на катушку индуктивности (рис. 29)

Обратим внимание на то, что перезарядку конденсатора осуществляет один носитель электрического заряда – свободный электрон, без участия положительно заряженного протона, который не существует в проводах в свободном состоянии. Поэтому у нас нет никакого права приписывать пластинам конденсатора разную электрическую полярность. Они получают разную магнитную полярность.

Итак, у нас появилась возможность составить уравнения изменения напряжения U, тока I, и напряжённости Н магнитного поля в колебательном контуре конденсатор – катушка индуктивности. Поскольку в момент начала разрядки конденсатора напряжение U на его клеммах максимально, ток I и напряжённость магнитного поля Н минимальны, то уравнения их изменения запишутся так:

(20)

(21)

. (22)

Это и есть исходные уравнения, заменяющие уравнения Максвелла при описании процессов, протекающих в колебательном контуре конденсатор + индуктивность.

Специалистам понятно, что при отсутствии информации о структуре электрона невозможно описать процесс работы колебательного контура: конденсатор - индуктивность. Этот процесс раскрывает свои тайны при анализе в нём поведения, выявленной и глубоко обоснованной нами модели электрона (рис. 1) [1].

А теперь отметим особо роль ЭДС самоиндукции, которая возникает в обмотках катушек сразу после разрыва электрической цепи, по которой в неё подаётся напряжение. Человек давно научился извлекать пользу из импульсов ЭДС самоиндукции, подавая их на свечи зажигания двигателей внутреннего сгорания. Но на этом извлечение пользы из этих импульсов остановилось. В большей части других электротехнических устройств появление ЭДС самоиндукции считается вредным явлением и с ним борются, вместо того, чтобы извлекать пользу. Причина такого отношения к импульсам ЭДС самоиндукции скрыта очень глубоко. Она – следствие фундаментальной физической ошибки, незамеченной математиками, решавшими проблему учёта расхода электрической энергии и, в частности – средней электрической мощности, реализуемой первичным источником питания в виде импульсов напряжения и тока. Поэтому освоение резервов импульсной энергетики начнём с анализа этой ошибки.