ТАЙНА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ЧАСТЬ II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ С ПОЗИЦИИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Становов А.Д.

192 просмотров

Становов А.Д.

ТАЙНА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ЧАСТЬ II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ С ПОЗИЦИИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ *

Аннотация:
в работе рассматривается взаимодействие движущихся электрических зарядов с позиции электродинамической силы

Ключевые слова:
плоскость действия всех сил, вектор относительной скорости движения точечного заряда, вектор электростатической силы взаимодействия, вектор электродинамической силы взаимодействия, вектор общей силы, линия, соединяющая заряды, линия перпендикулярная линии, соединяющей заряды, связанные линейно расположенные заряды, не связанные линейно расположенные заряды

DOI 10.24412/2712-8849-2024-978-594-618

УДК 537.112

Становов А.Д.

инженер электронной техники

(г. Москва, Россия)

ТАЙНА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ЧАСТЬ II.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ С ПОЗИЦИИ

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Аннотация: в работе рассматривается взаимодействие движущихся электрических зарядов с позиции электродинамической силы.

Ключевые слова: плоскость действия всех сил, вектор относительной скорости движения точечного заряда, вектор электростатической силы взаимодействия, вектор электродинамической силы взаимодействия, вектор общей силы, линия, соединяющая заряды, линия перпендикулярная линии, соединяющей заряды, связанные линейно расположенные заряды, не связанные линейно расположенные заряды.

Рассмотрим силы взаимодействия между движущимися зарядами с позиции электродинамических сил.
- Согласно п.1.2 (часть I) все силы действуют в одной плоскости. Одним из основных элементов расчёта, при взаимодействии между двумя движущимися точечными зарядами, является линия (расстояние между этими зарядами (рис.8)), совпадающая с вектором Кулоновской силы. В формуле, определяющей силу взаимодействия, указывается, как (r²). Для линейно расположенных зарядов, при взаимодействии с точечным зарядом, в формуле, определяющей силу взаимодействия, указывается, как (r). Вторым и третьем основными элементами, являются вектора скорости ₁и ₂ движения зарядов q₁ и q₂. Соответственно, в определении силы взаимодействия между зарядами важными являются величины зарядов, определяющих силу взаимодействия электростатических и электродинамических сил, п.1.2 (часть I).

Плоскость действия всех сил находится на линии, соединяющую заряды. Если все вектора скоростей равны нулю или все вектора скоростей совпадают с линией, соединяющей заряды, то нет возможности определить плоскость взаимодействия сил зарядов, следовательно, нет силы электродинамического взаимодействия. Линия, соединяющая заряды, с вектором относительной скорости _о образуют плоскость действия всех сил при взаимодействии зарядов. Вектора всех сил _о, _к, _э взаимодействия двух зарядов на этой плоскости имеют максимальные значения.

Данная концепция основывается так же на предположении возникновения электродинамического поля между зарядами, при их движении относительно друг друга. Между зарядами любой полярности действует центральная электростатическая сила _1к,_2к, _3к, _4к (рис.8), соединяющая по прямой, самой короткой линии силового электрического поля. Для движущихся относительно друг друга зарядов действие электродинамической силы _2э, _3э,_4э (рис.8) происходит по касательной к внешним радиальным линиям силового электрического поля под углом 90^о к вектору электростатического поля, согласно (рис.8).

На (рис.8) показано взаимодействие линейно движущихся с одинаковой скоростью (₁ = ₃ = ₄) точечных заряда q₁, q₃, q₄ относительно не подвижного заряда q₂. Окружности, проходящие через заряды q₁, q₂, q₃, q₄ показывают дуги радиальных силовых электрических полей этих зарядов. Линии (r₁, r₃, r₄), соединяющие линейно движущиеся заряды с не подвижным зарядом q₂, и векторами (₁ = ₃ = ₄) образуют плоскость действия всех сил. Вектора скорости (₁ = ₃ = ₄) для заряда q₂ являются вектором относительной скорости, так как заряд q₂ не подвижен. На этой плоскости, на заряды q₁ и q₂ действует только электростатическая сила _1к и _2к, согласно (рис.8), так как вектор относительной скорости ₁ заряда q₁ не пересекает силовые линии электрического поля зарядов q₁ и q₂. Силы электрического поля, действующие на радиальных силовых линиях равны между собой и противоположны по направлению для систем отсчёта, связанных с зарядами q₁ и q₂ и не вызывают электродинамического взаимодействия между зарядами q₁ и q₂. В рассматриваемом варианте система отсчёта привязана к заряду q₂, так как этот заряд не подвижен.

Вектор относительной скорости ₃ заряда q₃, находящегося на линии (r₃), соединяющего заряды (q₃ и q₂), пересекает линию силового электрического поля. Вектор скорости ₃ пересекает правую дугу силового электрического поля, нарушая равенство электродинамических сил, создаёт электродинамическую силу _3э притяжения для разно полярных зарядов, между зарядами (q₃ и q₂) по правой радиальной линии силового электрического поля. Для системы отсчёта, привязанной к заряду (q₃) электродинамическая сила _2э создаётся на левой дуге силового электрического поля (рис.8), так как вектор относительной скорости _2о, перенесённый от заряда q₃ на заряд q₂ с противоположным направлением, пересекает левую дугу силового электрического поля.

Вектор относительной скорости ₄ заряда q₄ находящегося на линии (r₄), соединяющего заряды (q₄ и q₂), пересекает линию силового электрического поля. Вектор скорости ₄ пересекает левую дугу силового электрического поля, нарушая равенство электродинамических сил, создаёт электродинамическую силу _4э притяжения (для разно полярных зарядов) между зарядами (q₄ и q₂) по радиальной линии силового электрического поля. Для системы отсчёта, привязанной к заряду (q₄) электродинамическая сила _2э создаётся на правой дуге силового электрического поля (рис.8), так как вектор относительной скорости _2о, перенесённый от заряда q₄ на заряд q₂ с противоположным направлением, пересекает правую дугу силового электрического поля.

На (рис.8) показано, как заряды q₁, q₃, q₄, двигаясь прямолинейно и равномерно относительно не подвижного заряда q₂, при взаимодействии с ним, создают переменное электродинамическое поле.

При большом количестве элементарных зарядов, движущихся в одном направлении, суммарное электродинамическое поле становится постоянным. Только точечные заряды, движущиеся под углом 90^о к неподвижному заряду, при взаимодействии с ним, не создают электродинамического поля, а значит не возникает электродинамической силы. Это не значит, что между движущимися и не подвижным зарядами, отсутствует электродинамическое поле. Это поле, согласно (рис.8), действует от соседних зарядов, находящихся под другим углом. Под углом 45^о, движущихся в том же направлении зарядов, образуется максимальная электродинамическая сила _3э,_4э. Заряд q₁, расположенный под углом 90^о к одиночному точечному заряду q₂, не создаёт электродинамическую силу между этими зарядами, но если q₂ будет находится с другими не подвижными, связанными между собой, линейно расположенными зарядами, то между ними и зарядом q₁, под углом 45^о, так же будет действовать максимальная электродинамическая сила. В результате между линейно движущимися зарядами и одиночным точечным зарядом и между двумя линиями движущихся зарядов, сила электродинамического взаимодействия будет разная. Для двух линей движущихся зарядов, сила электродинамического взаимодействия составляет полный вектор, а для линейно движущихся зарядов и одиночного точечного заряда составляет (2/3) от полного вектора.

Для возникновения силы электродинамического, взаимодействия между зарядами, необходима относительная скорость (_о ≠ 0) движения этих зарядов. Если относительная скорость (_о = 0) – нет силы электродинамического взаимодействия. Отсюда следует, что при хаотичном движении элементарных зарядов в веществе (_о = 0), нет электродинамического взаимодействия с другими зарядами. Электродинамическое взаимодействие возможно только между зарядами. Нет заряда – нет взаимодействия. Отсутствие электродинамического взаимодействия, так же обусловлено равновесием отрицательных и положительных зарядов из которых состоят материальные объекты, так как при этом осуществляется равенство сил притяжения и сил отталкивания.

Электродинамическая сила может действовать только между зарядами, движущимися в пространстве относительно друг друга имеющих относительную скорость движения (_о ≠ 0). Вектор максимальной электродинамической силы взаимодействия зарядов находится на плоскости действия всех сил. То есть плоскость, образованная вектором относительной скорости _о и линией, соединяющей два заряда является плоскостью действия всех сил. Для определения силы электродинамического взаимодействия двух движущихся относительно друг друга точечных зарядов, необходимо определить параметры вектора относительной скорости их движения и определить его проекции на линию, соединяющую заряды и линию перпендикулярную ей. Произведение проекций относительной скорости на линию, соединяющую два заряда и перпендикулярную ей линию, лежащую в этой плоскости, определяет силу взаимодействия, движущихся, относительно друг друга зарядов. Взаимодействие между зарядами происходит по линиям силового электрического поля. Не движущиеся относительно друг друга или движущееся навстречу друг другу или обратно заряды взаимодействуют между собой по внутренним центральным силовым линиям электрического поля, то есть происходит электростатическое (Кулоновское) взаимодействие. Движущееся относительно друг друга заряды взаимодействуют по внешним радиальным линиям электрического поля, причём взаимодействие происходит по линиям электрического поля перпендикулярным к вектору скорости заряда. Такое действие электродинамической силы обусловлено инерциальной массой заряда, согласно закону сохранения энергии. Формула модуля электродинамической силы определяющая взаимодействие двух точечных зарядов в пространстве представлена ниже:

F_э= µ₀ μ |q₁| |q₂| |_о|² (Sin α) (Cos α) / 4 π r², где α – угол между вектором относительной скорости _о и линией, соединяющую заряды, r – расстояние между точечными зарядами q₁ и q₂,

_о – вектор относительной скорости зарядов q₁ и q₂.

|_о| (Cos α) – проекция вектора относительной скорости _о на линию, соединяющую заряды,

|_о| (Sin α) – проекция вектора относительной скорости _о на линию перпендикулярную линии, соединяющую заряды.

Электродинамическая сила между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна величине зарядов, модулям проекций относительной скорости _о на оси координат, образованные линией, соединяющей заряды и перпендикулярную ей линией, лежащим на плоскости действия всех сил и обратно пропорциональна квадрату расстояния (r²) между зарядами.

Если одна из проекций относительной скорости _о будет равна 0, то есть (|_о| (Sin α) = 0) или (|_о| (Cos α) = 0), то электродинамическая сила (_э = 0).

Проекция вектора относительной скорости (|_о| (Sin α)) определяет величину и направление скорости _о вдоль линии, перпендикулярной линии, соединяющей заряды и величину и направление действия силы вдоль линии, соединяющей заряды.

Проекция вектора относительной скорости (|_о| (Cos α)) определяет величину направление скорости _о вдоль линии, соединяющей заряды и величину и направление действия силы вдоль линии, перпендикулярной линии, соединяющей заряды, то есть вдоль касательной к окружности внешних радиальных силовых линий электрического поля.

В процессе линейного, равномерного, относительного движения зарядов q₁, q₃, q₄ относительно не подвижного заряда q₂ (рис.8) параметры вектора относительной скорости _о всегда будут менять своё значение, так как угол (α) меняется во время движения, а это значит проекции этого вектора тоже всегда будут меняться. Это значит, что эти проекции векторов относительной скорости _о имеют ускорения. Если проекции векторов относительной скорости не будут меняться, значит ускорение проекций векторов равно нулю, это означает отсутствие электродинамической силы. То есть электродинамическая сила между зарядами возникает тогда, когда изменяются проекции вектора относительной скорости зарядов, а соответственно меняются их ускорения. Ускорение проекций векторов относительной скорости вызывает изменение равновесия электродинамических сил в радиальных силовых линиях носителей заряда (рис.8). Что приводит к увеличению вектора электродинамической силы по дуге, совпадающей с вектором относительной скорости ₃, в данном случае для заряда q₂, по правой дуге от заряда q₃ к заряду q₂, согласно (рис.8). Причём вектор силы электродинамического взаимодействия для заряда q₃, с относительной скоростью _2о, направлен по левой дуге от заряда q₂ к заряду q₃, противоположно вектору движения заряда q₃. Электродинамическая сила действует по радиальным линиям силового поля. Выполняется закон: сила действия равна силе противодействия. Результат действия электродинамической силы графически показан на (рис. 8).
При хаотичном движении зарядов, вектора электродинамических полей не могут дать суммарный вектор (_э ≠ 0), при взаимодействии с другими зарядами. Суммарный вектор электродинамического поля (_э ≠ 0) может дать только направленное движение свободных носителей заряда относительно других зарядов. Свободные носители заряда, при направленном движении, создают электродинамическое поле, при взаимодействии с другими зарядами. Максимальный вектор напряжённости электродинамического поля, между точечными зарядами, создаётся, когда линия, соединяющая заряды и вектор линейной скорости заряда, составляют угол 45^о, согласно выше указанной формулы п.4.4, где произведение составляющих проекций вектора относительной скорости ((Sin α) (Cos α) = 0,5) дают максимальное значение (0,5) при угле (α = 45^о). При этом проекции относительной скорости зарядов на оси координат одинаковы по величине. Это составляет 100% от полного вектора электродинамического поля (рис. 17,18). То есть сила электродинамического взаимодействия между двумя точечными зарядами определяется произведением ((Sin α) (Cos α)), где α – угол между вектором относительной скорости заряда и линией, соединяющей эти заряды.

Угол (α = 0^о, 90^о, 180^о, 270^о, 360^о) означает отсутствие электродинамической силы. Величина электродинамической силы между двумя точечными зарядами определяется выше указанной формулой п.4.4, где её величина зависит от расстояния (r_q²) между точечными зарядами. В случае, когда максимальная сила электродинамического взаимодействия, возникает при угле (α = 45^о), то расстояние между точечными линейно движущимися зарядами увеличивается (r_q = r / (Sin α)), соответственно в выше указанной формуле (r_q² = (r / (Sin α))²), где (r) – минимальное расстояние до линейно движущихся зарядов. Соответственно при угле (α = 45^о) получается ((Sin 45^о)² = 0,5). Это означает, что вектор электродинамической силы, при таком расположении зарядов, составляет 0,5 от величины вектора электродинамической силы.

Наличие электродинамического поля всегда нужно рассматривать только по отношению к другому заряду. Нет зарядов – нет электродинамического поля, так же, как и для электростатического поля. Векторная сумма двух соседних, только линейно движущихся зарядов, расположенных под углом 45^о к вектору относительной скорости, создаёт полный вектор ₁₃ и ₃₅ силы взаимодействия зарядов (рис. 17,18). У каждого заряда, только линейно движущегося в одном направлении относительно других зарядов, расположенного под углом 45^о к другим зарядам, есть с противоположных сторон, по направлению движения, два максимальных вектора электродинамического поля (рис. 17,18), обеспечивающих полный вектор электродинамического взаимодействия. Векторная сумма электродинамического поля движущегося заряда q₁ (_э = 0), при (α = 90^о), так как направление векторов при (α = 90^о) противоположно друг другу, согласно (рис.8) для зарядов q₁ и q₂. Направление вектора напряжённости электродинамического поля к заряду всегда соответствует направлению радиальной силовой линии, согласно (рис.14…18). Направление максимального вектора напряжённости электродинамического поля, при расположении линии, соединяющей заряды под углом 45^о к вектору линейной скорости зарядов, не означает, что вектор напряжённости электродинамического поля тоже расположен под углом 45^о, а расположен этот вектор по радиальной линии силового поля.
В результате, для определения величины и направления действия силы электродинамического взаимодействия двух точечных зарядов необходимо:
- Выбрать заряд, например, q₂ (рис.9), для которого необходимо определить значения величины и направление действия силы электродинамического взаимодействия.
- Привязать систему отсчёта к выбранному заряду q₂, путём перемещения вектора скорости ₂ от заряда q₂ к заряду q₁ с изменением направления вектора скорости ₂ на противоположный ₂₁ (рис.9). В системе отсчёта, привязанной к заряду q₂, его скорость равна нулю. Вектор скорости ₁ заряда q₁, на который перенесли вектор скорости ₂₁ заряда q₂, может иметь только один – относительный, суммарный, вектор скорости ₁_о движения заряда q₁ относительно заряда q₂. То есть происходит сложение векторов.

В результате получаем заряд q₁ с относительной суммарной скоростью _1о, реально движущийся в пространстве относительно не подвижного заряда q₂. Это значит, заряд q₁ имеет другое направление вектора относительной скорости ₁_о, отличное от направления вектора скорости ₁ в прежней системе отсчёта. Вектор относительной скорости и линия, соединяющая заряды, образуют плоскость взаимодействия всех сил, на которой определяется величина и направления электродинамических сил, действующих между зарядами. На плоскости действия всех сил, вектор относительной скорости _1о пересекает окружность, внешнюю левую радиальную линию силового поля, связывающую заряды q₁ и q₂ (рис.9). Вектор cилы _1э взаимодействия зарядов q₁ и q₂ направлен от заряда q₁ по радиальной силовой линии (левой дуге окружности), в направлении линии относительной скорости _1о, пересекающую окружность, к заряду q₂, согласно (рис.9) и направлен перпендикулярно вектору скорости ₂ и заряду q₂, так как все силовые пинии силового поля всегда перпендикулярны заряду. Соответственно, если привязать систему отсчёта к выбранному заряду q₁, то для него заряд q₂ имеет вектор относительной скорость ₂_о движения относительно заряда q₁. Заряд q₁ в этой системе отсчёта не подвижен. Вектор _2э cилы взаимодействия зарядов q₁ и q₂ направлен от заряда q₂, по радиальной силовой линии (правой дуге окружности) от линии относительной скорости _2о к заряду q₁, согласно (рис.9). На (рис.9) красным цветом выделены вектора скоростей ₂₁, _1о движения заряда q₁ и вектора _1э силы взаимодействия зарядов относительно заряда q₂ с привязанной к нему системой отсчёта. Синим цветом выделены вектора скоростей ₁₂, _2о и вектора _2э для заряда q₁ с привязанной к нему системой отсчёта. Вектора относительной скорости _1о и ₂₀ для разных систем отсчёта всегда коллинеарные.

Полная версия статьи PDF

Номер журнала Вестник науки №9 (78) том 3

Ссылка для цитирования:

Становов А.Д. ТАЙНА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ЧАСТЬ II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ С ПОЗИЦИИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ // Вестник науки №9 (78) том 3. С. 594 - 618. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/17347 (дата обращения: 24.06.2025 г.)

Альтернативная ссылка латинскими символами: vestnik-nauki.com/article/17347

Нашли грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики) ?
- напишите письмо в редакцию журнала: zhurnal@vestnik-nauki.com

* В выпусках журнала могут упоминаться организации (Meta, Facebook, Instagram) в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25 июля 2002 года № 114-ФЗ 'О противодействии экстремистской деятельности' (далее - Федеральный закон 'О противодействии экстремистской деятельности'), или об организации, включенной в опубликованный единый федеральный список организаций, в том числе иностранных и международных организаций, признанных в соответствии с законодательством Российской Федерации террористическими, без указания на то, что соответствующее общественное объединение или иная организация ликвидированы или их деятельность запрещена.