Что кроется под феноменом индукции?

[Фёдор Менде]

Поперечный эффект Допплера имеет место даже для акустики. Теоретически он объясняется довольно элементарно: расстояние между приемником и поперечно движущимся источником изменяется со временем нелинейно. Т.е. их взамное движение ускоренно. При ускоренном движении источника звука (и света) относительно приемника возникает хорошо известный эффект изменения частоты в антенне приемника. Частный случай -гравитационное смещение частоты света. Экспериментально поперечный акустический эффект допплера хорошо известен в подводной акустике, я воспроизвожу его в лаборатории с лёгкостью.

Электродинамике дело даже не в том, что расстояние между приемником и поперечно движущимся источником изменяется со временем нелинейно. А в том, что видимое изображение звезды находиться не в том месте, где действительно находиться звезда и поэтому имеется линейная скорость звезды по линии, соединяющей звезду и наблюдателя. Конечно эта скорость нелинейно зависит от времени, но это уже эффект второго порядка, о котором вообще никто кроме вас не знает, но он конечно же существует и в аккустике при локации учитывается.

[tory]

Посмотрите на направление токов на рисунке к посту 390 и Вы сами поймёте, где фронт волны ускоряет, а где замедляет электроны.

Это не позволяет решить проблему избыточных зарядов. Я об этом уже писал.
Теорема Гаусса нарушается.

[Фёдор Менде]

Это не позволяет решить проблему избыточных зарядов. Я об этом уже писал.
Теорема Гаусса нарушается.

По этому пункту мы не нашли общей точки зрения, считаю что дальнейшая дискуссия по этому вопросу пользы не принесёт. Останемся при своих точках зрения и пойдём дальше.

[tory]

И все же, разобраться стоило бы.
Здесь было бы желание.

[Фёдор Менде]

И все же, разобраться стоило бы.
Здесь было бы желание.

То что Вы пишите это даже не каменный век.
Обсуждаемые Вами вопросы давным давно решены и описаны в литературе. Для строгого решения подобных задач следует записать уравнения Максвелла с граничными условиями, учтя свойство границы, в данном случае металла. Сделав это Вы получите не только поля в металлических проводниках линии но и распределение токов в них, откуда следует, что скорость электронов в металле, при распространении в линии электромагнитной волны составляет несколько миллиметров в секунду. Вы увидите, что в проводящих поверхностях в пределах скин-слоя тоже распространяется волна, фазовая скорость которой значительно меньше, чем у волны в свободном пространстве. Если с учётом этого замедления вычислить суммарную фазовую скорость волны в реальной линии, то она окажется несколько меньше, чем в свободном пространстве.
Все эти вопросы подробнейшим образом разобраны в книге Рамо и Уиннери Поля и волны в современной радиотехнике, изданной ещё в 1947 году. Я уже несколько раз рекомендовал Вам познакомиться с её содержанием, и если бы Вы это сделали, то подобные вопросы не возникали бы.

[Фёдор Менде]

Золотым веком науки и техники нужно считать девятнадцатый век, когда были открыты основные законы физики. Колыбелью науки в то время была Англия, чему способствовало развитие судноплавания. Такие столпы электродинамики как Ампер, Вебер, Фарадей, Максвелл, Герц жили в это время. Но даже от этих гениев нельзя ожидать того, что они смогли полностью освободиться от пут средневековья с их птоломеевским подходом. Пример тому магнитное поле, которое до настоящего времени считают реальным физическим полем. Не смогли даже эти гении понять истинные причины этого явления, слишком завораживающе действовали на всех металлические опилки, которые так организованно вели себя около магнитов и проводников с током. Не поняли они, что виной такого их поведение является не гипотетическое магнитное поле, а зависимость скалярного потенциала заряда от его относительной скорости. Не поняли они и то, что эта зависимость лежит в основе всех законов электродинамики.
Что же происходило дальше? А дальше началось господство политфизики, основателем которой был Эйнштейн, с толпами схоластов и начётчиков, которые и заполонили всю физику, извлекая из неё, прежде всего, корысть. Сейчас мы переживаем непростые времена, но они являются рубежом между застоем двадцатого века и новым витком развития науки. И этому, прежде всего способствует развития современных коммуникационных систем таких как Интернет.
Мы уже показали как просто и понятно при помощи скалярно-векторного потенциала решаются проблемы силового взаимодействия токонесущих систем и проблема фазовой аберрации и поперечного эффекта Доплера. Теперь  покажем, как при его помощи решается проблема излучения.
 

[Игорь Мисюченко]

И все же, разобраться стоило бы.
Здесь было бы желание.

Здесь спутаны понятия "движение заряда, как заряженной частицы" и "дижение заряда, как величины". Величина поверхностного (или объемного) заряда движется с околосветовой скоростью, а сами частицы, носители элементарных порций заряда, движутся крайне медленно. Вы наверняка видели старую механическую игрушку - ряд стальных шариков, подвешенных на ниточках. Если отклонить крайний шарик, а затем отпустить, то в момент его удара о первый же шарик висящий в ряду, практически немедленно, отлетит в сторону крайний шарик с другой стороны. Сами шарики движутся очень медленно - метры в секунду. А ударная "волна" бежит по ряду шариков со скоростью звука в стали, несколько километров в секнду. Одно не противоречит другому. Так и с электронами в металле.

[Фёдор Менде]

Здесь спутаны понятия "движение заряда, как заряженной частицы" и "дижение заряда, как величины". Величина поверхностного (или объемного) заряда движется с околосветовой скоростью, а сами частицы, носители элементарных порций заряда, движутся крайне медленно. Вы наверняка видели старую механическую игрушку - ряд стальных шариков, подвешенных на ниточках. Если отклонить крайний шарик, а затем отпустить, то в момент его удара о первый же шарик висящий в ряду, практически немедленно, отлетит в сторону крайний шарик с другой стороны. Сами шарики движутся очень медленно - метры в секунду. А ударная "волна" бежит по ряду шариков со скоростью звука в стали, несколько километров в секнду. Одно не противоречит другому. Так и с электронами в металле.

И всё-таки немного не так. Мы знаем, что в коакситальной линии распространяется ТЕМ (поперечная) волна, когда вектор электрического поля нормален к поверхности проводников. Но токи в этих проводниках, сопутствующие этой волне, параллельны поверхности проводников. Но чтобы возбудить такие токи нужна тангенциальная составляющая электрического поля в проводнике по отношению к вектору электрического поля в ТЕМ волне. Откуда берётся такой вектор? Если рассмотреть нормальное падение ТЕМ волны на проводящую поверхность и записать уравнения Максвелла с граничными условиями, то легко видеть, что вглубь проводника распространяется затухающая волна, фазовая скорость которой значительно меньше, чем у волны в свободном пространстве. Эта волна проникает в проводник на глубину скин-слоя, который корневым образом зависит от частоты и  для хороших проводников на несколько порядков меньше длины волны в свободном пространстве. Такое свойство проводников приводит к тому, что при распространении над такой поверхностью ТЕМ волны в поверхностном слое возникает волна, у которой линии постоянной фазы электрических полей сильно наклонены по отношению к вектору электрического поля ТЕМ волны между проводниками линии и почти параллельны поверхности проводников. Эти поля в проводниках линии, которые тоже распространяются на глубину скин-слоя, и приводят к ускорению зарядов в проводниках линии. Если произвести расчет токов, получаемых от ускорения зарядов, то легко видеть, что токи тоже распространяются на глубину скин- слоя и отстают от фазы электрических полей в на 45 градусов. Это говорит о том, что у этих токов имеется как активная, так и реактивная (индуктивная) составляющая. Все эти обстоятельства хорошо известны и говорят они о том, что токи, возбуждаемые в проводниках линии, есть следствие выполнения граничных условий при движении ТЕМ волны над проводящей поверхностью, а сами двигающиеся заряды, представляющие поверхностные токи в проводниках линии, не движутся со скоростью света, а локально возбуждаются локальными электрическими полями в скин-слое проводника, которые возникают в результате распространения ТЕМ волны над проводящей поверхность. Существует даже термин «направляемые ТЕМ волны» который указывает на то, что проводящие поверхности направляют такие волны в нужном направлении, что и имеет место в линиях передач и, в частности, в коаксиальных линиях.

[tory]

Федор Федорович!
Начнем с формулы (1).
Что означает зависимость скорости зарядов  v(t - r/c)?

Эта составляющая скорости "распространяется" со скоростью света. Как это понять?

Но ведь скорость это не материальный объект. Она принадлежит заряду.
Это требует разъяснения.

[Фёдор Менде]

Федор Федорович!
Начнем с формулы (1).
Что означает зависимость скорости зарядов  v(t - r/c)?

Эта составляющая скорости "распространяется" со скоростью света. Как это понять?

Но ведь скорость это не материальный объект. Она принадлежит заряду.
Это требует разъяснения.

Речь идёт не о зависимости скорости заряда, а о запаздывании скалярного потенциала.

[tory]

Речь идёт не о зависимости скорости заряда, а о запаздывании скалярного потенциала.

1. У вас прежде всего скорость зависит от t - r/c., а скалярный потенциал есть следствие этой зависимости.
Скалярный потенциал связан с зарядом. Я понял бы, например, если заряд был бы запаздывающим или вы решали бы волновое уравнение для скорости.
2. Но почему скорость заряда запаздывает по отношению к заряду? Она удовлетворяет волновому уравнению?
3. Если вы правы, то и координата заряда должна быть запаздывающей. Ведь скорость есть производная координаты заряда по времени.

[UR4III]

И всё-таки немного не так. Мы знаем, что в коакситальной линии распространяется ТЕМ (поперечная) волна, когда вектор электрического поля нормален к поверхности проводников. Но токи в этих проводниках, сопутствующие этой волне, параллельны поверхности проводников. Но чтобы возбудить такие токи нужна тангенциальная составляющая электрического поля в проводнике по отношению к вектору электрического поля в ТЕМ волне. Откуда берётся такой вектор?

И далее Вы объясняете каким образом возникает этот вектор.
Во-первых, чтобы вектор эл.поля был нормален к поверхности проводников, в проводниках должны течь в одном и том же направлении заряды, противоположные по знаку. "Насос", перекачивающий электроны из одного провода в другой, появление зарядов противоположной полярности не объясняет.
Во-вторых. Если взять одиночный провод, то в нём отсутствует тангенциальная составляющая и заряды движутся только под влиянием эл.поля, распространяющегося от клеммы источника. Если два провода образуют линию, то причина движения зарядов в каждом проводе не меняется.

[Фёдор Менде]

1. У вас прежде всего скорость зависит от t - r/c., а скалярный потенциал есть следствие этой зависимости.
Скалярный потенциал связан с зарядом. Я понял бы, например, если заряд был бы запаздывающим или вы решали бы волновое уравнение для скорости.
2. Но почему скорость заряда запаздывает по отношению к заряду? Она удовлетворяет волновому уравнению?
3. Если вы правы, то и координата заряда должна быть запаздывающей. Ведь скорость есть производная координаты заряда по времени.

Вы не поняли основного содержания статьи. В современной классической электродинамике скалярный потенциал не зависит от относительной скорости заряда. Здесь же зависит, и эта зависимость, которая имеет экспериментальное подтверждение, является основой новой электродинамики, не нуждающейся в уравнениях Максвелла и в волновых уравнениях. Единственным допущением в этой электродинамике является то, что изменения этого потенциала, связанные с его зависимостью от скорости, распространяются в свободном пространстве по отношению к заряду со скоростью света. В такой постановке вопроса электрические поля не могут быть вихревыми, как это имеет место в уравнениях Максвелла, а являются только градиентными.   

[Фёдор Менде]

И далее Вы объясняете каким образом возникает этот вектор.
Во-первых, чтобы вектор эл.поля был нормален к поверхности проводников, в проводниках должны течь в одном и том же направлении заряды, противоположные по знаку. "Насос", перекачивающий электроны из одного провода в другой, появление зарядов противоположной полярности не объясняет.
Во-вторых. Если взять одиночный провод, то в нём отсутствует тангенциальная составляющая и заряды движутся только под влиянием эл.поля, распространяющегося от клеммы источника. Если два провода образуют линию, то причина движения зарядов в каждом проводе не меняется.

Для того, чтобы понять написанное мною выше, Вы должны  записать уравнения Максвелла при заданных граничных условиях, к сожалению на пальцах это объяснить не представляется возможным

[UR4III]

к сожалению на пальцах это объяснить не представляется возможным

Вот в этом и беда!
Смотрите, есть провод с переменным током, рядом с ним второй, ни к чему не подключённый. Переменный ток создаёт переменное магнитное поле, которое наводит во втором проводе эдс. Эдс отстаёт от тока в первом проводе на 90°, а направление тока во втором проводе по правилу Ленца противоположно току в первом.
Во! Всё ясно! Берём и используем. Правило правой руки, правило буравчика …
Всё на практике подтверждается. Стрелка компаса возле провода поворачивается.
Теперь оказывается, магнитного поля нет. Градиент, скаляр … Даже tory не всегда Вас понимает. А что делать инженеру? Считать по Птолемею или осваивать Коперника?
Мне кажется, что пример с линией для большинства сложен для понимания. Может по примитивней? Есть один проводник с током. Рядом другой, в котором с помощью эл.поля наводится эдс. Вопрос: как?

[Игорь Мисюченко]

Вот в этом и беда!
Смотрите, есть провод с переменным током, рядом с ним второй, ни к чему не подключённый. Переменный ток создаёт переменное магнитное поле, которое наводит во втором проводе эдс. Эдс отстаёт от тока в первом проводе на 90°, а направление тока во втором проводе по правилу Ленца противоположно току в первом.
Во! Всё ясно! Берём и используем. Правило правой руки, правило буравчика …
Всё на практике подтверждается. Стрелка компаса возле провода поворачивается.
Теперь оказывается, магнитного поля нет. Градиент, скаляр … Даже tory не всегда Вас понимает. А что делать инженеру? Считать по Птолемею или осваивать Коперника?
Мне кажется, что пример с линией для большинства сложен для понимания. Может по примитивней? Есть один проводник с током. Рядом другой, в котором с помощью эл.поля наводится эдс. Вопрос: как?

Элементарно! В первом проводе электроны движутся?! Факт, движутся. Причём ускоренно (ток-то переменный!). Их электрическое поле движется вместе с ними?! Ну а куда оно денется! Конечно, движется... Силовые линии этого движущегося поля пересекают заряды второго проводника?! Ясное дело, пересекают. Попробуй-ка двигаться и не пересекать... ) Причём пересекают неравномерно, поскольку движутся ускоренно, как мы уже выяснили. Вот это-то неравномерное движение поля и порождает "ЭДС индукции"!
Разве сложный механизм?! Уж не сложнее механической инерции. А вот Ф.Ф.Менде описывает движение электрического поля через скалярно-векторный потенциал, и у него всё сходится. Это тоже есть подтверждение правильности вышеописанного механизма индукции.

[Фёдор Менде]

Элементарно! В первом проводе электроны движутся?! Факт, движутся. Причём ускоренно (ток-то переменный!). Их электрическое поле движется вместе с ними?! Ну а куда оно денется! Конечно, движется... Силовые линии этого движущегося поля пересекают заряды второго проводника?! Ясное дело, пересекают. Попробуй-ка двигаться и не пересекать... ) Причём пересекают неравномерно, поскольку движутся ускоренно, как мы уже выяснили. Вот это-то неравномерное движение поля и порождает "ЭДС индукции"!
Разве сложный механизм?! Уж не сложнее механической инерции. А вот Ф.Ф.Менде описывает движение электрического поля через скалярно-векторный потенциал, и у него всё сходится. Это тоже есть подтверждение правильности вышеописанного механизма индукции.

Всё правильно, только с небольшой оговоркой. Индукция происходит не по причине того, что меняется магнитное поле, а по причине того, что скалярный потенциал заряда зависит от его относительной скорости. А магнитное поле это просто математическая выдумка.

[UR4III]

Силовые линии этого движущегося поля пересекают заряды второго проводника?! Ясное дело, пересекают. Попробуй-ка двигаться и не пересекать... ) Причём пересекают неравномерно, поскольку движутся ускоренно, как мы уже выяснили. Вот это-то неравномерное движение поля и порождает "ЭДС индукции"!

Согласен. А теперь про 90 гр задержки и про направление индуцированного тока.

[Игорь Мисюченко]

Согласен. А теперь про 90 гр задержки и про направление индуцированного тока.

Рассказываю про направление индуцированного тока. Пусть заряды первого проводника движутся с ускорением а нууу.. для определенности... вперёд. Их элеткрическое поле движется вместе с ними (заметьте, в полном согласии с Ф. Менде я ни про какое "магнитное поле" даже не упоминаю!). Заряды ускоряются, значит силовые линии их электрического поля всё чаще и чаще пересекают неподвижные заряды второго (параллельно с первым) проводника. Именно это и приводит к тому, что и на электроны и на ионы второго проводника действует сила "индукции". Индукция устроена так (установили ещё М. Фарадей и Г. Х. Ленц), что всегда направленна против силы, вызывавшей изменение тока. Значит электроны второго проводника будут ускоряться противоположно к электронам первого проводника. Ну а к чему приводит ускорение со временем? К росту скорости! Скорость - интеграл ускорения. А скорость носителей заряда - это ток. В итоге во втором проводнике возникает ток, противонаправленный к току в первом проводнике. Можете с лёгкостью проверить, использовав так называемый "безиндуктивный трансформатор". Как его сделать можете у меня в книжке почитать.  Но если лень читать, могу и тут растолковать.
Теперь про 90 градусов. Вы видимо имели ввиду сдвиг фазы между тком и напряжением в индуктивности? Учтите, эта фраза приблизительо верна только в том случае, если индуктивное сопротивление много выше активного. Иначе пшик, плакали 90 градусов.  Происходит сей сдвиг весьма несложно: в какой-то момент мы приложили напряжение к проводнику. Электроны немедленно приобрели ускорение. Не скорость, а именно ускорение! Укорение это ограниченно массой носителей заряда (кинетической индуктивностью электронов)  и явлениями самоиндукции в проводнике (геометрической индуктивностью проводника). В итоге начинает нарастать скорость носителей. Скорость это интеграл ускорения. Так? А скорость это что? Ток. Следовательно ток определяется как интеграл от причины, вызывавшей ускорение. А причиной что было? Правильно, ЭДС. Значит, если ЭДС синусоидальна, то интеграл от ней косинусоидален. Значит ток сдвинут на 90 градусов относительно ЭДС.

[Игорь Мисюченко]

Всё правильно, только с небольшой оговоркой. Индукция происходит не по причине того, что меняется магнитное поле, а по причине того, что скалярный потенциал заряда зависит от его относительной скорости. А магнитное поле это просто математическая выдумка.

Так я тут про магнитное поле и не говорил, я сразу перешёл к ускоренному движению электрического поля, минуя слова изменяющееся "магнитное поле".