Движение зарядов под воздействием электромагнитного поля Земли

[Ефимов И.]

Зато в вакууме у альфа-частицы пробег будет какой угодно, а не жалкие микроны.

Небольшое уточнение: Довольно большой, но влияние электрического поля Земли окажется практически незаметным

[Семенец Ю.Л.]

На днях предоставилась возможность лично задать свой вопрос ученому-физику довольно высокого ранга. Преподавателю, который преподавал в том числе и электродинамику.
Получил прмерно такой же ответ. Честно говоря - я ничего не понял, но в итоге пришли к заключению, что вопрос остаётся открытым.
По поводу напряженности на поверхности Земли 125 В/м он высказал предположение, что это довольно большая величина. Я высказал предположение, что очень маленькая.
Вопрос: Какое предположение ближе к реальности?  Будут ли другие мнения?
Вот что такое напряженность гравитационного поля 9,81 м/с^2 я понимаю, и буквально чувствую собственной задницей, пока сижу за компьютером.
Кто бы подсказал, как понять и почувствовать напряженность электрического поля 125В/м  ???

В/м = Н/Кл   

На тело с характеристикой 1 Кл, находящиеся в среде с характеристикой 125 Н/Кл, 
будет происходить внешнее  воздействие  с механической характеристикой 125 Н.

Если объект массой 12,7 кг  лежит, например, на  весах  то такой процесс  характеризуется силой 125 Н.   

Если характеристика объекта 1,6 х 10 ^-19 Кл, то действие на такой объект, со страны поля, 
будет характеризоваться силой 2 х 10 ^-17 Н.

[CASTRO]

Небольшое уточнение: Довольно большой, но влияние электрического поля Земли окажется практически незаметным

Ну, как небольшим... Между ионосферой и поверхностью земли разность потенциалов в 400 киловольт. Значит если дать заряду пролететь в вакууме это расстояние по вертикали, то он получит энергию 400 кэВ. Для позитрона - это уже околосветовая скорость.

[Е.А.Меркулов]

Для позитрона - это уже околосветовая скорость.

\[v=198.5~тыс.км./сек.\]

[Ефимов И.]

Ну, как небольшим... Между ионосферой и поверхностью земли разность потенциалов в 400 киловольт. Значит если дать заряду пролететь в вакууме это расстояние по вертикали, то он получит энергию 400 кэВ. Для позитрона - это уже околосветовая скорость.

Не придерживаюсь версии о существовании в природе позитронов, как и электронов.
А вот в наличии в ионосфере ионов гелия Не+ сомневаться не приходится. 
Вот только непонятно, почему эти ионы, как и положительные ионы других атомов, не устремляются с ускорением к поверхности Земли , как это предписано законом Кулона

[Ефимов И.]

Между ионосферой и поверхностью земли разность потенциалов в 400 киловольт.

Попытался рассчитать движение ионов Не+, и сразу возникли вопросы
1. Какую высоту над поверхностью земли принимать к рассчету?
В принципе, можно взять какое-то среднее значение, например    0,6∙10^6 м   В этом случае R1 =  7∙10^6 м
2. Допустим, потенциал на поверхности земли Ф = ER = 125 В * 6,4∙10^6 м  =  8∙10^6 В∙м 
Но в этом случае (разность потенциалов в 400 киловольт) потенциал в ионосфере может иметь значение как   8,4∙10^6 В∙м   так и   7,6∙10^6 В∙м
Что  в этом случае принимать к расчету?

[Ефимов И.]

2. Допустим, потенциал на поверхности земли Ф = ER = 125 В/м * 6,4∙10^6 м  =  8∙10^6 В 
Но в этом случае (разность потенциалов в 400 киловольт) потенциал в ионосфере может иметь значение как   8,4∙10^6 В   так и   7,6∙10^6 В
Что  в этом случае принимать к расчету?

У меня ошбка. Исправляюсь:

2. Допустим, потенциал на поверхности земли Ф = ER = 125 В/м * 6,4∙10^6 м  =  8∙10^8 В
Но в этом случае (разность потенциалов в 400 киловольт) потенциал Ф в ионосфере может иметь значение как  (8∙10^8 В + 4∙10^5 В) так и 
(8∙10^8В - 4∙10^5В)
Что  в этом случае принимать к расчету?

Остановимся на первом варианте. Тогда :
На удалении 0,6∙10^6 м  от поверхности земли R1 =  7∙10^6 м ;  Потенциал Ф1 = 8,004∙10^8 В ; Напряженность Е1 = 114,3 В/м
На поверхности земли  R = 6,4∙10^6 м ;  Потенциал  Ф = 8∙10^8 В ;  Напряженность Е = 125 В/м

На этом остановлюсь. На досуге произведу расчет движения иона гелия Не+ , учитывая вышеприведенные исходные данные.
Влияние атмосферы учитывать не стану

[Ефимов И.]

. На досуге произведу расчет движения иона гелия Не+ , учитывая вышеприведенные исходные данные.
Влияние атмосферы учитывать не стану

Расчёт успехом не увенчался.
Рассчитать теортичесую скорость получилось по формуле v = (q (Ф1 - Ф2) : 0,5m)^0,5  в итоге
v = (2 *1,282∙10-10 Дж : 6,645∙10-27  кг)^0,5 =  (3,86∙1016) 0,5 = 1,964∙10^8 м/с
На этом всё. Не получается рассчитать ни ускорение, ни время движения.
Буду приятно удивлён, если кто-то сумеет довести решение до конца.
Но это вопрос к тем, кто основательно знает электродинамику, у любителей моего уровня не получится.

Но всё вышесказанное - чисто теоретические выкладки, к действительности отношения не имеют.
Несомненно, положительно заряженные ионы движутся в направлении Земли, но в процессе взаимодействия с атомами атмосферы ионы теряют заряды, превращаясь в нейтральные атомы. Вроде бы так.

Вопрос в другом.
Если в идеальных условиях (отсутствие полей от других объектов, влиание атмосферы минимальное, можно не учитывать) материальный объект, имеющий массу m , положтельный заряд q , начинает двжение к Земле, находясь на удалении от центра Земли R , то движение этого объекта под действием гравитации (конечную скорость, ускорение, время ) сможет рассчитать даже школьник. Движение этого объекта с учетом возействия электрического поля Земли  - задача более сложная, не уверен, что кто-нибудь сможет предоставить верное решение

[Е.А.Меркулов]

материальный объект, имеющий массу m , положтельный заряд q , начинает двжение к Земле, находясь на удалении от центра Земли R , то движение этого объекта под действием гравитации (конечную скорость, ускорение, время ) сможет рассчитать даже школьник. Движение этого объекта с учетом возействия электрического поля Земли  - задача более сложная, не уверен, что кто-нибудь сможет предоставить верное решение

Это почему это? Движение по формуле: \[F=G\cdot{m\cdot M\over R^2}\] …у вас рассчитать смогёт даже школьник, а движение по аналогичной формульке:\[F=k\cdot{q\cdot Q\over R^2}\] …нихто, на усём белом свете, да ни в жизнь.
Парадокс, однако.
И очень интересно было бы, в таком разе, послушать, как ваш шибко грамотный школьник объясняет тот факт, что многие тонны воды (пресловутое \( m \)) спокойно висят себе (облаками) не только на удалении (пресловутое \( R \)) от центра Земли, но и высоко над поверхностью (\( h \)) той же самой Земли. И, зачастую, при этом, даже не начинают никакого движения к Земле.
Желательно услышать это объяснение не на пальцах и пустых словах, а формулой, учитывающей размер капель (\(r\)) в облаках.

[Ефимов И.]

Это почему это? Движение по формуле: \[F=G\cdot{m\cdot M\over R^2}\] …у вас рассчитать смогёт даже школьник, а движение по аналогичной формульке:\[F=k\cdot{q\cdot Q\over R^2}\] …нихто, на усём белом свете, да ни в жизнь.

Вопрос в том, чтобы правильно определить ускорение, исходя из закона Кулона. 
Если известно значение F, то школьники (и не только) рассчитывают по формуле   а = F : m
Именно с этого я и начинал:

В поле Земли напряженностью 125 В/м сила, действующая на альфа-частицу составляет 4∙10^-17 Н. Не так уж и много, но расчет, произведенный в соответствии со вторым законном Ньютона, показывает:
а = F : m  =   4∙10^-17 Н :  6,645∙10^-27 кг =  6∙10^9 м/с^2                                                   
Таким образом направленное вниз ускорение должно быть 6∙10^9 м/с^2,

Упорно дожидался, пока кто-нибудь укажет на ошибку. Ошибку не арифметическую, а логическую, ошибку в самой методике расчета ускорения.
Вы на ошибку указать можете, или вполне согласны с приведенным расчетом?

Попробую пояснить:
Исходя из закона Всемирного тяготения для расчета ускорения применяют формулу  а = F : m

По аналогии, исходя из закона Кулона следует применить формулу   а = F : q
В итоге полученное значение имеет размерность  В/м .
Но вот как перевести В\м в единицы ускорения то есть м/с^2, школьники не знают. Академики, получается, тоже.

[Ефимов И.]

И очень интересно было бы, в таком разе, послушать, как ваш шибко грамотный школьник объясняет тот факт, что многие тонны воды (пресловутое \( m \)) спокойно висят себе (облаками) не только на удалении (пресловутое \( R \)) от центра Земли, но и высоко над поверхностью (\( h \)) той же самой Земли. И, зачастую, при этом, даже не начинают никакого движения к Земле.
Желательно услышать это объяснение не на пальцах и пустых словах, а формулой, учитывающей размер капель (\(r\)) в облаках.

Понятия не имею. Если находите в этом процессе связь с темой - можете пояснить.
Впрочем, не обязательно. Будет лучше, если расскажете в отдельной теме

[Ефимов И.]

говорим про гравитационную линзу, про то что лучи Сонца отклоняются от расчётной орбиты. Вы это явление игнорируете.

Почему игнорирую? По этому вопросу - "Траектория движения лучей света вблизи массивных объектов"
Посмотреть можно здесь:   https://revolution.allbest.ru/physics/01414535_0.html
Нужно предварительно скачивать, иначе рисунок не отображается, а без него ничего не понятно
Там не совсем так, как трактует академическая наука
Если не раскроется - сброшу в личку в формате PDF

Это вроде тоже по теме, но мне интересно разобраться именно с электродинамикой.

[Ефимов И.]

Почему игнорирую? По этому вопросу - "Траектория движения лучей света вблизи массивных объектов"
Посмотреть можно здесь:   https://revolution.allbest.ru/physics/01414535_0.html
Нужно предварительно скачивать, иначе рисунок не отображается, а без него ничего не понятно

Разместил на сайте STL:  http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/public/YaBB.pl?num=1733211085
Здесь посмотреть можно без проблем

[CASTRO]

Устремляются с ускорением к поверхности Земли , как это предписано законом Кулона

Но у них длина свободного пробега ничтожная, а набираемая на этой длине скорость мала по сравнению со скоростью теплового движения.

[Ефимов И.]

Но у них длина свободного пробега ничтожная, а набираемая на этой длине скорость мала по сравнению со скоростью теплового движения.

Вот насчёт скорости теплового движения вообще не заморачиваюсь, но похоже на то, что положительно заряженные частицы вначале ускоряются, но в процессе столновения с нейтральными атомами и молекулами атмосферы теряют заряд, на чём и приостанвливаются. Вроде бы так

[Ефимов И.]

Вопрос в том, чтобы правильно определить ускорение, исходя из закона Кулона. 
По аналогии, исходя из закона Кулона следует применить формулу   а = F : q
В итоге полученное значение имеет размерность  В/м .
Но вот как перевести В\м в единицы ускорения то есть м/с^2, школьники не знают. Академики, получается, тоже.

Задаю подобный вопрос знакомым преподавателям. Уровень - от докоров физмат наук и ниже.
Получается, что не только Е.А. Меркулов не знает ответа, но и преподаватели со степенями и стажем.  VPD, похоже, тоже преподаватель
Чему нас учит семья и школа? 

[VPD]

...
Вы на ошибку указать можете, или вполне согласны с приведенным расчетом?
Попробую пояснить:
Исходя из закона Всемирного тяготения для расчета ускорения применяют формулу  а = F : m

По аналогии, исходя из закона Кулона следует применить формулу   а = F : q
В итоге полученное значение имеет размерность  В/м .

    Как и в вопросе  влияния  ускорения альфа-частицы электрическим полем Земли на её траекторию в опыте Резерфорда,  вы принципиально не разобрались и в этом вопросе.
    Несмотря на похожесть формул закона всемирного тяготения и закона Кулона, физически это  принципиально  разные законы.
   Эта похожесть - проявление общей для них "арены существования" – трёхмерного евклидового  пространства.   
  1.Обратноквадратическая зависимость сил - следствие трёхмерности пространства: с ростом расстояния между телами растёт площадь сферы, занимаемая электрическим и гравитационным полем, что приводит к квадратичному уменьшению их интенсивности.
  2.Мультипликативный характер взаимодействия, и зарядов, и масс определяется симметрией пространства, его однородностью и изотропностью, которые порождают связи  материальных объектов вида:  'каждый с каждым". Все заряженные и массивные частицы "знают" о существовании друг друга!
           Похожестью  формул гравитационного и электрического взаимодействий скрывает, как минимум,  семь   принципиальных отличий.
        Первое. Гравитирующие объекты, представляемые массами тел, только притягиваются, в то время как  заряженные объекты 'умеют' и отталкиваться.
         Второе. Гравитационное поле невозможно ослабить никаким  экраном, установленным между телами.
        Третье. Ускорение частиц в электрическом и гравитационном поле происходит по-разному: ускорение в гравитационном поле не зависит от величины массы притягивающегося тела, а в электростатическом поле  пропорционально   величине единичного заряда.
        Четвёртое. Относительный масштаб сил гравитации и электромагнетизма  для электрона, например,  отличается более, чем на 42 порядка (4,16*10⁴²).
        Пятое.  Ускоряющиеся нейтральные тела (в отличие от заряженных) вызывают очень слабые по сравнению с электромагнитными, гравитационные волны, открытые экспериментально лишь несколько  лет тому назад.
        Шестое. Масса атомов может прирастать за счёт электрически нейтральных нейтронов. То есть масса тела и его заряд изменяются независимо.
      Седьмое. Элементарный электрический заряд существует, а минимального гравитационного - не нашли.
       Всё вышесказанное не оставляет сомнения в том, что гравитация и электричество не имеет общих 'корней'.

Но вот как перевести В\м в единицы ускорения то есть м/с^2, школьники не знают. Академики, получается, тоже.

   Дело не в уровне знаний школьников и академиков.
    Дело - в отсутствии знаний у вас.

[Ефимов И.]

    Как и в вопросе  влияния  ускорения альфа-частицы электрическим полем Земли на её траекторию в опыте Резерфорда,  вы принципиально не разобрались и в этом вопросе.

Изумительный способ вести дисскуссии на какие бы то ни было темы.

Со старта привожу расчёт:

В поле Земли напряженностью 125 В/м сила, действующая на альфа-частицу составляет 4∙10^-17 Н. Не так уж и много, но расчет, произведенный в соответствии со вторым законном Ньютона, показывает:
а = F : m  =   4∙10^-17 Н :  6,645∙10^-27 кг =  6∙10^9 м/с^2                                                   
Таким образом направленное вниз ускорение должно быть 6∙10^9 м/с^2
Далее: "Упорно дожидался, пока кто-нибудь укажет на ошибку. Ошибку не арифметическую, а логическую, ошибку в самой методике расчета ускорения.
Вы на ошибку указать можете, или вполне согласны с приведенным расчетом?
В ответ получаю: 
  вы принципиально не разобрались и в этом вопросе.
Это из разряда: Преподаватель задаёт студенту вопрос, а он в ответ:  "Вы принципиально не разобрались в этом вопросе".
Насколько понимаю, по существу ответить вы не в состоянии.

Кстати, я уже признал, что пример с альфа-частицами неудачный, а значит разобрался.

Несмотря на похожесть формул закона всемирного тяготения и закона Кулона, физически это  принципиально  разные законы.

Согласен.
В законе Кулона отсутствует такая величина, как масса, именно по этой причине нет и оснований рассчитывать ускорение, основываясь на законе Ньютона.
В случаях, когда между собой взаимодействуют объекты, имеющие электрический заряд, то при расчётах следует оперировать исключительно теми величиинами, которые имеют место в формуле, представляющей этот закон.
Если для расчетов привлекать какие бы то ни было посторонние величины, например - давление, температуру, массу (упаси боже) - то получится нечто из разряда:
 "В огороде бузина, а в Киеве дядька"   
Вряд ли такой подход следует считать научным. Но чтобы такое понять, нужно обладать способностью мыслить логически
Вот только не указывайте мне, что в учебниках написано по-другому. Время от времени учебники не мешает переписывать

[VPD]

...
Вряд ли такой подход следует считать научным. Но чтобы такое понять, нужно обладать способностью мыслить логически
Вот только не указывайте мне, что в учебниках написано по-другому. Время от времени учебники не мешает переписывать

  Я ожидал  такую  реакции на мой анализ. 
     С сожалением констатирую, что если в вопросе об альфа-частице вы "увидели прыщик на заднице у слона, которого вообще не заметили", то,
  приравнивая ЗВТ с законом Кулона,  вы "одной левой" прировняли" статую Венеры Милосской со статуей Давида Микеланджело. На том основании, что это изображения людей.
   Получилось  намного хуже, чем  в пословице "в огороде бузина...".
   А может, вместо   обвинений  в адрес семьи,  школы, учебников  и академиков,   всё-таки, следует подучится?

[Ефимов И.]

   А может, вместо   обвинений  в адрес семьи,  школы, учебников  и академиков,   всё-таки, следует подучится?

Поздно, батенька. Всё, что мне остаётся - исправлять косяки академиков и прочих учОных
Поскольку вы из разряда тех, кто имеет обыкновение учить и поучать:
Расскажите мне, каким образом размерность (В/м) перевести в единицы ускорения  (м/с^2) ?
Только не надо повторять, что я ничего не понял.
Если хватит ума - заполните пробелы , но только без комментариев.
     1В/м =             м/с^2