Исследование тока электронов, вызванного ускорением

[Ost]

  Будем считать, что тонкий разрез кольца не изменит его геометрических размеров и других физических параметров. Разрез,очевидно, не изменит массу электрона. Поэтому, сгенерированный одинаковым  ускорением, заряд в обоих случаях будет одинаковым и расчёт должен давать одинаковый результат.

Разрез разрывает цепь, появляется ёмкость перехода между торцами.
Это другая задача.

[VPD]

Разрез разрывает цепь, появляется ёмкость перехода между торцами.
Это другая задача.

.  Задача - другая, заряд тот же.

[Ost]

.  Задача - другая, заряд тот же.

Формула не подходит для кольца с разрезом, так как изменись условия задачи.
Другое будет решение, другая формула.

[VPD]

Формула не подходит для кольца с разрезом, так как изменись условия задачи.
Другое будет решение, другая формула.

   Не согласен. Инерционный "механизм" разделения зарядов не изменяется. Электроны "не знают" разомкнута  или замкнута гальванически электрическая цепь. Для импульсного тока она всегда замкнута через конденсатор, образованный торцами  разрезанного кольца. Наносекундным импульсам единиц пикофарад достаточно.

[Ost]

   Не согласен. Инерционный "механизм" разделения зарядов не изменяется. Электроны "не знают" разомкнута  или замкнута гальванически электрическая цепь. Для импульсного тока она всегда замкнута через конденсатор, образованный торцами  разрезанного кольца. Наносекундным импульсам единиц пикофарад достаточно.

Формула получается интегрированием на бесконечном времени.
У Вас время ограниченно, заряд будет другой, другая формула.
Конденсатор ограничивает время интегрирования.

[VPD]

Формула получается интегрированием на бесконечном времени.
У Вас время ограниченно, заряд будет другой, другая формула.
Конденсатор ограничивает время интегрирования.

  И что? Заряды куда то исчезнут? Сколько образовалось свободных - столько и зафиксируется.
   Я ведь делал опыт с замкнутым и разомкнутым витком. Заряд получался одинаковым.
 Вот замкнутый виток https://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=621457.msg10680728#msg10680728
  Почти тот же заряд с незамкнутым.
 

[Ost]

  И что? Заряды куда то исчезнут? Сколько образовалось свободных - столько и зафиксируется.
   Я ведь делал опыт с замкнутым и разомкнутым витком. Заряд получался одинаковым.
 Вот замкнутый виток https://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=621457.msg10680728#msg10680728
  Почти тот же заряд с незамкнутым.

И что? Заряды куда то исчезнут?

Главный вопрос не о том, куда заряды исчезнут, а о том откуда они берутся.
По формуле, при нулевом сопротивлении, получится бесконечный заряд.
И откуда он такой может взяться при ударе за короткое время?, ну пусть будет просто большой,
полученный например на кольце из монокристалла меди при криогенном охлаждении.

Сколько образовалось свободных - столько и зафиксируется.

Свободные заряды не образуются от удара. Они всегда существуют в равновесном состоянии
при квантовых переходах. При ударе они ускоряются в течении времени релаксации,
после чего на некоторое время теряют свободу и механическую энергию при квантовом переходе.
Статистически время их свободного движения ограничено временем релаксации.
Для меди время релаксации примерно равно \(\tau_0=2.4 \cdot 10^{-14}~c\).
Дрейфовая скорость при ускорении равна \(v_{d}=a~\tau_0\), пропорциональна ускорению.
При длительном действии ускорения ток достигнет этого предела и энергия контура будет равна \(L~I_{d}^2/2\).
Эта максимальная энергия, которая может попасть в ёмкость. Однако время заряда ограниченно 10 нс и
напряжение на конденсаторе препятствует передаче заряда. В итоге в конденсатор попадает незначительная доля энергии.
Максимальная энергия конденсатора равна энергии индуктивности это не достижимый предел. 

[VPD]

Свободные заряды не образуются от удара. Они всегда существуют в равновесном состоянии
при квантовых переходах.

  Возможно, что я некорректно применил термин "свободные заряды". Имелось ввиду только те  электроны, которые  получили возможность направленного движения и образовали поток.   
   Повторю. Этим электронам не требуется гальваническая электрическая цепь.
   В этом я убедился, в том числе и  на конкретном опыте.
   Поэтому формула из учебника Л-Л должна давать тот же значение заряда, что и при разомкнутом кольце, данные о котором я вам сообщил. 

При ударе они ускоряются в течении времени релаксации,
после чего на некоторое время теряют свободу и механическую энергию при квантовом переходе.
Статистически время их свободного движения ограничено временем релаксации.
Для меди время релаксации примерно равно \(\tau_0=2.4 \cdot 10^{-14}~c\).
Дрейфовая скорость при ускорении равна \(v_{d}=a~\tau_0\), пропорциональна ускорению.

  Импульсы настолько короткие  что искать какой то другой "механизм" появления короткого импульса нет необходимости.
 Эти импульсы расширяются за счёт заряда-разряда реактивными элементами ускоряемого  проводника и подключённого измерительного устройства.
   Тогда вот это моё  заключение верно:
   "Очевидно, что все ускоряемые проводники представляют собой колебательные контура, сформированные из   собственных реактивных элементов (плюс реактивность  регистрирующего прибора).
   Часть поступившей энергии удара производит инерционное разделение зарядов и проводник  становится источником   импульсного тока длительностью порядка 10^-14 с .  При этом  контур  преобразует этот импульс тока в  собственные электрические  колебания и   делает   возможным регистрацию инерционного тока с помощью даже не широкополосного осциллографа.
  В связи со сказанным - никакого открытия в проведённом мною опыте не обнаруживается.   Есть достаточно непростое,  но естественное, поведение электрической цепи."
 
 

[VPD]

...
Максимальная энергия конденсатора равна энергии индуктивности это не достижимый предел.

Непонятно.
  Заряженная индуктивность в следующем полупериоде полностью разряжается на конденсатор контура и мы наблюдаем почти полную энергию. Теряется только часть 1/Q.
 Именно это максимальное значение я всегда и подставлял в расчётные формулы.
  Может  индуктивность не успевает зарядиться за 10^-14 с ?

[Ost]

Непонятно.
  Заряженная индуктивность в следующем полупериоде полностью разряжается на конденсатор контура и мы наблюдаем почти полную энергию. Теряется только часть 1/Q.
 Именно это максимальное значение я всегда и подставлял в расчётные формулы.
  Может  индуктивность не успевает зарядиться за 10^-14 с ?

Может индуктивность не успевает зарядиться за 10^-14 с ?

Это только время формирования дрейфового тока. У контура есть всего 10 нс чтобы набрать заряд
заведомо меньший максимального возможного. Инерционная ЭДС после 10 нс практически работает вхолостую.
На графиках которые я вам передал процесс заряда контура импульсами показан.
 

[VPD]

Это только время формирования дрейфового тока. У контура есть всего 10 нс чтобы набрать заряд
заведомо меньший максимального возможного. Инерционная ЭДС после 10 нс практически работает вхолостую.

  А сколько времени ток существует?
  Откуда появилась цифра 10 нс?
  Как понять ваши слова "ЭДС после 10 нс практически работает вхолостую"?

[Ost]

  А сколько времени ток существует?
  Откуда появилась цифра 10 нс?
  Как понять ваши слова "ЭДС после 10 нс практически работает вхолостую"?

Это время будет не 10, а примерно 20 нс. Неправильно посмотрел в расчёты.
Суть в том, что при подаче прямоугольного импульса контур заряжается до максимального значение за половину периода.
Для импульса с затянутым фронтом требуется несколько больше времени, но уже при значительно меньшей энергии колебаний.
Далее колебания контура только затухают.

[VPD]

Это время будет не 10, а примерно 20 нс. Неправильно посмотрел в расчёты.
Суть в том, что при подаче прямоугольного импульса контур заряжается до максимального значение за половину периода.
Для импульса с затянутым фронтом требуется несколько больше времени, но уже при значительно меньшей энергии колебаний.
Далее колебания контура только затухают.

  Вы говорите про какой контур? Про конкретный контур с резонансной частотой 30 МГц, который вы рассчитывали?
   Вы считаете, что за время полупериода резонансного колебания идёт заряжающий инерционный ток? 
   Тогда получается, что изменением резонансной частоты мы можем инерционным  током управлять?
  Что то не то...
   Контур заряжается только тогда, когда идёт ток от источника. И разряд контура начинается только после прекращения тока.
  Выеденный из  положения равновесия маятник начнёт качаться только тогда, когда его отпустишь. Не так ли?
  Поэтому вы сказали, что "источник инерционной эдс работает вхолостую"?
   Так какая же длительность тока? Какая форма? Пока ничего не ясно,  кроме возможного фрона тока 10^-14 с.

[Ost]

  Вы говорите про какой контур? Про конкретный контур с резонансной частотой 30 МГц, который вы рассчитывали?
   Вы считаете, что за время полупериода резонансного колебания идёт заряжающий инерционный ток? 
   Тогда получается, что изменением резонансной частоты мы можем инерционным  током управлять?
  Что то не то...

Частота 25.
Управляя частотой мы задаём окно времени для инерционного импульса.
За пределами этого окна инерционный импульс практически не изменяет
энергию колебаний.

Контур заряжается только тогда, когда идёт ток от источника. И разряд контура начинается только после прекращения тока.

Это не соответствует теории колебательного контура.

[VPD]

Частота 25.
Управляя частотой мы задаём окно времени для инерционного импульса.
За пределами этого окна инерционный импульс практически не изменяет
энергию колебаний.Это не соответствует теории колебательного контура.

Понятно не очень. Так мы управляем или не управляем свойствами изучаемого тока??
  Я ещё набросал вопросов в этом посте. Посмотрите, пожалуйста.

[VPD]

...
....Это не соответствует теории колебательного контура.

Я там неверно написал. Надо: заряд прекращается после прекращения нарастания тока...

[VPD]

  Уважаемый OST. Извините за то, что я пытаюсь "эксплуатировать" ваши знания и интеллектуальные способности.
  Можно ли описать свойства инерциального тока на примере механического возбуждения  колебаний обычного гравитационного маятника?  "Генератор" механического воздействия привязан к маятнику "вязкими" связями.
 Возможно форма механического воздействия на маятник и будет моделью формы инерционного тока...
   Если получится, то будет весьма наглядная модель.

[Ost]

  Уважаемый OST. Извините за то, что я пытаюсь "эксплуатировать" ваши знания и интеллектуальные способности.
  Можно ли описать свойства инерциального тока на примере механического возбуждения  колебаний обычного гравитационного маятника?  "Генератор" механического воздействия привязан к маятнику "вязкими" связями.
 Возможно форма механического воздействия на маятник и будет моделью формы инерционного тока...
   Если получится, то будет весьма наглядная модель.

Для аналога контура лучше взять пружинный маятник. У маятника на подвесе сила зависит от углового отклонения
по закону синуса и его математика как правило рассматриваются в приближении малых колебаний.
Пружинный маятник по математике полностью соответствует колебательному контуру.

Например, рассмотрим действие постоянной силы на пружинный маятник.
Маятник расположен горизонтально.

1. Давим на груз маятника с постоянной силой \(F_{внешняя}=const\). Он начинает ускорятся, для сил выполняется условие \(F_{внешняя}>F_{внутренняя}\).
По мере сжатия пружины ускорение уменьшается.

2. Наступает момент когда начнёт выполнится условие \(F_{внешняя}<F_{внутренняя}\).
Маятник начинает тормозится, пружина сжимается за счёт кинетической энергии груза и работы силы \(F_{внешняя}=const\).

3. Наступает момент когда маятник останавливается. Внутренняя сила больше внешней.
Потенциальная энергия максимальна. Внешняя сила \(F_{внешняя}=const\) не может препятствовать его возвратному движению.

4. Когда при возвратном движении наступает момент \(F_{внешняя}>F_{внутренняя}\) маятник продолжает движение за счёт кинетической энергии.
Пружина растягивается до момента остановки маятника.

Далее всё повторяется, при этом максимальная потенциальная энергия уже не меняется, если нет трения.
При наличии трения энергия маятника в каждом такте будет уменьшатся.
Постоянная сила не может обеспечить передачу энергии для компенсации потерь на трение.
Колебания будут затухать по экспоненте и когда-то закончатся в точке, где \(F_{внешняя}=F_{внутренняя}\).
В этом случае напряжение на конденсаторе равно напряжению на контуре.

[VPD]

Для аналога контура лучше взять пружинный маятник. У маятника на подвесе сила зависит от углового отклонения
по закону синуса и его математика как правило рассматриваются в приближении малых колебаний.
Пружинный маятник по математике полностью соответствует колебательному контуру.

Например, рассмотрим действие постоянной силы на пружинный маятник.
Маятник расположен горизонтально.

1. Давим на груз маятника с постоянной силой \(F_{внешняя}=const\). Он начинает ускорятся, для сил выполняется условие \(F_{внешняя}>F_{внутренняя}\).
По мере сжатия пружины ускорение уменьшается.

2. Наступает момент когда начнёт выполнится условие \(F_{внешняя}<F_{внутренняя}\).
Маятник начинает тормозится, пружина сжимается за счёт кинетической энергии груза и работы силы \(F_{внешняя}=const\).

3. Наступает момент когда маятник останавливается. Внутренняя сила больше внешней.
Потенциальная энергия максимальна. Внешняя сила \(F_{внешняя}=const\) не может препятствовать его возвратному движению.

4. Когда при возвратном движении наступает момент \(F_{внешняя}>F_{внутренняя}\) маятник продолжает движение за счёт кинетической энергии.
Пружина растягивается до момента остановки маятника.

Далее всё повторяется, при этом максимальная потенциальная энергия уже не меняется, если нет трения.
При наличии трения энергия маятника в каждом такте будет уменьшатся.
Постоянная сила не может обеспечить передачу энергии для компенсации потерь на трение.
Колебания будут затухать по экспоненте и когда-то закончатся в точке, где \(F_{внешняя}=F_{внутренняя}\).
В этом случае напряжение на конденсаторе равно напряжению на контуре.

  Наглядно.
   Вы рассмотрели действие постоянной внешней силы, что соответствует подаче перепада  тока, длящегося бесконечно. Это воздействие типа "ступенька" или функции Хевисайда.
   Однако в нашем опыте  не ступенька, а импульс выясненной формы.

   Я сегодня сделал опыт с двумя кольцами одновременно . Одно массивное - замкнутое и подвижное.   Над ним с зазором 2...3 мм такое же по диаметру кольцо  из провода  1 мм. Оно разомкнутое, неподвижное и с него  через   щуп сигнал поступает на осциллограф.
   Энергии импульса инерционного тока хватило, что бы возбудить одновременно оба  образовавшихся колебательных контура.
    Замкнутое кольцо генерировало затухающую синусоиду с периодом T = 25 нс, незамкнутое неподвижное кольца давало то же затухающую синусоиду с T = 50 нс, но с вдвое (приблизительно) большей амплитудой. Суммарный размах те же 8 мВ при скорости 2,5 м/с.
  Усложнение опыта ничего нового не дало.
  Воздушный трансформатор, конечно,  работает, но образует "смесь" двух практически независимых сигналов.
   

[Ost]

  Наглядно.
   Вы рассмотрели действие постоянной внешней силы, что соответствует подаче перепада  тока, длящегося бесконечно. Это воздействие типа "ступенька" или функции Хевисайда.
   Однако в нашем опыте  не ступенька, а импульс выясненной формы.

   Я сегодня сделал опыт с двумя кольцами одновременно . Одно массивное - замкнутое и подвижное.   Над ним с зазором 2...3 мм такое же по диаметру кольцо  из провода  1 мм. Оно разомкнутое, неподвижное и с него  через   щуп сигнал поступает на осциллограф.
   Энергии импульса инерционного тока хватило, что бы возбудить одновременно оба  образовавшихся колебательных контура.
    Замкнутое кольцо генерировало затухающую синусоиду с периодом T = 25 нс, незамкнутое неподвижное кольца давало то же затухающую синусоиду с T = 50 нс, но с вдвое (приблизительно) большей амплитудой. Суммарный размах те же 8 мВ при скорости 2,5 м/с.
  Усложнение опыта ничего нового не дало.
  Воздушный трансформатор, конечно,  работает, но образует "смесь" двух практически независимых сигналов.

Мы не видим переходных процессов, связанных с задним фронтом импульса. Мы не знаем какой передний фронт имеет импульс,
мы видим только его переходной процесс. Поэтому ступенька вполне подходит.
Для определения формы импульса  измерения надо проводить на активной нагрузке, напряжение с которой поступает на осциллограф
через повторитель на полевом транзисторе.