Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Экзамен на «Homo Sapiens – II». От концепций естествознания ХХ века – к естествопониманию
Поляков В. И.,
4.2.2. Иррациональность физических величин
Международная система единиц измерения физических величин СИ стала результатом соглашения физиков (XI Генеральная конференция по мерам и весам, 1960 г). Она ввела семь основных и две дополнительные единицы, из которых образуются все остальные. Основные единицы: длина - L (метр), масса - M (килограмм), время - T (секунда), сила электрического тока - I (ампер), термодинамическая температура -К (кельвин), количество вещества- n (моль) и сила света - I (кандела). Система единиц позволила взаимно согласовать физические формулы, но допустила к использованию все «фамильные единицы» и единицы, не имеющие физического смысла. Особенно это проявилось в величинах, введённых для описания электромагнитных явлений. Техническое понятие сила тока стало основной единицей, что привело к сложным выражениям других физических величин. Большинство из них, так же как и сила тока ампер иррациональные и поэтому не имеют физического смысла. Имена учёных скрывают этот парадокс. Такова фетишизация явлений. Физики, не зная, что такое заряд, назвали его кулоном, а, поделив на некую идеальную сущность,- время (см. 2.1), назвали силой тока - ампером.
Заменим названия-фетиши выражениями через сочетание трёх основных единиц - длина (L, м), масса (M, кг), время (T, с). Исходя из закона Кулона для силы взаимодействия двух зарядов, легко определить физическую размерность ампера в системе СИ: I = [M1/2L3/2 T-2]. Это означает корень квадратный из массы, умноженной на корень квадратный из длины в кубе и поделённой на время в квадрате. Какой студент, уж не говоря об учёных, сможет представить, что такое сила тока?! Оказывается, именно физические единицы измерения величин, лишённые фамилий, позволяют приблизиться к пониманию электромагнитных явлений.
Заряд, а не его движение - ток, должен был рассматриваться как первичная единица. Многократно и разными методами измеренный заряд Q электрона в единицах системы СИ равен
1,602177·10-19 кулон, который тоже выражается через корни квадратные: кулон = [M1/2L3/2Т-1]. Природа вряд ли «мыслит» математическими формулами, и потому понятие заряд, в котором масса и объём выражены как корни квадратные, не имеет физического смысла. А если назвать зарядом квадрат этого выражения: Z = Q2, [ML3Т-2]? Тогда проявляется некий физический смысл: [масса·скорость в квадрате·расстояние] или [энергия·расстояние], или [энергия·(объём/
поверхность)].
Заряд Z = Q2 - физически соответствует доле энергии в объёме частицы, приходящейся на единицу поверхности.
В среде ДУХ такое представление заряда, объясняющее его физические свойства, было обосновано в гл. 3.2. Теперь рассмотрим основные физические единицы измерения электромагнитных величин в рамках теории электромагнетизма. Заменим единицу силы тока в системе СИ ампер на её эквивалент, выраженный в основных единицах: I = M1/2L3/ 2T-2 , и рассмотрим квадратичные варианты её и других единиц СИ (табл. 4.3).
Таблица 4.3. Единицы измерения электромагнитных физических величин [91]
|
Наименование единицы |
Определение единицы измерения |
Размерность в СИ и СИ-М (физический смысл) |
Квадратичный физический эквивалент, возможный физический смысл |
|
Сила электрического тока |
Производная по времени от электрического заряда, переносимого сквозь поверхность,- ампер |
I= M1/2L3/2T -2 - (???) |
I2=ML3/T4 Энергия·ускорение (?), сила·скорость2 (?) |
|
Электрический заряд |
Произведение силы тока на время, - кулон |
Q= TI = M1/2L3/2T -1 - (???) |
Z =Q2= ML3/T2 Энергия·(объём / поверхность) или сила·поверхность |
|
Электрическое напряжение |
Отношение мощности постоянного тока к силе тока, вольт |
U=L2MT-3I-1 = L1/2M1/2T -1 - (???) |
U2=LM/T2 Сила или энергия / расстояние = градиент энергии |
|
Напряжённость электрического поля |
Отношение силы, действующей на заряд к этому заряду, - вольт на метр |
E=LMT-3I-1 = |
E2= M/(L T2) Энергия/объём = плотность энергии |
|
Поток электрического смещения |
Сумма зарядов внутри замкнутой поверхности, - кулон |
Ψ =TI= M1/2L3/2T -1 - (???) |
Ψ 2= ML3/T2 Энергия· (объём/ поверхность) или суммарный заряд |
|
Электрическое смещение |
Отношение потока электрического смещения к площади элемента поверхности - кулон на квадратный метр |
D=d Ψ/dS =
L-2TI = |
D2=M/(LT2) - Энергия/объём = плотность энергии |
|
Электрическое сопротивление |
Коэффициент пропорциональности между напряжением и силой тока, - ом |
R=L2MT -3I-2 = L-1T (1/скорость) |
R2= T2/ L2 - (1/скорость2) |
|
Электрическая проводимость |
Обратная величина сопротивлению, - сименс |
G =L-2M-1T3I2 = LT-1- (скорость) |
G2 = L2/T2 Скорость2 или Энергия/массу |
|
Электрическая ёмкость |
Коэффициент пропорциональности между зарядом и напряжением конденсатора - фарад |
С = L-2 |
L2 - площадь |
|
Напряжённость магнитного поля |
Величина, характеризующая магнитное поле, измеряемая в центре длинного соленоида при токе по нему 1 ампер, - ампер на метр |
H=L-1I = M1/2L1/2T -2- (???) |
H2 = ML/T4 (???) |
|
Магнитный поток |
Величина, при убывании которой до нуля в сцеплённой электрической цепи с сопротивлением 1 ом проходит 1 кулон электричества, вебер |
Q = L2MT -2I-1 = L1/2M1/2 - (??) |
Q2= LM Масса· расстояние |
|
Магнитная индукция |
Отношение магнитного потока к площади сечения, через которую он проходит, - тесла |
В = MT -2I-1= M1/2L-3/2 - (??) |
В2 = M/L3 Плотность массы |
|
Магнитный момент (амперовский) |
Произведение силы тока в контуре на площадь, ограниченную им, - ампер на квадратный метр |
pm-А = L2I = M1/2L7/2T -2 - (???) |
pm-А2 = ML7T -4 (???) |
|
Магнитный момент (кулоновский) |
Нет определения,- вебер на метр |
pm-К = L3MT -2I-1 = M1/2L3/2 |
pm-К2 = ML3 Масса·объём |
|
Индуктивность |
Коэффициент пропорциональности между магнитным потоком, сцепленным с контуром, и силой тока в нём, - генри |
L=L2MT -2I-2 = T2L-1- (1/ускорение) |
L2 = T4/ L2 (???) |
|
Магнитное сопротивление |
Коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и магнитодвижущей силой, - 1/генри |
Fm =L-2M-1T2I2 =LT -2- (ускорение) |
Fm2 = L2/T4 (???) |
Физические понятия и единицы их измерения, которые вводились более века назад, на заре изучения явлений были основаны на зачаточном знании об изучаемых явлениях. Оставшись без изменения в настоящее время, эти атавизмы незнания вызывают сомнения в необходимости введения такого множества «непонятных понятий». Конкретные примеры:
- Ø Отсутствовало и продолжает отсутствовать в теории и практике электромагнетизма физическое понимание заряда, тока, электрического и магнитного полей. Основная единица системы СИ, через которую выражаются все остальные единицы - сила электрического тока - иррациональна и не имеет физического смысла. Такими же оказываются и все её производные электрические и магнитные единицы (амперовский магнитный момент, индуктивность и др.).
- Ø Определения физических величин вводились без понимания процессов, а просто как технические характеристики (напряжённость магнитного поля - величина, измеряемая в центре длинного соленоида; магнитный поток - величина при убывании которой до нуля в сцепленной электрической цепи проходит ток; поток электрического смещения равен сумме зарядов внутри поверхности, а электрическое смещение - отношение этой суммы зарядов к площади поверхности и т.д. ).
- Ø Единица измерения и она же в знаменателе имеют разные названия (сименс = 1/ом).
- Ø Производные единицы, введённые как коэффициенты пропорциональности между величинами, имеют не соответствующую названию размерность (электрическое сопротивление - скорость-1, электрическая ёмкость - длина, магнитное сопротивление - ускорение) или совсем не имеют физического содержания даже в квадратичном варианте заряда (магнитный момент, индуктивность).
- Ø Взаимообратные величины оказываются коэффициентами пропорциональности между разными величинами, например, индуктивность (генри) - коэффициент пропорциональности магнитного потока силе тока, а магнитное сопротивление (генри-1) - коэффициент между магнитным потоком и магнитодвижущей силой.
- Ø Одна и та же единица измерения оказывается у совершенно разных физических величин. Например, напряжённость электрического поля, измеряемая в вольтах на метр, оказывается аналогом электрического смещения, измеряемого в кулонах на квадратный метр, но они имеют одну непонятную физическую размерность: L-1/2T-1M1/2. Зато в квадратичном варианте это оказывается доступная пониманию единица - плотность энергии, что, вероятно, подтверждает и единство самих физических величин.
- Ø Одно и тоже физическое содержание введено под разными названиями: заряд и поток электрического смещения; напряжённость электрического поля и электрическое смещение.
- Ø Электрический заряд - кулон, иррациональное понятие в физических единицах, - не может соответствовать естествознанию. Если же понятие заряд отнести к кулону в квадрате, то появляется смысл его физического представления как воздействия: энергия в объёме, отнесённая к единице поверхности этого объёма, или интеграл от силы по поверхности сферы вокруг материальной частицы.
В отличие от принятых единиц измерения электрических величин, как правило, иррациональных, введение их квадратичных аналогов позволяет представить их физический смысл. Большая часть этих единиц каким-то образом связана с энергией и расстоянием. При этом, размерность расстояния представляет отношение объёма к поверхности, что является важнейшей характеристикой элементарной частицы в системе ДУХ. Представленное в гл. 3.2 понятие «заряда» как двуединой сущности приводит к коренному изменению его практического восприятия и физического описания.
Заряд по свойствам квадратичен, потому что скорости вращения вокруг двух осей в пространстве складываются векторно, то есть выражаются как сумма квадратов скоростей. Поэтому для того, чтобы приблизиться к пониманию физического смысла, следует ввести «квадратичный заряд» - Z = ML3T -2. Этот заряд, не как физический объект, а как действие, должен стать коренным понятием в электродинамике.
Единицы измерения магнитных величин, также иррациональны. Часть из них имеют неопределённый физический смысл также и в квадратичном варианте (напряжённость магнитного поля, амперовский магнитный момент, индуктивность, магнитное сопротивление). Например, выражения для энергии электромагнитного поля: Uэл-маг = Н· pm-К = B· pm-А . Выражение Uэл-маг = Н· pm-К , где Н - напряжённость магнитного поля (размерность M1/2L1/2T -2), а pm-К -кулоновский магнитный момент (размерность - M1/2L3/2), представляет произведение не понятных величин, которое даёт в результате энергию. Аналогично, не имеют физического смысла и значения B и pm-А во втором выражении. Хотя магнитная индукция в квадрате В2 по размерности представляет плотность массы, а амперовский магнитный момент pm-А2 в квадрате имеет не понятную размерность (произведение массы на длину в седьмой степени и делённую на время в четвёртой степени), их произведение даёт размерность энергии в квадрате.
Расчёт энергии поля оказывается подгонкой из физически не определённых понятий. Вероятно, введение в физику подобных величин может служить как некая характеристика взаимодействия с электричеством, но не является реальной характеристикой явления. В Природе такие явления отсутствуют. Тот факт, что в квадратичном варианте некоторые магнитные единицы (магнитный поток, магнитная индукция, кулоновский магнитный момент) оказываются связанными с массой, служит свидетельством наличия такой связи, и эти магнитные величины реально отражают природу взаимодействия ДУХ-масса. Магнитные силы не зависят от массы магнита, но отражают количество массовых частиц, ориентированных вдоль определённой оси. Чем больше таких ориентированных частиц, тем больший поток однонаправленных вихрей создаётся в среде ДУХ. Плотность этих вихрей мы интерпретируем как магнитную индукцию.
Магнитная индукция в квадрате - В2 имеет размерность M/L3, что соответствует плотности (масса в единице объёма). Это можно интерпретировать, как плотность однонаправленных вихрей среды, что вполне соответствует представлениям Фарадея о плотности силовых линий. В среде ДУХ плотность вихрей должна характеризоваться их размером. Рассмотрим, например, атом. Первые электронные орбиты, находящиеся в сильном поле ядра должны быть разделены вихревым движением среды большей плотности, то есть с малым диаметром вихрей. В дальних от ядра атома орбитах электронов напряжённость поля и плотность вихрей меньше, сами вихри большего размера и расстояния между орбитами тоже должны возрастать. Так представление о вихревой среде ДУХ позволяет объяснить упорядоченность орбит в атоме и пояснить физический смысл некоторых величин в теории электромагнетизма.
Для того, чтобы вписать физику в естествопонимание следует отказаться от догматов измерения чего-то, не имеющего физического смысла, которые возникли на самом первом этапе развития науки об электромагнетизме. Реформа физических единиц - сложный процесс, но, вероятно, пора начинать учить студентов на уровне понимания, а не запоминания формул. Когда на это решатся Академии наук? Кто попытается создать учебное пособие по естествопониманию, в котором и электричество, и магнетизм, и электромагнитные волны всех диапазонов смогут объединиться в простой интерпретации движения среды - Действие, Упорядочивающее Хаос?