В.В. Сидоренков
МГТУ им. Н.Э. Баумана
В
настоящее время
установлено
[1], что реальная
структура
электромагнитного
(ЭМ) поля представляет
собой необычное
с общепринятых
позиций вихревое
векторное поле,
состоящее из
двух функционально
связанных между
собой электродинамических
полей: вихревог
ЭМ поля с компонентами
электрической
и магнитной
напряженностей
и поля ЭМ векторного
потенциала
с электрической
и
магнитной
компонентами.
Указанное поле
описывается
системой базовых
исходных
фундаментальных
соотношений
в виде дифференциальных
уравнений:
(a)
,
(b)
,
(1)
(c)
,
(d)
,
которые непосредственно
получаются
из традиционных
[2] уравнений
Максвелла для
ЭМ поля. Здесь
- постоянная
времени релаксации
заряда в среде
за счет электропроводности.
Проведенный
анализ показал
[1], что с концептуальной
точки зрения
электродинамическое
поле, описываемое
системой (1)
физически
логично называть
реальное
электромагнитное
поле.
Основным
фундаментальным
своством соотношений
(1) является
возможность
вывода на их
основе не только
системы уравнений
Максвелла с
и
компонентами,
но и структурно
аналогичных
максвелловской
трех других
систем электродинамических
уравнений: поля
ЭМ векторного
потенциала
с
и
компонентами,
электрического
поля с
и
компонентами
и, наконец, магнитное
поле с
и
компонентами.
В частности,
система электродинамических
уравнений для
магнитного
поля будет
иметь следующий
вид:
(a)
,
(b)
,
(2)
(c)
,
(d)
.
Поскольку при
изучении
взаимодействия
электродинамического
поля с материальной
средой, в сущности,
все сводится
к стремлению
описать энергетику
явлений электромагнетизма,
то однозначным
подтверждением
реальности
структуры
магнитного
поля в виде
двух компонент
и
служит следующее
из уравнений
(2) соотношение
энергетического
баланса для
потока энергии,
обуславливающей
явление намагничивания
материальной
среды:
div.
(3)
Данное
соотношение
баланса описывает
энергетику
условий реализации
обычной магнитной
поляризации
среды (первое
слагаемое
правой части
(3)) посредством
переноса извне
в данную точку
потока вектора
соответствующей
энергии. Однако
это соотношение
устанавливает
также и наличие
динамической
поляризации
вещества (в
частности,
проводящих
сред) за счет
действия переменной
во времени
магнитной
компоненты
поля векторного
потенциала
.
Важно отметить,
что явления
динамической
магнитной
поляризации
уже имеет прямое
экспериментальное
воплощение:
это эффект
динамического
намагничивания
в ферритах и
магнитоупорядоченных
металлах [3].
Форма представленных
систем уравнений
системы (2) говорит
о существовании
волновых решений
для компонент
и
магнитного
поля. В этом
можно убедиться,
взяв, как обычно,
ротор от одного
из роторных
уравнений
системы, и после
чего подставить
в него другое
роторное уравнение.
В качестве
иллюстрации
получим волновое
уравнение,
например,
относительно
:
.
Здесь, согласно
(2d),
,
- оператор Лапласа,
а
-
фазовая скорость
волны в отсутствие
поглощения.
Как показал
анализ [1], компоненты
и
волн магнитного
поля в диэлектрической
среде ведут
себя специфично:
,
то есть имеют
взаимный сдвиг
по фазе на π/2.
Кроме того, в
зависимости
от частоты их
амплитуды
связаны между
собой весьма
необычно:
.
Конечно, математически
данный результат
тривиально
очевиден, поскольку,
согласно (1),
компоненты
магнитного
поля связаны
посредством
производной
по времени.
Однако концептуально
с физической
точки зрения
это неожиданно
и требует
всестороннего
анализа.
Справедливости
ради следует
сказать, что
впервые о возможности
реального
существования
чисто магнитной
поперечной
волны с
двумя компонентами
и
,
сдвинутыми
при распространении
по фазе на π/2,
официально
в виде приоритета
на открытие
заявил Докторович
еще в 1980 году, и
этот факт он
с удивительным
упорством,
достойным
лучшего применения,
безуспешно
пытается донести
до других, ссылаясь
на заявленный
приоритет и
свою статью
по этой теме,
везде публикуемую
многие годы
(например, [4]).
Печально, но
только Время
- высший судья,
и именно оно
расставит всех
и все по своим
местам! Однако
будем надеяться,
что независимое
подтверждение
этого научного
достижения
Докторовича
будет для него
серьезной
поддержкой
в общении с
оппонентами.
Анализ уравнений
системы (2) показывает
[1], что для проводящей
среды в асимптотике
металлов (),
как и должно
быть [2], их волновые
решения имеют
вид экспоненциально
затухающих
в пространстве
плоских волн
со сдвигом фазы
между компонентами
на π/4.
Наряду с теоретическим
анализом, были
проведены
эксперименты
по изучению
необходимых
условий возбуждения
и возможность
распространения
электродинамических
полей в металлах,
отвечающие
на два физически
важных вопроса:
волны каких
полей можно
реально возбудить
в металлах и
каковы частотные
ограничения
дисперсионного
соотношения
для проводящей
среды в асимптотике
металлов
при длинах волн
l ®
Ґ?
Возбуждение электродинамических полей в металле (пластинки меди и алюминия) производилось на низких частотах n = 50 - 50.103 Гц и было возможным только с помощью магнитной антенны, так как импеданс ближней зоны излучения лишь у магнитного диполя сопоставим с импедансом металлической среды. Прием прошедшего через металл излучения был возможным также лишь магнитной антенной, что однозначно говорит о наличии в принимаемом сигнале составляющей только магнитного поля и об отсутствии на выходе других составляющих электродинамического поля, названного в [1] реальное электромагнитное поля .
Для
определения
закона частотной
дисперсии
волнового числа
магнитной волны
в металле его
действительная
часть
измерялась
по сдвигу фазы
колебаний волны
при ее прохождении
в плоском слое
толщиной l :
,
а мнимая часть
- по затуханию
амплитуды
волны. Так как
в теории металлов
хорошим приближением
является равенство
[2], то следует
ожидать, что
указанные
измерения
посредством
этих двух способов
должны давать
одинаковые
результаты.
На рис.
графически
представлены
результаты
измерений
по фазе (мелкие
штрихи) и
по затуханию
(штрихи крупнее)
для медной
пластинки
толщиной l = 1,9 мм.
Видно, что измеренные
указанными
способами
частотные
зависимости
значений
и
практически
совпадают
(различия менее
5 %) и соответствуют
формуле волнового
числа для плоской
ЭМ волны в проводящей
среде в асимптотике
металлов
[2] при
(сплошная линия).
Все это позволяет
утверждать,
что известная
технология
индукционного
нагрева металлов
с помощью магнитного
индуктора –
это использование
в реальной
практике физического
процесса возбуждения
в проводящей
среде магнитных
поперечных
волн. Здесь
вполне уместно
и пошутить:
если Вам повезло
и Вы сделали
открытие, то
загляните в
книгу, там об
этом уже все
написано!
Однако с
понижением
частоты значения
мнимой части
волнового числа
сильно отклоняются
от его действительной
части
:
в медной пластинке
на частотах
2.103 Гц и алюминия
( l = 1,4 мм) при
3.103 Гц. В области
этих частот
при их уменьшении,
график
переходит от
обычного
к линейной
зависимости
по
и окончательно
.
Соответственно,
определяемая
из
частотная
зависимость
скорости
распространения
волны в металле
сначала ведет
себя обычно
,
но при понижении
частоты переходит
к
const
и затем окончательно
.
Абсолютный
минимум значений
скорости для
пластинки меди
был ~ 14 м/с, а алюминия
~ 22 м/с. Отклонение
характера
частотных
зависимостей
и
от обычных
определяется
толщиной проводящего
слоя: в толстых
пластинках
это изменение
наступает на
меньших частотах,
а в тонких – на
более высоких
частотах. Поскольку
на фиксированной
частоте величина
является константой
данного материала
и не может зависеть
от толщины
слоя, то наблюдаемое
отклонение
закона дисперсии
от
,
справедливого
для поперечных
плоских волн,
физически
обусловлено
регистрацией
структуры поля
ближней зоны
возбуждаемого
излучателем
(согласно измерениям,
дипольного).
Именно это и
отражается
в измерениях
с понижением
частоты при
приеме сигнала
прошедшего
через пластинку
излучения.
Резюме: установлено реальное существование в Природе волн магнитного поля, способных эффективно взаимодействовать и распространяться в металлах.
Литература:
1. Сидоренков В.В. // http://revolution.allbest.ru/physics/00036062.html.
2. Матвеев А.Н. Электродинамика. М.: Высшая школа, 1980.
3. Сидоренков В.В., Толмачев В.В., Федотова С.В. // Известия РАН. Сер.
Физическая. 2001. Т. 65. № 12. C. 1776-1782.
4. Докторович З.И. // http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4797.html.