Аннотация
Проведена классификация электронных потоков и получены условия, которые делят электронные потоки на потенциальные и кинетические. Показано, что при определённых условиях скорость кинетических потоков в свободном пространстве может превосходить скорость света.
Ключевые слова: скорость света, погонная индуктивность, погонная ёмкость, кинетическая индуктивность зарядов, потенциальные потоки зарядов, кинетические потоки зарядов,
1. Потенциальные и кинетические потоки зарядов
Для различного типа линий погонные параметры зависят от их размеров. Для примера рассмотрим коаксиальную линию, у которой погонная ёмкость и индуктивность даётся следующими соотношениями:
где и внутренний диаметр цилиндрической части коаксиала и наружный диаметр центрального провода соответственно. Вводимые погонные параметры, можно назвать полевыми, поскольку при их помощи вычисляют ту энергию в линии, которая заключена в её электрических и магнитных полях.
Однако при таком подходе не учитывается то обстоятельство, что кроме полевой индуктивности существует ещё и кинетическая индуктивность [1-3], которая обязана кинетической энергии движущихся зарядов. В реальных линиях передачи кинетическая индуктивность зарядов не учитывается по той причине, что, ввиду очень большой плотности носителей тока в проводниках, их скорость мала и поэтому полевая индуктивность всегда значительно больше, чем кинетическая [4].
При токе , текущем по центральному проводнику коаксиальной линии, погонная индуктивность линии и энергия, накопленная в ней, связаны соотношением
Будем считать, что ток равномерно распределён по сечению центрального проводника. Тогда кинетическая энергия зарядов в проводнике единичной длины составит
где , , - плотность электронов, их масса и скорость соответственно.
Если учесть, что , то можно записать:
Из этих соотношений получаем, что случаю, когда
соответствует условие
где
- удельная кинетическая индуктивность зарядов.
Электронные пучки, удовлетворяющие условию (1), будем называть кинетическими.
Отсюда находим, что для кинетических пучков необходимо выполнение условия
Таким образом, чтобы поток был кинетическим, необходимо, чтобы удельная кинетическая индуктивность превышала погонную индуктивность, что выполняется при соблюдении приведенного условия. Из этого соотношения можно оценить, какая плотность электронов в потоке соответствует этому условию.
Рассмотрим конкретный пример: , . Тогда для плотности электронов в потоке должно выполняться условие [5]
Такие плотности характерны электронным пучкам, и они значительно ниже, чем плотность электронов в проводниках. Поэтому электронные пучки следует отнести к кинетическим потокам, в то время как электрические токи в проводниках относятся к потенциальным потокам. Поэтому для расчёта энергии, переносимой электромагнитными полями пользуются вектором Пойнтинга, а для расчёта энергии, переносимой электронными пучками используют кинетическую энергию отдельных зарядов. Это тем более правильно, когда речь идёт о расчёте энергии, переносимой ионными пучками, т.к. масса ионов во много раз превышает массу электронов.
Таким образом, причисление потоков зарядов к тому или другому виду зависит не только от плотности и диаметра самого пучка, но и от диаметра той проводящей трубки, в которой они распространяется. Очевидно, что в случае потенциального потока зарядов в центральном проводнике коаксиала, фронт электромагнитной волны в коаксиале не может распространяться со скоростью, превышающей скорость света.
Казалось бы, что для чисто кинетических пучков таких ограничений нет. Чёткого ответа на этот вопрос пока нет. Массу электрона обычно связывать с его электрическими полями и если при помощи внешней проводящей трубки начать ограничивать эти поля, то и масса электрона начнёт уменьшаться, но уменьшение массы приведёт к уменьшению кинетической индуктивности и пучок начнёт терять свои кинетические свойства. И только в том случае, когда часть массы заряда не имеет электрического происхождения, есть надежда организовать чисто кинетический пучок электронов в свободном пространстве, скорость которого может превышать скорость света. Если взять пучок протонов, то картина будет та же. Но вот, если взять, например, ядра дейтерия, имеющие в своём составе нейтрон, у которого масса имеется, а электрических полей нет, то при помощи таких ядер можно организовать чисто кинетические пучки в свободном пространстве, и можно рассчитывать на то, что такие пучки можно разогнать в свободном пространстве до скоростей больших скорости света. Если выпустить такой пучок из ограничивающей трубки в свободное пространство, то может быть получено черенковское, когда электронный поток попадает в среду, где фазовая скорость электромагнитной волны меньше скорости пучка.
2. Заключение
Проведена классификация электронных потоков и получены условия, которые делят электронные потоки на потенциальные и кинетические. Показано, что при определённых условиях скорость кинетических пучков в свободном пространстве может превосходить скорость света.
Литература
1. Менде Ф. Ф. Великие заблуждения и ошибки физиков XIX-XX столетий.
Революция в современной физике. Харьков, НТМТ, 2010, – 176 с.
2. Ф. Ф. Менде. Роль и место кинетической индуктивности зарядов в
классической электродинамике, Инженерная физика, №11, 2012. c. 10-19.
3. F. F. Mende. Kinetic Induktance Charges and its Role in Classical
Electrodynamics. Global Journal of Researches in Engineering (J), General
Engineering, Volume 14, Issue 5, Version 1.0, Year 2014.
4. F. F. Mende, New Properties of Reactive Elements and the Problem of
Propagation of Electrical Signals in Long Lines, American Journal of Electrical
and Electronic Engineering, Vol. 2, No. 5, (2014), 141-145.
5. F. F. Mende. Induction and Parametric Properties of Radio-Technical Elements
and Lines and Property of Charges and Their Flows, AASCIT Journal of Physics
Vol.1 , No. 3, Publication Date: May 21, 2015, Page: 124-134.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
