НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Кравчик Ю.С. Математика, физика и техника не электромагнитных полей.

0

 

Кравчик Ю.С. СТАТЬЯ Математика, физика и техника неэлектромагнитных полей

Кравчик Ю.С. СТАТЬЯ Математика, физика и техника неэлектромагнитных полей(pdf)

http://kravchik-yuriy.ru/

© Кравчик Ю.С. 2016г.

Теги: электродинамика, метасистема, не электромагнитные поля,  структурная электродинамика, продольные, поперечные неэлектромагнитные поля, физические поля

 

Для кого эта статья?

 

Эта статья о приведенной статье и является ее расширенным введением для специалистов и студентов в области электродинамики, физике, математике и всех интересующихся.

 

В статье сведены воедино результаты из предыдущих статей автора, обозначения, теоретические и экспериментальные  результаты.

О чем эта статья? tp://kravchik-yuriy.ru/

Данная статья о появлении концепции не электромагнитных полей, логики их введения. И краткое изложение введенной логической структуры, облегчающее понимание.

Термин не электромагнитные поля был использован впервые автором в статье, опубликованной в журнале Труды УНИИРТ — «МЕТОД ВВЕДЕНИЯ НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ТЕОРИЮ МАКСВЕЛЛА» (http://kravchik.com) в 2002г. В то время Googl при вводе в поисковик этого термина ничего не выдавал. http://kravchik-yuriy.ru/

Расширение электромагнитной теории, с одной стороны, хотя и необходимый, но далеко не очевидный процесс. Остановимся на этом немного подробнее. Любая сложная логическая структура является неполной по Геделю. Теорема Геделя о неполноте — тема, широко представленная в интернет. И, поэтому, нет смысла глубоко и подробно ее разбирать. В  нашем контексте рассмотрим  следующие моменты. Идея доказательства теоремы Геделя предельно проста — показать пример недоказуемого, но истинного  суждения в достаточно сложной аксиоматической теории. Пример такого суждения   — [ Я НЕ ДОКАЗУЕМО ]. Если считать его ложным, то возникает противоречие. Единственная альтернатива — считать его истинным при бинарной логике — или — или. Само доказательство — формализация этой идеи в рамках абстрактной логики. Выход из такой неопределенности пока известен только один — расширение системы аксиом. Следовательно, расширение аксиоматической системы для определения истинности таких   суждений  [ Я НЕ ДОКАЗУЕМО ] — естественный и неизбежный  процесс. Но полученная так система снова будет неполной. Следовательно, будет и новое расширение расширенной системы аксиом. Система может быть расширена через поиск и нахождение неполноты и противоречий.http://kravchik-yuriy.ru/

Не является исключением и электродинамика. Электродинамика базируется на системе уравнений Максвелла, которая  связывает функции электрического и магнитного полей между собой.  http://kravchik-yuriy.ru/

Система уравнений является перечнем условий, которые должны быть выполнены, для образования электромагнитной индукции, т.е. связи между электрическим и магнитным полями. Здесь присутствует существенный критический методический момент в понимании системы уравнений Максвелла специалистами традиционного подхода. Ими считается, что электрическое и магнитное поля  такие, как в уравнениях Максвелла, и только такие. Судя по всему, это — одна из причин первичного неприятия. Можно сказать, что это признак  срабатывания  определенного блока в энергетике человека.  Такие блоки приводят к самоограничению человека, ставят непреодолимый барьер в понимании и восприятии некоторой информации, делят людей на гуманитариев и технарей, создают узких специалистов, ограничивают при выборе профессии и принятии решений. Эти блоки не тождественны понятию блоков в психологии. Распространены очень широко.  Тема достаточно важная. Мною разработана авторская методика их снятия. Изучение их проявления, выявление и нейтрализация требуют присутствия тренера. Автор предполагает создание тренингов по этой теме. После этого отступления вернемся к системе уравнений Максвелла и как в электромагнитную теорию могут войти неэлектромагнитные поля. tthttp://kravchik-yuriy.ru/p://kravchik-yuriy.ru/

Важный момент повторим еще раз. Решения системы уравнений Максвелла описывают электромагнитное поле. Нерешения описывают не электромагнитные поля. http://kravchik-yuriy.ru/

Следующий вопрос. Как нам найти нерешения системы уравнений Максвелла? Или, как определить условия, которым удовлетворяют  нерешения системы уравнений Максвелла.  Вариантов выходов из электромагнитной индукции может быть несколько. Пока опишем 3 варианта. 1. Оперраторы Максвелла (rotE и dE/dt+j) для данной функции, равны нулю. Тогда электрическое поле Е не равно нулю, а магнитное равно нулю. 2. Первое и второе уравнения Максвелла не совместимы между собой. 3. Смешанные пространственные производные — компоненты rotE — равны нулю тождественно. Во всех этих случаях электромагнитная индукция перестает существовать. Электрическое поле присутствует, а магнитное либо ноль, либо не определено. Баланс мощности — энергия поля — нарушается. Для его восстановления вводим новые поля — не электромагнитной природы для выполнения закона сохранения энергии вместо отсутствующего магнитного поля Н. hhttp://kravchik-yuriy.ru/ttp://kravchik-yuriy.ru/

 

Системы уравнений для неэлектромагнитных полей строятся по аналогии с системой уравнений Максвелла. Уравнения системы уравнений  Максвелла связывают пространственные производные (оператор rotE) одного поля, с производными по времени (оператор dE/dt+j) другого поля.  Только операторы выбираются следующим образом. Первый фактор. Если оператор  rotE =dEx/dy — dEy/dx=0, то оператор disE =dEx/dy + dEy/dx !=0, и, соответственно, вместо оператора dE/dt+j =0, вводим оператор E/dt-j !=0.   Второй  фактор выхода из электромагнитной индукции — общий знак (+ или -), под которым оператор входит в систему уравнений. Мы получаем,  что когда операторы поля в одной системе уравнений создают нулевую комбинацию, в другой системе уравнений операторы не создают нулевую комбинацию. Комбинация этих 2 факторов создает 4 варианта поперечных систем уравнений, и только одна из них — система уравнений Максвелла.  Так функции-поля, являясь решениями в одной системе уравнений, не могут быть решениями в другой системе уравнений. Аналогично строятся системы уравнений для продольных полей, у которых так же получаем 4 варианта. Всего получаем 7 новых систем уравнений — 3 поперечных (система уравнений Максвелла — отдельно), и 4 продольных. Эти пояснения приведены на примере электрического поля. Но все они будут справедливы и для магнитного поля, которое образует 7 своих новых систем со своими 4 продольными и 3 поперечными системами уравнений. Такая структура, когда  функция может быть решением в одной системе уравнений, и быть нерешением в другой, оказалось новым для математики и получило название метасистемы. В определенном смысле все системы уравнений метасистемы образуют полную ортогональную систему, и любая дифференцированная функция может быть разложена на сумму решений так построенных систем уравнений.

 

Следующий шаг после построения систем уравнений и получения их решения — построение антенны для излучения — приема поля. По полученному решению генератор — антенна может быть построен несколькими  способами. Процесс перехода от решения к антенне предполагает выбор определенного расслоения решения. В топологии под расслоением понимают некоторое подпространство или подсистему в пространстве функции решения. Задача — максимум это полное повторение  — генерация в пространстве поля — индуктора, в нашем случае электрического поля и электрического тока. Как правило, в полном объеме такая задача не выполнима, т.к. занимает в пространстве бесконечный объем, и требует бесконечной мощности. Поэтому выбираем некую подсистему — расслоение — в решении и  строим антенну, или в общем случае, индуктор. Индуктор получаем выкладывая проводники вдоль силовых линий токов расслоения для токовой антенны, и вдоль эквипотенциальных поверхностей для напряжения поля. Питаем выбранные  контуры источником тока или напряжения  в соответствии с  выбранным расслоением. http://kravchik-yuriy.ru/

 

Существование некоторых из вновь введенных полей было проверено в экспериментах. Новые поля не электромагнитной природы  обозначены буквами латинского алфавита, которые не несут никакой семантической нагрузки. Новые поля имеют существенные различия в пространственно-временной структуре. Начнем с цифры 3. Эти поля продольные, получили название, например, E-Q. Их уравнения связывают два продольных поля между собой, т.к. других составляющих у них нет.  Они обладают повышенной проникающей способностью через проводящие среды, например, воду и ионосферу Земли. Их уравнения так же довольно просты.

ttp://kravchik-yuriy.ru/

Поля по пунктам 1 и 2, например, Е-А, являются поперечными и их свойства отличаются от электромагнитного Е-Н поля. Так же отличаются повышенной проникающей способностью и способны распространяться через полый волновод на низких частотах. Отличие их свойств позволяет их отделить от электромагнитного поля.

ttp://kееravchik-yuriy.ru/

Это поля второго уровня. Поле первого уровня это электромагнитное поле Е-Н.  Методы их генерации и поля уровней 3 и выше будем рассматривать позже. Вообще полей становится не просто много, а бесконечно много. Как они строятся и получаются, так же рассмотрим, но позже.http://kravchik-yuriy.ru/

 

Следует затронуть и вопрос о связи предложенной теории с концепцией торсионных полей.  Концепция торсионных полей (полей вращения) имеет ряд существенных пробелов, которые делают ее уязвимой  для  критиков. Так, не ясно, где граница между торсионными и электромагнитным полями, и как это должно отражаться в их свойствах. Ведь электромагнитное поле так же может иметь признак вращения. Заявляемые авторами свойства торсионных полей позволяют предположить, что они используют некоторые виды неэлектромагнитных полей. Для решения этого вопроса следует определить, к решениям какой из систем уравнений относится поле данного генератора. При этом следует заметить, что признак торсионности (вращения) для неэлектромагнитных  полей является не обязательным. Так же слабость   теоретической  базы  и неполнота модели  торсионных полей приводит к низкой эффективности их генераторов.

Пока все. Читайте статью, и, если будут вопросы, задавайте. Постараюсь ответить.

СТАТЬЯ

http://kravchik-yuriy.ru/В статье описаны неэлектромагнитные поля с электрической и магнитной составляющими как компоненты нерешений системы уравнений Максвелла. Их теоретическое введение обосновано необходимостью выполнения закона сохранения энергии. Предложены системы уравнений для их описания. Описаны эксперименты по наблюдению нескольких не электромагнитных полей. Приведены примеры их технического использования.

 

1.ВВЕДЕНИЕ

Общеизвестны электромагнитное и гравитационное макро-поля. Электромагнитное поле описывается решениями системы уравнений Максвелла [1]. Здесь рассмотрены математические и физические причины теоретического введения не электромагнитных полей и систем уравнений, которые их описывают. Описаны эксперименты, технические устройства и системы, в которых некоторые из неэлектромагнитных полей наблюдаются и могут быть использованы.

Расширение аксиоматической системы электродинамики возможно вследствие ее неполноты по Геделю [2].

2. НЕОБХОДИМОСТЬ ВВЕДЕНИЯ НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

0

В данной статье везде под словом «поле» будем понимать дифференцируемую функцию, описывающую данное поле.

Электромагнитное поле описывается решениями системы уравнений Максвелла [1]. Будем рассматривать такие пространственно-временные структуры электрических (или магнитных) полей, которые не являются составляющими решения системы уравнений Максвелла. Для таких полей электромагнитная теория не полна и требует математического дополнения.

Действительно, уравнение баланса мощности [1], в рамках электромагнитной теории Максвелла, не может быть выполнено, если присутствует, например, только электрическое поле Е, а магнитное поле Н равно нулю или не определено. Тогда баланс мощности для электромагнитного поля нарушается:

(1):

    \[ 0\equiv div\left[ {\overline {E,} } \right.\left. {\overline Н } \right]\ne  -g_{E0} \overline E \frac{\partial \overline E }{\partial t}-g_{H0}  \overline Н \frac{\partial \overline Н }{\partial t}-\overline {J_{E} }  \overline E \ne 0.{\begin{array}{*{20}c}  \hfill & \hfill & {\left( 1 \right)} \hfill \\ \end{array} } \]

Здесь: — векторы напряженностей, соответственно, электрического и магнитного полей, gE0, gH0 постоянные проницаемости среды, соответственно, для электрического и магнитного полей, JE –пространственная плотность электрического тока, tпеременная времени. Для выполнения закона сохранения энергии для таких полей теоретически необходимо ввести неэлектромагнитные поля, с которыми будет осуществлятся баланс мощности электрического (или магнитного) поля без магнитного (или электрического) поля. Одно переменное электричекое поле не может обеспечить баланс мощности и закон сохранения энергии (1). Следовательно, необходимо расширение аксиоматической системы электродинамики, которое  возможно вследствии ее неполноты по Геделю [2].

Магнитное (или электрическое) поле будет отсутствовать (“выключено”), если компоненты операторов системы уравнений Максвелла или сами операторы образуют тождественно нулевую комбинацию при некоторой пространственно — временной структуре электрического поля Е. Это возможно в следующих случаях:

(2):

    \[ \begin{array}{l}  \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{L} }-\frac{\partial E_{L} }{\partial  x_{I} }\equiv 0,\mbox{\, \, \, } \\   \mbox{\, }g_{E0} \frac{\partial E_{K} }{\partial t}+J_{EK} \equiv  0,\mbox{\, } \\   \end{array}} \right.\mbox{\, \, } \\   I\ne L\ne K, \\   \end{array} \]

(3):

{Решения первого и второго уравнений Максвелла существуют, но не совместимы между собой}

(4):

    \[ \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{L} }\equiv \mbox{0,\, \, \, \, }I\ne \,  L\mbox{\, \, } \]

Где: xL, xI, tLя и Iя пространственные  и временная перемееные, EI, EK, ELсоставляющие вектора электрического поля по соответствующим координатам, JEK — составляющая пространственной плотности электрического тока по K-ой координате.

Предложим системы уравнений для описания таких полей. Такие системы уравнений должны удовлетворять следующим условиям. Они должны быть:

  1. Линейными, для выполнения закона сохранения энергии.
  2. Связывать пространственные и временные производные, как и в системе уравнений Максвелла.
  3. Перестановка полей между собой внутри системы уравнений должна образовывать либо четную, либо,
  4. нечетную перестановку, как в системе уравнений Максвелла.
  5. Система уравнений должна сохраняться при пространственных поворотах.

Условие (4) описывает продольные индукции, которые рассмотрим ниже.

Рассмотрим условия (2) и (3) для поперечных индукций.

Системы уравнений поперечных полей. Если условие (2) выполняется, то тогда для описания такого электрического поля в систему уравнений может входить следующая ненулевая комбинация производных – операторы (5):

(5):

    \[ \begin{array}{l}  \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{L} }+\frac{\partial E_{L} }{\partial  x_{I} },\mbox{\, \, \, } \\   \mbox{\, }g_{E0} \frac{\partial E_{K} }{\partial t}-J_{EK} ,\mbox{\, } \\   \end{array}} \right.\mbox{\, \, \, } \\   I\ne L\ne K, \\   \end{array} \]

Выпишем операторы Максвелла:

(6):

    \[ \begin{array}{l}  \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{L} }-\frac{\partial E_{L} }{\partial  x_{I} },\mbox{\, \, \, } \\   \mbox{\, }g_{E0} \frac{\partial E_{K} }{\partial t}+J_{EK} ,\mbox{\, } \\   \end{array}} \right.\mbox{\, \, } \\   I\ne L\ne K, \\   \end{array} \]

Видно, что если электрическое поле E при не равных нулю производных образует тождественно нулевую комбинацию (2) с операторами (6), то операторы (5) не будут тождественно нулевыми, и наоборот.

Напряженности полей и токи в (2) — (4) считаются независимыми переменными, а необходимую взаимосвязь между ними определим из решения соответствующей системы уравнений как  необходимое свойство среды или технического устройства.

Применение перестановки  к оператору (5) или (6) приводит к замене в операторе всех букв E на другие буквы, например, X или X.

Применение четной 3. или нечетной  перестановки 4. к оператору нового поля X или X приведет к дополнительному введению знака плюс или минус перед вторым оператором с производной по времени в (5):

    \[ \pm \left[ {g_{X0} \frac{\partial X_{K} }{\partial t}-J_{XK} } \right] \]

и (6):

    \[ \pm \left[ {g_{{X}'0} \frac{\partial {X}'_{K} }{\partial t}+J_{{X}'K} }  \right] \]

Эти варианты реализуют условие (3) совместимости и несовместимости решений первого и второго уравнений системы уравнений Максвелла. Возможные комбинации операторов (5) и (6) с четной и нечетной перестановками полей (условия 2., 3. и 4.) внутри системы уравнений дают следующие четыре варианта  систем уравнений (8) – (11). В этих системах уравнений [3] A, D, C – напряженности введенных, неэлектромагнитных, полей, JA, JН, JC,, JDпространственные плотности токов соответствующих полей, gA0, gН0, gC0, gD0 – константы проницаемости среды для соответствующих полей, ρA,  ρН,  ρC,  ρD – пространственные плотности зарядов соответствующих полей, оператор dis – сумма соответствующих несимметричных пространственных производных, которые входят как разность в оператор rot:

(7):

    \[ (dis\overline E )_{K} =\frac{\partial E_{I} }{\partial x_{L}  }+\frac{\partial E_{L} }{\partial x_{I} }. \]

(8):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  rot\overline E +\overline {J_{A} } +g_{A0} \frac{\partial \overline A  }{\partial t}=0, \\   rot\overline A +\overline {J_{E} } +g_{E0} \frac{\partial \overline E  }{\partial t}=0, \\   div\overline A -\frac{1}{g_{A0} }\rho_{A} =0, \\   div\overline E -\frac{1}{g_{E0} }\rho_{E} =0. \\   \end{array}} \right. \]

(9):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  dis\overline E -\overline {J_{D} } +g_{D0} \frac{\partial \overline D  }{\partial t}=0, \\   dis\overline D +\overline {J_{E} } -g_{E0} \frac{\partial \overline E  }{\partial t}=0, \\   div\overline D -\frac{1}{g_{D0} }\rho_{D} =0, \\   div\overline E -\frac{1}{g_{E0} }\rho_{E} =0. \\   \end{array}} \right. \]

 

(10):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  dis\overline E -\overline {J_{C} } +g_{C0} \frac{\partial \overline C  }{\partial t}=0, \\   dis\overline C -\overline {J_{E} } +g_{E0} \frac{\partial \overline E  }{\partial t}=0, \\   div\overline E -\frac{1}{g_{E0} }\rho_{E} =0, \\   div\overline C -\frac{1}{g_{C0} }\rho_{C} =0. \\   \end{array}} \right. \]

(11):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  rot\overline E +\overline {J_{H} } +g_{H0} \frac{\partial \overline H  }{\partial t}=0, \\   rot\overline H -\overline {J_{E} } -g_{E0} \frac{\partial \overline E  }{\partial t}=0, \\   div\overline H -\frac{1}{g_{H0} }\rho_{H} =0, \\   div\overline E -\frac{1}{g_{E0} }\rho_{E} =0. \\   \end{array}} \right. \]

Система уравнений (11), как нетрудно проверить, является системой уравнений Максвелла, записанной с фиктивными пространственными  плотностями магнитных токов и зарядов.

Замечание. В (2) объединены два условия выхода из электромагнитной индукции в связи с предположением, что выход из электромагнитного взаимодействия электрического поля  при выполнении условий для пространственных производных должен влечь за собой и изменение операторов с временными производными. Иначе, изменение пространственной структуры должно влечь за собой и изменение временной структуры. Это предположение пока не нашло другого логического, теоретического или экспериментального  обоснования. В случае отказа от этого предположения, условия, объединенные вместе в (2), должны рассматриваться  как независимые. Тогда для выхода из области решений системы уравнений Максвелла   вместо двух независимых условий (2) и (3) необходимо рассматривать три при разделении условия (2) на два независимых – пространственное

    \[ \left\{ {\frac{\partial E_{I} }{\partial x_{L} }-\frac{\partial E_{L}  }{\partial x_{I} }\equiv 0} \right\} \]

и временное

    \[ \left\{ {\left. {\mbox{\, }g_{E0} \frac{\partial E_{K} }{\partial t}+J_{EK}  \equiv 0} \right\} \mbox{\, }} \right.\mbox{\, } \]

Это повлечет за собой удвоение общего числа поперечных систем уравнений.

 

Системы уравнений продольных полей. Следующая возможность выхода из электромагнитной индукции (“выключения”) — поперечнооднородное электрическое (магнитное) поле, у которого смешанные пространственные производные, входящие в состав оператора rot (6) и dis (5), (7), равны нулю тождественно (4).

Такое поле описывается только симметричными пространственными производными, пространственными плотностями токов и производными по времени

    \[ \mbox{\, }\frac{\partial E_{I} }{\partial x_{I} }\mbox{,\, \, }\overline  {J_{EI} } \mbox{\, \, и\, \, }g_{E0} \frac{\partial E_{I} }{\partial t}. \]

Линейные комбинации с учетом токов проводимостей, четных и нечетных перестановок соответствующих полей позволяют образовать следующие системы уравнений [4]:

(12):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{E0} \frac{\partial E_{I} }{\partial t}+J_{EI} =\frac{\partial Q_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{I} }=g_{Q0} \frac{\partial Q_{I}  }{\partial t}+J_{QI} , \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial Q_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right.\mbox{\, \, \, } \]

(13):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{E0} \frac{\partial E_{I} }{\partial t}-J_{EI} =\frac{\partial S_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{I} }=g_{S0} \frac{\partial S_{I}  }{\partial t}-J_{SI} , \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial S_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right.\mbox{\, } \]

(14):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{E0} \frac{\partial E_{I} }{\partial t}+J_{EI} =\frac{\partial R_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{I} }=-g_{R0} \frac{\partial R_{I}  }{\partial t}-J_{RI} , \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial R_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right.\mbox{\, } \]

(15):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{E0} \frac{\partial E_{I} }{\partial t}-J_{EI} =\frac{\partial T_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{I} }=-g_{T0} \frac{\partial T_{I}  }{\partial t}+J_{TI} , \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial T_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right. \]

Здесь: Q, R, S и T – напряженности неэлектромагнитных полей по I— ой координате, JI – пространственные плотности токов соответствующих полей по I— ой координате,  g0 – проницаемость среды для соответствующих полей.

Системы уравнений (8) – (11), (12) – (15)  образуют метасистему. Ее особенность – состоит из двух подсистем – поперечной (8) – (11) и продольной (12) – (15). Поперечные системы уравнений описывают индукции, в которых участвуют вектора полей, перпендикулярные между собой. Системы уравнений (12) – (15) описывают продольные индукции [4]. Данная метасистема (8) – (15) записана относительно электрического поля  Е.  Одно поле Е может участвовать в 8 системах уравнений, соответственно, участвовать в 8 индукциях. Любая непрерывная дифференцируемая  функция электрического поля может быть разложена  на сумму полей, являющихся составляющими решений систем уравнений метасистемы (8) – (11), (12) – (13). Если имеется некоторое произвольное электрическое поле, то его индукционную пару следует определить, подставляя данное электрическое поле последовательно в каждую систему уравнений (8) – (13).

 

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ ИНДУКЦИИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

0

Постановка задачи. Покажем существование продольного неэлектромагнитного поля в следующем эксперименте.

Существование неэлектромагнитного поля может быть установлено благодаря свойствам, несовместимым со свойствами магнитного H или электромагнитного EH полей на примере конденсаторного трансформатора EQ.

Поперечно-однородное электрическое поле существует между обкладками поперечно-однородного конденсатора. Будем рассматривать многослойный электрический конденсатор, аналогичный [5]. В [5] такой конденсатор рассматривается в рамках электромагнитной теории и предложен на основе симметричного преобразования из электромагнитного трансформатора Фарадея. Обкладки конденсаторов [5] состоят из отрезков плоскости и при их перезарядке не равны нулю поперечные пространственные производные электрического поля по периметру обкладок и, следовательно, присутствующее вихревое магнитное поле по краю обкладок участвует в  электромагнитной связи между обкладками. Это  использовано при его расчетах в [5]. Поэтому покажем существование индукционной связи между обкладками конденсатора при возможно наиболее полном исключении магнитного поля [6]. Это условие выполнено при возможно наиболее полном равенстве нулю всех смешанных пространственных производных электрического поля E  (4). Такое электрическое поле при гармонической зависимости от времени должно участвовать в индукции EQ, с неэлектромагнитным полем Q,  описываемой следующей подсистемой уравнений (12) без токов:

(16):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{E0} \frac{\partial E_{I} }{\partial t}=\frac{\partial Q_{I} }{\partial  x_{I} }, \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{I} }=g_{Q0} \frac{\partial Q_{I}  }{\partial t}, \\   \frac{\partial E_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial Q_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right. \]

При отсутствии токов проводимости системы уравнений (14) и (15) рассматривать не имеет смысла.

Рассмотрим следующий пример решения системы уравнений (16):

(17):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  E_{I} =E_{0I} \cos (kx_{I} +\omega t), \\   Q_{I} =Q_{0I} \cos (kx_{I} +\omega t). \\   \end{array}} \right. \]

Где:

    \[ E_{0I}  \]

    \[ Q_{0I}  \]

k и  ω — действительные постоянные.

Выполнение условий (4) возможно, например, в плоскопараллельном однородном конденсаторе, выполненном вдоль замкнутой гладкой поверхности, например, сферы или тора. В этом случае магнитную связь между обкладками, в отличие от [5], можно считать отсутствующей.

В электромагнитном EH трансформаторе Фарадея связь между током первичной обмотки   и током вторичной обмотки  осуществляется посредством магнитного поля H‘:

(18):

    \[ J_{E1} \to {H}'\to J_{E2} . \]

При этом ток вторичной обмотки  является метрологической характеристикой магнитного поля H‘.

Аналогично, в конденсаторном трансформаторе  EQ связь между напряжением на первичных обкладках E1 и напряжением между вторичными обкладками E2 осуществляется через посредничество неэлектромагнитного продольного поля Q:

(19):

    \[ E_{1} \to {Q}'\to E_{2} . \]

Следовательно, при отсутствии магнитного поля H, напряжение на вторичных обкладках в конденсаторном трансформаторе  EQ является доказательством существования неэлектромагнитного поля Q в эксперименте.

Описание эксперимента [6]. Каркасом конденсатора служит пластмассовая  гофрированная труба  диаметром  50мм и длиной 670мм, соединенная кольцом. Для выравнивания  поверхности  пластиковая труба обмотана пластиковой лентой до диаметра 52мм. Собственно многослойный конденсатор образован пятью обкладками 1,2,3,4,5, нумеруемыми изнутри наружу. Обкладки 1,2,3,4,5, толщиной 3мм каждая,  образованы алюминиевой фольгой толщиной  0,01мм. Каждая обкладка покрывает поверхность тора сплошным равномерным слоем. Изоляция между обкладками образована пластиковой лентой  толщиной 0,25мм в один слой. Выводы обкладок наружу сделаны  проводами МГТФ диаметром  0,6мм  через отверстия в вышележащих слоях. На рисунке 1 показана схема тороидального конденсаторного трансформатора. Выводы пронумерованы в соответствии с номерами обкладок.

image067

Рисунок 1.

Схема обкладок тороидального конденсаторного

трансформатора  EQ.

 Возбуждающее напряжение от мостового генератора через катушку с индуктивностью 2,3мГн для сглаживания фронтов, и получения синусоидальных импульсов, подавалось только между обкладками 2-3, регистрировалось на обкладках 1-4. Возбуждающее  напряжение – пачки импульсов частотой     230кГц, амплитудой от 1 до 30В. Длительность пачки импульсов —    0,6мс.  Интервал между пачками – 9,5мс.  Напряжение регистрировалось осциллографом С1-79. Нагрузка подключалась между обкладками 1-4 и имела 2 варианта: 1 вариант – холостой ход. 2 вариант – диодный мост со светодиодом в качестве нагрузки.

Результат 1 варианта эксперимента. Измерение напряжения на вторичных обкладках 1-4, внешних по отношению к первичным 2-3  — показало повторение формы и амплитуды напряжения возбуждения  с коэффициентом  трансформации  0,7.

Результат 11 варианта эксперимента. При подключении нагрузки на вторичные обкладки 1-4 – диодного моста со светодиодом, светодиод включался и горел пульсирующим светом. При этом изменялась форма и амплитуда, как на вторичных, так и на первичных обкладках конденсатора, по сравнению с вариантом нагрузки холостого хода.

111 вариант эксперимента. На этом этапе напряжение измерялось между обкладками 1-5 при отсутствии нагрузки. Измеренное напряжение повторяло форму и амплитуду напряжения возбуждения с коэффициентом трансформации 0,6.

     Выводы. Из  1 варианта можно сделать вывод о существовании поля — посредника Q  неэлектромагнитной природы, индуцирующего разность потенциалов между обкладками 1-4.

Этап 11  показывает, что поле Q  способно переносить мощность, т.к. способно зажечь светодиод. При этом потребляемая мощность черпается из первичной цепи питания обкладок 2-3 благодаря индукционной связи между обкладками.

Этап 111 показывает,  что поле Q  плохо экранируется проводящим ненагруженным экраном. Уменьшение напряжения на обкладках  1-5, по сравнению с напряжением на обкладках 1-4, можно обосновать увеличением расстояния между обкладками 3 и 5 по сравнению с расстоянием  между обкладками 3 и 4.

Примечание. Аналогичный эксперимент с толщиной обкладок 0,1мм показал аналогичные результаты, за исключением коэффициента трансформации с обкладок 1-4, который был равен 0,45. Отсюда видно, что эффективность трансформатора повышается с увеличением толщины обкладок.

Непосредственное измерение магнитного поля H на поверхности конденсаторного трансформатора EQ с помощью катушки индуктивности, показало его отсутствие.

Обкладки 2-3 образуют замкнутый электромагнитный контур и в рамках электромагнитной теории не должны иметь внешних электрических или магнитных полей при его питании.

Для поля EQ (17) не выполняются граничные условия для электрической составляющей поля [1] в полом односвязном волноводе. Не останавливаясь на этом подробно, заметим, что экспериментальная проверка показала быстрое затухание волны EQ (17) в полом волноводе.

     Заключение. В описанном эксперименте качественно показано существование продольной индукции с участием неэлектромагнитного поля Q, способного передавать мощность. Поле Q плохо экранируется проводящим экраном. Развитие эксперимента можно направить на повышение точности и выявление влияния на результат других технических характеристик. Представляет интерес изучение других физических характеристик поля Q.

Конденсаторный трансформатор EQ может использоваться там, где и обычный электромагнитный трансформатор EH. Его преимущество состоит в отсутствии сердечника, что является существенным в области высоких частот.

 

 

 

 

 

 

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПОЛЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ.

0

Постановка задачи. Решение (17) описывает плоскую продольную волну, распространяющуюся в пространстве. Рассмотрим возможность качественно определить ее существование.

Идеальная волна EQ (17) может быть излучена в чистом виде без “побочного”  электромагнитного излучения  только сферическим однородным конденсатором. Если в качестве  передающей антенны использовать отрезок плоского конденсатора, то на его краях будет присутствовать переменное магнитное поле, что даст смешанное излучение.

Описание эксперимента. Сферический двухобкладочный конденсатор выполнялся следующим образом. В качестве каркаса был использован пластиковый шар диаметром 35мм. На нем с помощью алюминиевой фольги толщиной 0,01мм образована первичная обкладка толщиной 3мм. По верху первичной обкладки пластиковой липкой лентой выполнен изолирующий слой толщиной 0,1мм. Вторичная обкладка выполнена толщиной 3мм такой же алюминиевой фольгой. Сверху вторичной обкладки выполнен защитный слой пластиковой липкой лентой толщиной 0,1мм. Выводы обкладок наружу выполнены  проводами МГТФ диаметром  0,6мм  через отверстия в вышележащих слоях. Питание на обкладки конденсатора подавалось от мостового генератора частотой 230кГц и размахом 200В. Приемная антенна в виде отрезка плоского двухобкладочного конденсатора, размером 5см Х 5см  с толщиной обкладок 3мм и толщиной изолирующего слоя между ними в 0,1мм, располагалась в 3см от поверхности передающей антенны. Нагрузкой антенны служил светодиод, подключенный к приемным обкладкам через мостовой выпрямитель. Приемная антенна выкладывалась по сфере радиусом 5см по фронту волны излучаемой сферическим конденсатором, как показано на рисунке 2.

 

 

image068

Рисунок 2.

Схема эксперимента  по регистрации продольной волны EQ.

Результат эксперимента. При включении генератора питания передающего сферического конденсатора светодиод, нагруженный на приемную антенну через мост, загорелся.

Выводы.  В описанном эксперименте зарегистрировано излучение и прием волны EQ. Волна EQ способна переносить активную мощность.

Примечание. Т.к. источник волны эквивалентен точечному, то его поле падает с расстоянием обратно пропорционально квадрату расстояния. В эксперименте это проявляется гашением светодиода при раздвигании приемной и передающей антенн.

Введение проводящего экрана размером 5см Х 5см и толщиной 0,2мм, между приемной и передающей антенной, не приводит к гашению светодиода. Отсюда следует, что волна EQ плохо экранируется проводящим экраном.

Заключение.  Поле EQ образует отдельный частотный спектр, отличный от электромагнитного EH.  В силу его ненаправленности, его перспективно использовать в системах навигации, вещания и сотовой связи. В силу его повышенной проникающей способности, можно ожидать его использования для организации каналов  связи через ионосферу Земли на частотах, отличных от частот прозрачности для электромагнитного EH диапазона. Волны EQ так же перспективны для связи с подводными объектами. При изучении продольных волн в проводящих средах необходимо учитывать токи проводимости.

Скорость cEQ распространения волны EQ определяется только проницаемостями среды для электрического поля  и проницаемостью среды  для поля Q:

(20):

    \[ c_{EQ} =\sqrt {\frac{1}{g_{E0} g_{Q0} }} . \]

Формула (20) получена аналогично электромагнитному случаю [1] из системы уравнений (16) переходом к волновому уравнению путем дифференцирования первого уравнения по переменной t, второго по переменной xI и последующего вычитания результатов между собой.

 Для генерации поля EQ необходимо приложить существенно большую амплитуду напряжения между обкладками антенны, по сравнению с диполем для электромагнитного EH случая. Следовательно, следует предположить, что проницаемость среды  для поля Q  существенно ниже, чем для магнитного поля H, а волна EQ распространяется со скоростью, превышающей скорость света.

 

5. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДОЛЬНОГО ПОЛЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ

0

Приведем примеры использования продольного поля EQ в технических устройствах для иллюстрации его физической природы.

Передача напряжения между взаимно перемещающимися элементами конструкции. С помощью трансформатора EQ  можно обеспечить передачу переменного напряжения между взаимно перемещающимися элементами конструкции. Пример такого применения – передача сигнала между видеоголовкой блока вращающихся головок на вход видеоусилителя с шаси видеомагнитофона. Традиционное решение для этого узла – вращающийся электромагнитный  трансформатор Е-Н с уложенными по окружности обмотками в пазах ферромагнитных  чашек.

Вращающийся трансформатор EQ – пара неподвижных цилиндрических обкладок, установленных по окружности соосно, и пара обкладок, вращающихся между или вне них, как показано на  рисунке 3.

image077

Рисунок 3.

Схема передачи напряжения от перемещающегося

источника напряжения.

На рисунке 3 обозначена вращающаяся головка, подключенная к паре цилиндрических обкладок. Снаружи и внутри около них установлены две неподвижных цилиндрических обкладки, напряжение с которых снимается на вход видеоусилителя.

Преобразователь перемещения в электрический сигнал [8]. Амплитуда переменного напряжения на вторичных обкладках трансформатора EQ  пропорциональна площади взаимной ортогональной проекции между первичными и вторичными обкладками. Это использовано для измерения этой площади или перемещения, изменяющего эту площадь.

Пример использования этого свойства показан на рисунке 4.

image078

Рисунок 4.

Схема преобразователя перемещения  в электрический сигнал

Между первичными обкладками 1,4 подают переменное напряжение, а между  вторичными обкладками 2,3 регистрируют вторичное переменное  напряжение.  Амплитуда  вторичного напряжения пропорциональна площади взаимной прямоугольной проекции обкладок. Напряжение изменяется при перемещении обкладок 2-3 относительно обкладок 1-4. Недостаток такого решения – необходимость снятия напряжения с подвижных обкладок. На рисунке 5 представлен вариант преоброзователя, в котором этот недостаток  устранен.

image079

Рисунок 5

Схема двухступенчатого преобразователя перемещения в электрический сигнал.

Первичные обкладки 1,2 и выходные обкладки 3,4 неподвижны, а перемещается между  ними пара подвижных промежуточных обкладок 5,6. Разность потенциалов и заряды, индуцируемые первичными обкладками, равномерно распределяются между всей площадью промежуточных обкладок. Эта разность потенциалов между промежуточными обкладками индуцирует разность потенциалов между выходными обкладками. Амплитуда    выходного напряжения пропорциональна произведению площадей прямоугольных проекций на подвижные обкладки первичных и выходных обкладок. Недостаток такого решения по сравнению с предыдущим – пониженное выходное напряжение на выходных обкладках. Это объясняется тем, что в этом решении два последовательно включенных трансформатора EQ. Выходное напряжение пропорционально произведению коэффициентов трансформации трансформаторов между первичными и промежуточными обкладками, и между промежуточными и выходными обкладками. Понижение выходного напряжения может быть скомпенсировано пропорциональным повышением входного напряжения. Зависимость выходного напряжения от смещения промежуточных обкладок имеет колоколообразную форму.

Через края обкладок конденсаторов осуществляется электромагнитная связь, поскольку по периметру обкладок присутствует переменное магнитное поле H. Косвенно его можно оценить по уровню напряжения на выходных обкладках при полностью выведенных промежуточных обкладках. Уровень этого напряжения составил в макетном образце 10% от максимума.

 

 

 

 

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПОЛЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ.

0

Постановка задачи. Рассмотрим теоретический пример и эксперимент по наблюдению поперечного  неэлектромагнитного поля с электрической составляющей [9].

Рассмотрим функцию электрического поля следующего вида [1]:

(21):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  E_{X} =E_{X0} \exp (\omega t)\sin (ky), \\   E_{Z} =E_{Z0} \exp (\omega t)\cos (ky). \\   \end{array}} \right. \]

Здесь: EX, EZкомпоненты электрического поля, t  и  y – соответственно, временная и пространственная переменные, EX0, EZ0, ω и k – действительные параметры.

В соответствии с алгоритмом, указанным выше, для определения второй индукционной пары поля (21) необходимо подставить функцию (21) электрического поля последовательно в системы уравнений поперечной метасистемы (8) — (11). Компоненты (21) участвуют в следующей подсистеме системы уравнений (8):

(22):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{Z} }{\partial y}+g_{A0} \frac{\partial A_{X} }{\partial  t}=0, \\   -\frac{\partial E_{X} }{\partial y}+g_{A0} \frac{\partial A_{Z} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial A_{Z} }{\partial y}+g_{E0} \frac{\partial E_{X} }{\partial  t}=0, \\   -\frac{\partial A_{X} }{\partial y}+g_{E0} \frac{\partial E_{Z} }{\partial  t}=0. \\   \end{array}} \right. \]

Здесь: АX, AZкомпоненты поля А.

Компоненты поля А решения (22) совместные с (21) будут  следующими:

(23):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  A_{X} =A_{X0} \exp (\omega t)\sin (ky), \\   A_{Z} =A_{Z0} \exp (\omega t)\cos (ky). \\   \end{array}} \right. \]

Здесь: АX0, AZ0, и ω, k действительные множители, связанные  условием:

(24):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=g_{A0} g_{E0} . \]

Компоненты (21) так же  присутствуют в следующей подсистеме системы уравнений (10):

(25):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{Z} }{\partial y}+g_{C0} \frac{\partial C_{X} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial E_{X} }{\partial y}+g_{C0} \frac{\partial C_{Z} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial C_{Z} }{\partial y}+g_{E0} \frac{\partial E_{X} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial C_{X} }{\partial y}+g_{E0} \frac{\partial E_{Z} }{\partial  t}=0. \\   \end{array}} \right. \]

Здесь: CX, CZкомпоненты поля C. Компоненты поля С решения системы (25):

(26):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  C_{X} =C_{X0} \exp (\omega t)\sin (ky), \\   C_{Z} =C_{Z0} \exp (\omega t)\cos (ky). \\   \end{array}} \right. \]

Где: CX0 и CZ0 – действительные параметры.

Система уравнений (25) дает следующее условие для действительных параметров в (21), (26):

(27):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=-g_{C0} g_{E0} , \]

которое имеет решение в комплексной области. Следовательно, (26) — в общем случае комплексные функции. Но физический смысл имеют только действительные параметры. Следовательно, совместное решение (21), (26) в (25) при действительных параметрах невозможно. Физически приемлемым следует принять составляющую поля C равной нулю:

(28):

СX0=CZ0=0.

Компоненты (21) так же присутствуют в подсистеме системы уравнений (10) и повторяют компоненты (22), а их решение – решение  (21), (23) с подменой всех букв А в (22) и (23) на  D:

(29):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{Z} }{\partial y}+g_{D0} \frac{\partial D_{X} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial E_{X} }{\partial y}+g_{D0} \frac{\partial D_{Z} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial D_{Z} }{\partial y}-g_{E0} \frac{\partial E_{X} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial D_{X} }{\partial y}-g_{E0} \frac{\partial E_{Z} }{\partial  t}=0. \\   \end{array}} \right. \]

Где: DX и DZ – соответствующие компоненты поля D. Компоненты поля D решения подсистемы (13) имеют следующий вид, аналогичный (23):

(30):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  D_{X} =D_{X0} \exp (\omega t)\sin (ky), \\   D_{Z} =D_{Z0} \exp (\omega t)\cos (ky), \\   \end{array}} \right. \]

Где: DX0 и  DZ0 действительные постоянные. При условии:

(31):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=g_{D0} g_{E0} . \]

Компоненты (21) так же  присутствуют в следующей, (11), подсистеме системы уравнений Максвелла:

(32):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{Z} }{\partial y}+g_{H0} \frac{\partial H_{X} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial E_{X} }{\partial y}+g_{H0} \frac{\partial H_{Z} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial H_{Z} }{\partial y}+g_{E0} \frac{\partial E_{X} }{\partial  t}=0, \\   \frac{\partial H_{X} }{\partial y}+g_{E0} \frac{\partial E_{Z} }{\partial  t}=0. \\   \end{array}} \right. \]

Здесь: HX, HZкомпоненты  магнитного поля H.

Запишем компоненты магнитного поля H решения подсистемы уравнений (32) для электрического поля (21):

(33):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  H_{X} =H_{X0} \exp (\omega t)\sin (ky), \\   H_{Z} =H_{Z0} \exp (\omega t)\cos (ky). \\   \end{array}} \right. \]

Где: HX0 и HZ0 – действительные постоянные. Коэффициенты  (33) связаны следующим условием, следующим из (32), аналогичным (27):

(34):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=-g_{H0} g_{E0} , \]

которое имеет решение в комплексной области при любом сочетании параметров k и ω. Следовательно, (17) — в общем случае комплексные функции. Но физический смысл имеют только действительные параметры. Следовательно, совместное решение (21), (33) подсистемы (32) при действительных параметрах невозможно. Физически приемлемым следует принять составляющую поля H равной нулю:

(35):

HX0=HZ0=0.

Выполнение условий (24) и (31)  одновременно невозможно, т.к. константы проницаемости gA0 и gD0среды для разных полей A и D  предполагаются различными. Точное выполнение условия (24) или (31) позволяет реализовать индукцию электрического поля Е с полем  A или  D соответственно.  Если выбранные параметры ω и k электрического поля Е (21) не выполняют ни одного из равенств (24) или (31), а электрическое поле E (21) не выполнено в полном объеме, то в общем случае электрическое поле E (21) будет индуцировать поля A,C,D и H. При этом компоненты  полей С и Н  при любых сочетаниях коэффициентов  ω и k противоречивы и не создают решений с волновой структурой. Поэтому будем считать поле, индуцированное составляющими (21) как поле Е-A,D.  Поскольку электрическое поле E (21) выполняется не во всем пространстве, а частично, то поля С и Н так же присутствуют в качестве побочных.

 

Экспериментальное наблюдение поперечного неэлектормагнитного поля с электрической составляющей. Существование поля  Е-A,D может быть показано,  если поле Е-A,D проявит свойства, отличающие его от электромагнитного поля Е-H. Рассмотрим экспериментальное проявление свойств такого поля.

Вектор электрического поля Е (21) описывает винтовую линию [10] вокруг оси y. Электрическое поле E (21) реализуем подачей электрического напряжения с экспоненциальными фронтами между двумя изолированными между собой электродами, выполненными вдоль такой винтовой линии, и выложенными последовательно, друг за другом, по ее радиусам r,  как схематически показано на рисунке 6.

image106

Рисунок 6.

Схема антенны винтовой линии и ее питания.

Напряжение с экспоненциальными фронтами Er реализовано переменным напряжением в форме П-импульсов. Рассмотрим некоторые экспериментально наблюдаемые свойства поля, генерируемого такой антенной.

Описание эксперимнта I. В эксперименте № 1 использовались два  электрода из меди сечением  2 Х 3,5 мм. Шаг витков винтовой линии составил  6мм. Внешний диаметр винтовой линии составил 19мм. Винтовая линия выполнялась по часовой стрелке. Общая длинна антенны составила 120мм при 17 витках. Такая антенна выполнена в двух экземплярах. Между электродами одной антенны подавалось напряжение от источника П-импульсов размахом 200В, частотой  220кГц. Приемная антенна располагалась на расстоянии  0.1м, соосно с передающей. Электроды приемной антенны подключались к осциллографу С1-79.

Результат эксперимента I. Форма напряжения на приемной антенне повторяла форму напряжения на передающей антенне. Размах напряжения на приемной антенне составил  1В. Из этого эксперимента следует вывод о существовании и распространении в пространстве волны поля Е-A,D.

Описание эксперимента II. В следующем эксперименте № 2, в отличие от предыдущего,  между приемной и передающей антеннами в средней части был введен алюминиевый экран толщиной 1,3мм и размерами 290 Х 210см перпендикулярно оси антенн.

Результат эксперимента II состоит в том, что амплитуда напряжения на приемной антенне составила 0.7В. Из этого эксперимента можно сделать вывод, что излучаемое передающей антенной  поле     Е-A,D полностью не экранируется  проводящим экраном.

Схема экспериментов 1 и 2 показана на рисунке 7, где цифрой 1 обозначен генератор, цифрой 2 – передающая антенна, 3 – проводящий экран, 4 – приемная антенна, 5 – осциллограф.

image107

Рисунок 7.

Схема экспериментов с антеннами винтовой линии.

Определим граничные условия, которым  удовлетворяет электрическое поле (21). Вопрос о граничных условиях для поля Е-A,D требует отдельного рассмотрения. Поэтому рассмотрим граничные условия только для электрической составляющей (21) поля Е-A,D. Касательные составляющие электрического поля вблизи идеально проводящей цилиндрической поверхности равны нулю [1]:

(36):

    \[ E_{Y} \equiv E_{\phi } \equiv 0, \]

 

где: Eφ и EY, соответственно, угловая составляющая и составляющая вдоль оси y цилиндрического электрического поля Е.

Электрическое поле (21) везде перпендикулярно поверхности цилиндра, ось которого совпадает с осью y. Уравнение этого цилиндра следующее:

(37):

    \[ x^{2}+z^{2}=r^{2}, \]

где: r – радиус цилиндра.

Следовательно, такая цилиндрическая поверхность является поверхностью выполненных граничных условий и может быть заменена проводящей поверхностью [1]. Такая поверхность – металлическая труба круглого сечения, выполненная вдоль оси y.

Описание эксперимента III. В следующем эксперименте № 3 проверялась возможность распространения волны Е-A,D в полом односвязном волноводе круглого сечения. В эксперименте использовалась металлопластиковая алюминиевая труба с внешним диаметром  21мм. Толщина алюминиевой стенки составляла  1мм. В эксперименте № 3 длинна отрезка трубы составляла  4м. С двух противоположных концов трубы были вставлены передающая и приемная антенны. Параметры питания передающей антенны совпадают с параметрами питания в эксперименте № 1.

Результат эксперимента III. Размах напряжения на приемной антенне составил  1,5В при измерении по осциллографу.

Описание эксперимента IV. В эксперименте № 4 длинна отрезка трубы составила  25м. Остальные параметры соответствуют эксперименту    № 3.

Результат эксперимента IV. Размах напряжения на приемной антенне составил  1,5В при измерении по осциллографу.

Выводы. Из экспериментов № 3 и № 4 следует сделать вывод о том, что  волна       Е-A,D в цилиндрическом волноводе существует и способна  распространяться через односвязный волновод круглого сечения. Следует заметить, что электромагнитная Е-Н составляющая при такой низкой частоте не способна распространятся через односвязный волновод [1]. Кроме того, электромагнитная составляющая для излучения может создать разность потенциалов между участками пространства, расстояние между которыми соизмеримо с длинной электромагнитной  Е-Н волны [1]. В данных экспериментах расстояние между электродами определяется толщиной изоляции, и составляет 0,5мм и существенно меньше длинны электромагнитной Е-Н волны ~1300м. Следовательно, результаты поставленных экспериментов № 3 и № 4 доказывают существование поля Е-A,D  и показывают их отличительные свойства от электромагнитного поля Е-Н – способность распространятся в полом волноводе при низкой частоте.

Следует так же заметить, что граничное условие (36) для электрического поля (21) выполняются так же и в коаксиальном волноводе при выполнении передающей и приемной  антенн в виде двух электродов, намотанных на центральный электрод, выполненных вдоль радиусов.

Эффективность приемной антенны может быть увеличена, если   каждый из двух электродов выполнить в виде нескольких, изолированных между собой, вторичных электродов. Тогда можно снимать напряжение между парами каждого из двух  вторичных электродов. Соединяя их последовательно, можно пропорционально повысить чувствительность приемной антенны.

В качестве антенны Е-A,D была  проверена так же следующая конструкция. Из стальной фольги толщиной  0,15мм были вырезаны две группы элементов электродов, по 3 в каждой,  следующих форм (рисунок 8).

image112

Рисунок 8.

Схема круглых электродов винтовой линии.

Первая группа – элементы внутреннего электрода – круг, ограниченный внешней окружностью диаметром  50мм, и ограниченный внутренней сосной  окружностью диаметром  15мм. Вторая группа – элементы внешних электродов, так же соосные круги с внешним диаметром  120мм, внутренним  52мм. Каждый из элементов электродов  разрезался по радиусу, соосно собирались на диэлектрической оси и спаивались разрезами. Левый  край разреза элемента электрода нижнего слоя спаивался с правым краем элемента электрода верхнего слоя. Между слоями прокладывался в качестве изолятора пластиковый диск толщиной  1,2мм,  так же разрезанный вдоль радиуса. Края разреза изолирующего диска склеивались. Левый край разреза  нижнего диска склеивался с правым краем разреза выше лежащего диска.  В каждой антенне было выполнено 3 слоя элементов внутренних и внешних электродов. Напряжение подавалось (или снималось) между внутренними и внешними электродами.

Описание эксперимента V. В следующем эксперименте №5 проверялась эффективность антенны такой конструкции. Эксперимент № 5 состоял в следующем. Расстояние между приемной и передающей антеннами составило 0,1м. Передающая антенна питалась П- образными импульсами  с размахом  200В.

Результат эксперимента V. Форма напряжения на приемной антенне повторяла форму напряжения питания передающей антенны. Размах напряжения на приемной антенне  составил   1В при измерении осциллографом. При раздвигании антенн напряжение на приемной антенне быстро падает.

Описанный эксперимент так же показал возможность излучения и приема поля Е-A,D, и работоспособность такой конструкции. Преимущества такого конструктивного решения – возможность интегрального исполнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВОЛН С ПОПЕРЕЧНОЙ НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИЕЙ

0

Постановка задачи. Рассмотрим теоретически и экспериментально следующий тип волновой структуры Е-A,D. Определим компоненты поля цилиндрической волновой структуры и опишем ее экспериментальное наблюдение.

Следующая функция электрического поля является упрощенным вариантом функции (21), записанной в цилиндрической системе координат:

(38):

    \[ E_{r} =E_{r0} \exp (\omega t)\cos (kz), \]

где: Er – радиальная составляющая электрического  поля, Er0 – действительная константа.

Для теоретического исследования функции (38) поступим так же, как и в предыдущем случае. Определим совместные компоненты поля (38). Для этого выпишем подсистемы систем уравнений поперечной метасистемы  (8) – (11), в которых участвует составляющая Er электрического поля (38). Затем выпишем их составляющие решений и алгебраические соотношения между числовыми коэффициентами.

Из первой  системы уравнений поперечной метасистемы (8), записанной в цилиндрической системе координат,  составляющая Er присутствует в следующей подсистеме:

(39):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{A0} \frac{\partial A_{\alpha }  }{\partial t}, \\   -\frac{\partial (rA_{\alpha } )}{r\partial z}=-g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Er, Aαсоответственно, радиальная и угловая компоненты соответственно поля  электрического Е и поля А, r — радиальная переменная цилиндрической системы координат.

Из второй поперечной системы уравнений (10) выпишем следующую подсистему:

(40):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{A0} \frac{\partial A_{\alpha }  }{\partial t}, \\   -\frac{\partial (rA_{\alpha } )}{r\partial z}=-g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Сα – угловая компонента поля С.

Из системы уравнений (9) выпишем следующую подсистему:

(41):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{D0} \frac{\partial D_{\alpha }  }{\partial t}, \\   \frac{\partial (rD_{\alpha } )}{r\partial z}=g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Dα — угловая компонента поля D.

Из системы уравнений (11), системы уравнений Максвелла, для составляющей (38) выпишем следующую подсистему:

(42):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{\partial E_{r} }{\partial z}=-g_{H0} \frac{\partial H_{\alpha }  }{\partial t}, \\   -\frac{\partial (rH_{\alpha } )}{r\partial z}=g_{E0} \frac{\partial E_{r}  }{\partial t}, \\   \end{array}} \right. \]

где: Нα – угловая компонента магнитного поля Н.

Компоненты полей A  и D для  электрического поля E (38) для решений систем уравнений (39) и (41) запишем в следующем виде соответственно:

(43):

    \[ A_{\alpha } =A_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz), \]

(44):

    \[ D_{\alpha } =D_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz). \]

Где: Aα0  и Dα0 – действительные постоянные.

Коэффициенты ω и k связаны следующими  соотношениями соответственно:

(45):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=g_{A0} g_{E0} , \]

(46):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=g_{D0} g_{E0} . \]

Компоненты полей С  и Н для  электрического поля (38) для подсистем уравнений (40) и (42) запишем в следующем виде соответственно:

(47):

    \[ C_{\alpha } =C_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz), \]

(48):

    \[ H_{\alpha } =H_{\alpha 0} \exp (\omega t)\sin (kz), \]

где коэффициенты связаны условиями:

(49):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=-g_{С0} g_{E0} , \]

(50):

    \[ \frac{k^{2}}{\omega^{2}}=-g_{Н0} g_{E0} . \]

Все параметры, входящие в уравнения (49) и (50) по их смыслу действительные величины. Уравнения (49) и (50) определяют мнимые параметры k или ω. Следовательно, электрическое поле (38) не принадлежит области действительных решений подсистем уравнений (41) и (42).  Формально (47) и (48) — комплексные функции, а физически приемлемы только действительные функции.

Набор решений в виде полей (38) – (43), (44) — поле Е-A,D с пространственной структурой, показанной на рисунке 9.

image137

Рисунок 9.

Пространственная структура цилиндрической волны

поля Е-A,D.

На рисунке 9 показаны силовые линии электрической составляющей  E  и поля A,D. Буквами z, r и α обозначены цилиндрические координаты.

Описание эксперимента. Поле (38) создадим с помощью следующего набора электродов.   На рисунке  10  показан разрез макетного образца антенны поля (38). Антенна состоит из 8 медных колец сечением 2 Х 3,5мм. Внутренние кольца имеют внутренний диаметр 8,5мм, внешний диаметр внешних колец составляет 16мм. Кольца подключены к двум выводам антенны в шахматном порядке.

image138

Рисунок 10.

Схема электродов и питания антенны цилиндрической волны.

В эксперименте № 6 питание передающей антенны осуществлялось источником с теми же параметрами, что и в предыдущих экспериментах. Приемная антенна располагалась соосно с передающей  на расстоянии 10мм от нее. Форма приемного напряжения повторяла форму передающего напряжения.

Результат эксперимента. Размах напряжения на приемной антенне составил 0,7В.

Выводы. Из этого эксперимента следует сделать вывод о возможности излучения и приема цилиндрической волны Е-A,D (38)-(43),(44).

Определим граничные условия, которым удовлетворяет электрическая составляющая Е  волны Е-A,D (38)-(43),(44). Как видно, они повторяют условие (36). В соответствии с [1], определим поверхность выполненных граничных условий (36). Для электрического поля (38) это так же семейство цилиндрических поверхностей (37), ось которых  — ось z. Следовательно, можно предположить, что такая волна способна распространяться через полый односвязный цилиндрический волновод круглого сечения, или через коаксиальный волновод.  Для проверки этого предположения был выполнен следующий эксперимент № 7.

Описание эксперимента. В качестве круглого волновода была использована металлопластиковая алюминиевая труба, как в предыдущих экспериментах.   Передающая и приемная антенны были вложены в трубу длинной 4м с разных концов. Параметры питающего напряжения повторили параметры предыдущего эксперимента.

Результат эксперимента. Размах напряжения на приемной антенне составил 0,7В.

Выводы. Из описанного эксперимента следует сделать вывод о распространении цилиндрической волны   Е-A,D (38)-(43),(44) через круглый волновод.

Следует так же заметить, что электромагнитная составляющая Е-Н, хотя и присутствует при излучении, не способна создать разность потенциалов между электродами приемной антенны в силу малого расстояния между ними.

Эффективность приемной и передающей антенн может быть пропорционально повышена увеличением числа электродов конструкции, что дает возможность увеличить расстояние уверенного приема между приемной и передающей антеннами.

 

 Описанные теоретические и экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о существовании полей Е-A,D с поперечной индукцией в природе. Показана  возможность их генерации, излучения, детектирования и распространения. Поля Е-A,D обладают отличительным свойством — способны распространятся через полый волновод на низких частотах. Это открывает возможность для технического использования полей Е-A,D.

Заключение. Предложенные волновые структуры  Е-A,D могут быть использованы для организации канала связи через полый волновод. При этом внешний диаметр волновода может быть выбран достаточно малым, например, капиллярным. Это открывает возможность для микроминиатюризации полого волноводного тракта, создания микросхем с волноводным трактом  и снижения его материалоемкости. Предложенные поля Е-A,D перспективны для возможности организации каналов связи наряду с электромагнитными Е-Н и неэлектромагнитным продольным Е-Q [6,7] полями. Поля Е-A,D так же перспективны для организации уплотнения существующих коаксиальных или односвязных волноводных трактов совместно с  используемым электромагнитным Е-Н спектром частот, например,  в многоканальных системах связи или в системах кабельного вещания. При этом подвергается модернизации только станционная аппаратура без изменения линейной. В отличие от продольного неэлектромагнитного поля E-Q, поле Е-A,D узконаправленно вдоль оси своего распространения, что перспективно для  организации узконаправленного канала связи. Так же перспективны направления по созданию каналов связи для подводных объектов и через ионосферу, что потребует дополнительных исследований.

 

 

 

 

 

 

 

 

8. ТОКОВЫЕ АНТЕННЫ

0

Постановка задачи. Рассмотрим варианты реализации антенн (индукторов) с токами неэлектромагнитного поля с электрической составляющей [11].

Основная часть. Рассмотрим следующую подсистему системы уравнений (9), записанную в цилиндрической системе координат:

(51):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{1}{r}\left( {\frac{\partial \left( {rE_{\alpha } } \right)}{\partial  r}+\frac{\partial E_{r} }{\partial \alpha }} \right)=-g_{D0} \frac{\partial  D_{Z} }{\partial t}, \\   \frac{1}{r}\frac{\partial D_{Z} }{\partial \alpha }=g_{E0} \frac{\partial  E_{r} }{\partial t}-J_{Er} , \\   \frac{\partial D_{Z} }{\partial r}=g_{E0} \frac{\partial E_{\alpha }  }{\partial t}-J_{E\alpha } , \\   \end{array}} \right. \]

где: Eα ,Er, DZ –компоненты соответствующих полей в  цилиндрической системе координат, r и α – радиальная и угловая переменные, JEr и J – радиальная и угловая компоненты пространственной плотности электрического тока. Один из вариантов решения (51) представим в виде:

(52):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  E_{\alpha } =E_{\alpha 0} {A}'(r)\cos (n\alpha )\exp (\omega t), \\   E_{r} =E_{r0} {A}'(r)\sin (n\alpha )\exp (\omega t), \\   D_{Z} =D_{Z0} {A}'(r)\cos (n\alpha )\exp (\omega t), \\   J_{Er} =-g_{E0} \omega E_{r0} {A}'(r)\sin (n\alpha )\exp (\omega t), \\   J_{E\alpha } =-g_{E0} \omega E_{\alpha 0} {A}'(r)\cos (n\alpha )\exp  (\omega t), \\   {A}'(r)=\sum\limits_{m=-\infty }^\infty {{A}'_{m} r^{m}} , \\   \end{array}} \right. \]

где: n, ω, Eα0 ,Er0 ,DZ0, Am – действительные постоянные.  Подстановка (52) в (51) и приравнивание коэффициентов при равных степенях разложения в степенной ряд дает следующие соотношения для действительных постоянных:

(53):

    \[ (m+1)E_{\alpha 0} {A}'_{m} +nE_{r0} {A}'_{m} =-\omega g_{D0} D_{Z0} A_{m-1}  ,\mbox{\, } \]

(54):

    \[ -nD_{Z0} {A}'_{m} =2g_{E0} \omega A_{m-1} E_{r0} , \]

(55):

    \[ mD_{Z0} {A}'_{m} =2g_{E0} \omega E_{\alpha 0} {A}'_{m-1} . \]

Из уравнений (53) — (55) определяются соотношения между действительными коэффициентами (52). В частности, степенной ряд A‘(r) полностью определяется одним из своих членов.

Из примера решения (52) определим пространственную структуру электрического поля. Силовые линии электрического поля определим из следующего известного уравнения:

    \[ \frac{\partial \alpha }{E_{\alpha } }=\frac{\partial r}{E_{r} }. \]

Решение (56) представим в виде:

    \[ r(\alpha )=\frac{E_{r0} }{E_{\alpha 0} }\int {tg(n\alpha )\partial \alpha  =-\frac{E_{r0} }{nE_{\alpha 0} }\ln (\cos (n\alpha ))+const_{1} ,}  \]

где: const1 произвольная постоянная интегрирования. Варианты силовых линий (52), (57) при: Eα0<0<Er0, n=-2 и n=-3 представлены на рисунке 11, а и б в полярной системе координат:

 

image153

а:

 

image154

б:

Рисунок 11.

Схемы силовых линий электрической составляющей

при  n = -2 и n = -3 в полярной системе координат.

 

Силовые линии напряженности электрического поля E лежат в плоскости (r,α) и образуют цилиндрическую поперечно-однородную структуру. Вектора пространственной плотности электрического тока параллельны векторам напряженности электрического поля E. Векторы напряженности поля D  параллельны оси z  и перпендикулярны плоскости рисунка. Максимум амплитуды поля D лежит на биссектрисах углов самопересечения силовых линий электрического поля E в соответствии с (52). Выкладывая обмотки провода по силовым линиям поля (57), можно построить токовые антенны — генераторы и детекторы поля D. При этом необходимо выполнить  соотношения (2) между питающим напряжением и током в обмотке в соответствии с условием (52).  Если это условие нарушается или выполняется частично, то такая обмотка через смешанный режим переходит в режим электромагнитной индукции (EH). Физический смысл режима питания обмотки в соответствии с (52) состоит в том, что фаза тока противоположна фазе напряжения. Такой режим характерен для активного источника напряжения, или для электрической дуги. Это свойство обратимо – обмотка, выполненная по рис. 11, помещенная в поле D, будет индуцировать электрический ток и напряжение с противоположными фазами в соответствии с (52). Можно предположить способность такой катушки частично компенсировать активные потери во внешней цепи, аналогичную [14]. Важное свойство такой обмотки – исключение электромагнитной индукции (EH) во всей плоскости (r,α).

Выполнение обмоток по рисунку 11 относительно сложно технически. Второй недостаток такой структуры – поле D знакопеременно в плоскости  (r,α) по углу α. Поэтому рассмотрим вопрос о возможности построения обмотки, в которой смена направления поля D происходит, по возможности, минимальное число раз при более простой структуре обмоток. Примеры решения этой задачи получим путем следующего анализа. Рассмотрим поле силовых линий (52), (57) как многообразие и выделим в нем следующие расслоения. Это:

  1. 8 – образный контур с самопересечением. Угол самопересечения определяется в соответствии с n  из (52), (57) или по рис. 11.
  2. X – образное самопересечение проводников. Аналогично 1., угол самопересечения определяется в соответствии с n из (52), (57) или по рис. 11.
  3. Расслоение вдоль центрально-симметрической окружности по рис. 11 – образует витую пару с количеством самопересечений, определяемых по n из (52), (57).

Примеры антенн, выполненных на основе этих вариантов, представлены на рисунке 12.

image155image156image157image158image159image160

Рисунок 12.

Схемы выполнения обмоток при n =-2 и n =-3 по расслоениям многообразия (52), (57).

 

Генерация поля D может происходить в окрестностях точек самопересечения одно- или многопроводных обмоток. Вне от этих точек индукция из неэлектромагнитной ED природы через смешанную область переходит в электромагнитную индукцию EH с генерацией магнитного поля H при нарушении соотношения (2). Повторяя эти структуры многократно у точки, вдоль кривой или поверхности,  или другого многообразия, получим антенны, или индукторы, поля ED с различной пространственно-временной структурой распределения напряженности поля D.

При других значениях n кривая, описывающая силовую линию (57), будет существенно другой. Например, при n рациональном, кривая имеет счетное число самопересечений. Если n иррационально, то кривая по уравнению (57) полностью заполняет круг с радиусом, определяемым амплитудным множителем (57), а число самопересечений бесконечно велико.

Вывод. Предложены варианты технической реализации антенн неэлектромагнитного поля с электрическими составляющими напряжения  и тока.

 

 

 

9. ТОКОВЫЕ АНТЕННЫ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗБУЖДЕНИИ

0

Постановка задачи. В предыдущем разделе рассматривалось электрическое поле и ток с экспоненциальной зависимостью от времени.  Представляет интерес рассмотреть случай с гармонической временной зависимостью.

Такое поле будет обладать четной перестановкой между составляющими компонентами неэлектромагнитной индукции и описывается системой уравнений (10) в декартовой системе координат.

Рассмотрим следующую подсистему системы уравнений (10), записанную в цилиндрической системе координат:

(58):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  \frac{1}{r}\left( {\frac{\partial \left( {rE_{\alpha } } \right)}{\partial  r}+\frac{\partial E_{r} }{\partial \alpha }} \right)=g_{C0} \frac{\partial  C_{Z} }{\partial t}, \\   \frac{1}{r}\frac{\partial C_{Z} }{\partial \alpha }=g_{E0} \frac{\partial  E_{r} }{\partial t}-J_{Er} , \\   \frac{\partial C_{Z} }{\partial r}=g_{E0} \frac{\partial E_{\alpha }  }{\partial t}-J_{E\alpha } , \\   \end{array}} \right. \]

где: CZ – составляющая поля C вдоль оси z.

Следующий пример (59) решения системы уравнений (58) аналогичен (52) при гармонической зависимости от времени:

(59):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  E_{\alpha } =E_{\alpha 0} {A}'(r)\cos (n\alpha )\cos (\omega t), \\   E_{r} =E_{r0} {A}'(r)\sin (n\alpha )\cos (\omega t), \\   С_{Z} =С_{Z0} {A}'(r)\cos (n\alpha )\sin (\omega t), \\   J_{Er} =g_{E0} \omega E_{r0} {A}'(r)\sin (n\alpha )\sin (\omega t), \\   J_{E\alpha } =g_{E0} \omega E_{\alpha 0} {A}'(r)\cos (n\alpha )\sin (\omega  t), \\   {A}'(r)=\sum\limits_{m=-\infty }^\infty {{A}'_{m} r^{m}} , \\   \end{array}} \right. \]

где: CZ0A— действительные параметры.Подстановка решения  (59) в (58) приводит к следующим соотношениям между действительными коэффициентами:

(60):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  {A}'_{m+1} E_{\alpha 0} (m+2)+E_{r0} {A}'_{m+1} n=g_{C0} \omega C_{Z0}  {A}'_{m} , \\   C_{Z0} {A}'_{m+1} n=2g_{E0} \omega E_{r0} {A}'_{m} , \\   (m+1)C_{Z0} {A}'_{m+1} =-2g_{E0} {A}'_{m} \omega E_{\alpha 0} . \\   \end{array}} \right. \]

Из сравнения решений (59) и (52) видно, что их силовые линии и пространственная структура полей тождественны.  Отличие состоит во временной зависимости: в (52) эта зависимость экспоненциальная, а в (59) – гармоническая. При этом из сравнения фаз электрического поля и электрического тока (59) видно, что электрический ток опережает электрическое напряжение на четверть периода. Отсюда видно, что для внешней цепи такой режим имеет емкостной характер.

Генерация поля C осуществляется аналогично полю D с помощью обмоток, выполненных по рисункам 11 и 12. Отличие состоит в гармонической форме тока с емкостным режимом в обмотках. Если емкостной режим нарушается, то обмотка (антенна) переходит в режим электромагнитной индукции и вместо поля C будет индуцироваться магнитное поле H при нарушении условия (2). Антенны, выполненные по рисункам 11 и 12 назовем антеннами  (индукторами) полей EC, ED, или, сокращенно, EC,D.

Сравнение структуры индуктора EC,D и электромагнитного EH поля в виде окружности показывает определенную связь между ними как особенностей функций в теории функций комплексного переменного [12]. Действительно, структура поля, описываемого комплексной функцией вблизи ее логарифмической особенности, описывается концентрическими окружностями. Такая структура описывает индуктор электромагнитного поля EH. Другой возможный вариант особенности функции – степенная. Такая функция описывает поле вблизи мультиполя и повторяет структуру силовых линий (57) индуктора поля EC,D , рисунок 11. Следовательно, такие индукции можно трактовать как различные варианты особенностей  функций комплексного переменного.

Выводы. Описанные структуры антенн неэлектромагнитного поля E-C,D с электрической составляющей позволяют в дальнейшем выполнить экспериментальное наблюдение и изучение их свойств.

 

 

 

10. ПРИМЕРЫ НАБЛЮДЕНИЯ НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ С МАГНИТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

0

Постановка задачи. Выше были представлены математические условия возникновения индукций с участием неэлектромагнитных полей с электрической составляющей, но не рассматривались вопросы существования неэлектромагнитных полей с магнитной составляющей и их отличительных свойств. Поэтому рассмотрим примеры экспериментального наблюдения неэлектромагнитных полей с магнитной составляющей благодаря свойствам, отличающим их от электромагнитного поля Е-Н [13].

Теоретическая необходимость во введении неэлектромагнитных полей состоит в необходимости выполнения закона сохранения энергии для переменного магнитного поля при отсутствии электрической составляющей. Для их описания необходимо предложить новые системы уравнений. Системы уравнений (61)-(68) записаны аналогично системам уравнений (8)-(15), но относительно магнитного поля с помощью подстановки E→-Н.   Система (61) – система уравнений  Максвелла. Системы уравнений (61)-(68) записаны с фиктивными пространственными плотностями магнитных токов и зарядов.

(61):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  rot\overline K +\overline J_{H} +g_{H0} \frac{\partial \overline H  }{\partial t}=0, \\   rot\overline H +\overline J_{K} +g_{K0} \frac{\partial \overline K  }{\partial t}=0, \\   div\overline H -\frac{1}{g_{H0} }\rho_{H} =0, \\   div\overline K -\frac{1}{g_{K0} }\rho_{K} =0. \\   \end{array}} \right. \]

(62):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  dis\overline L -\overline J_{H} +g_{H0} \frac{\partial \overline H  }{\partial t}=0, \\   dis\overline H -\overline J_{L} +g_{L0} \frac{\partial \overline L  }{\partial t}=0, \\   div\overline L -\frac{1}{g_{L0} }\rho_{L} =0, \\   div\overline H -\frac{1}{g_{H0} }\rho_{H} =0. \\   \end{array}} \right. \]

(63):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  dis\overline M -\overline J_{H} +g_{H0} \frac{\partial \overline H  }{\partial t}=0, \\   dis\overline H +\overline J_{M} -g_{M0} \frac{\partial \overline M  }{\partial t}=0, \\   div\overline M -\frac{1}{g_{M0} }\rho_{M} =0, \\   div\overline H -\frac{1}{g_{H0} }\rho_{H} =0. \\   \end{array}} \right. \]

(64):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  rot\overline E +\overline J_{H} +g_{H0} \frac{\partial \overline H  }{\partial t}=0, \\   rot\overline H -\overline J_{E} -g_{E0} \frac{\partial \overline E  }{\partial t}=0, \\   div\overline H -\frac{1}{g_{H0} }\rho_{H} =0, \\   div\overline E -\frac{1}{g_{E0} }\rho_{E} =0. \\   \end{array}} \right. \]

(65):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{H0} \frac{\partial H_{I} }{\partial t}+J_{HI} =\frac{\partial U_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial t}=g_{U0} \frac{\partial U_{I} }{\partial  t}+J_{UI} , \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial U_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right. \]

(66):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{H0} \frac{\partial H_{I} }{\partial t}+J_{HI} =\frac{\partial V_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{I} }=-g_{V0} \frac{\partial V_{I}  }{\partial t}-J_{VI} , \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial R_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right. \]

(67):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{H0} \frac{\partial H_{I} }{\partial t}-J_{HI} =\frac{\partial W_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{I} }=g_{W0} \frac{\partial W_{I}  }{\partial t}-J_{WI} , \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial W_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right. \]

(68):

    \[ \left\{ {\begin{array}{l}  g_{H0} \frac{\partial H_{I} }{\partial t}-J_{HI} =\frac{\partial P_{I}  }{\partial x_{I} }, \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{I} }=-g_{P0} \frac{\partial P_{I}  }{\partial t}+J_{PI} , \\   \frac{\partial H_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0, \\   \frac{\partial P_{I} }{\partial x_{J} }\equiv 0. \\   \end{array}} \right. \]

В системах уравнений (61)-(68):

    \[ \overline E ,\overline {H,} \overline {K,} \overline {L,} \overline M  ,\overline U ,\overline {V,} \overline {W,} \mbox{\, \, и\, }\overline P  \]

-соответственно, вектора напряженностей электрического, магнитного и соответствующих вновь введенных полей; J— вектор пространственной плотности тока соответствующего поля; g0 – проницаемость среды для соответствующего поля, ρ – пространственная плотность заряда соответствующего поля,

disН=dНI/dxJ+dНJ/dxI

– оператор, определяемый как сумма соответствующих несимметрических пространственных производных соответствующего поля, входящих как разность в оператор rot, t — временная координата, I и  J – номера пространственных координат.

  • Подпишитесь на новости

  • Твиттер

  • Кликните на банер

Вверх