Электромагнитная природа молекулярных сил. Электромагнитные силы примеры

Силы электромагнитного взаимодействия

УДК 537.63: 537.8 СИЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

О.Л. Сокол-Кутыловский На основе законов и представлений классической физики получены все фундаментальные силы электромагнитного взаимодействия. Показано, что из четырех видов электромагнитных сил три связаны с магнитным полем. При этом два вида магнитных сил, - сила электромагнитной инерции и силы, возникающие при повороте вращающихся зараженных частиц, в современной электродинамике до сих пор не известны. PACS 41.20-q

Ключевые слова: электромагнитное взаимодействие, электромагнитные силы, магнитные силы, электромагнетизм

Введение

В классической электродинамике считается, что электромагнитное воздействие на заряженные частицы осуществляется посредством электрического и магнитного полей, причем все фундаментальные силы электромагнитного взаимодействия представлены в уравнении Лоренца [1-3]

(1)

где q – электрический заряд частицы, E – напряженность электрического поля, v – скорость частицы и B – магнитная индукция.

Первая (электрическая) часть уравнения (1) – это запись закона Кулона для силы взаимодействия электрических зарядов, выраженная через напряженность электрического поля. Сила Кулона действует между любыми электрически зараженными частицами, которые покоятся или находятся в состоянии движения.

Вторая (магнитная) часть уравнения (1) представляет собственно силу Лоренца. Она применима только к электрически заряженным частицам, движущимся в магнитное поле, которое считается постоянным (Рис. 1).

Рис. 1. Направление силы Лоренца, действующей на электрон в проводнике с электрическим током; FL – сила Лоренца, В – магнитная индукция, v – скорость электрона.

Магнитная часть силы Лоренца в проводнике, по которому течет электрический ток, всегда направлена к ближайшей точке поверхности этого проводника.

Если электрически заряженная частица не движется, то согласно уравнению (1) силового воздействия на нее со стороны магнитного поля как бы нет. Однако, из опыта известно, что любое изменение магнитного поля:

• движение источника магнитного поля по отношению к покоящейся заряженной частице;
• поворот источника магнитного поля в пространстве;
• изменение интенсивности магнитного поля при неподвижном его источнике;

- все эти изменения магнитного поля, взятые вместе или в отдельности, приводят к силовому воздействию как на движущуюся, так и на неподвижную электрически заряженную частицу, находящуюся в области изменения магнитного поля.

Классическая электродинамика в ее нынешнем виде полностью игнорирует инерцию свободных электрически заряженных частиц и инерцию электронов в металлическом проводнике. Инерция электронов не учитывается материальными уравнениями электродинамики, а сила инерции электронов, ее электромагнитный эквивалент, не входит в уравнение для электромагнитных сил. Поэтому сила (1) не может являться полной электромагнитной силой, действующей на заряженные частицы вещества. Как следует из [4], попытка выразить силу инерции электрона в электромагнитном виде предпринималась первооткрывателем электрона, Дж. Дж. Томсоном, однако, эта «сила самоиндукции»

где U – электрическая энергия электрона в состоянии покоя, c – скорость распространения света в вакууме и w – ускорение электрона, являлась смесью электрических и механических величин, не отражала реальные свойства электромагнитной инерции и не была введена ни в уравнение (1), ни в другие уравнения электродинамики. Аналогичные попытки предпринимал Г.А. Лоренц в своей «Теории электронов» (пункт 28 в работе [3]), в которой пытался обосновать существование целых трех видов массы электрона: материальной массы m0 и двух различных «электромагнитных масс», m’ и m’’, которые к тому же зависят от направления движения электрона. Для малых скоростей (vc) обе «электромагнитные массы» электрона по Лоренцу имеют одинаковое значение:

где re – радиус электрона.

Наделение массы свойствами пространственной анизотропии входит в противоречие с ее физическим смыслом. Такая виртуальная масса не объясняет инерционные свойства электронов и не была введена в основные уравнения классической электродинамики. 1. Электромагнитные силы, действующие на точечный электрический заряд

1.1. Воздействие электрического поля на электрический заряд хорошо известно и определяется законом Кулона, входящим в качестве первого слагаемого в формулу (1). При этом напряженность электрического поля является полноценным вектором в трехмерном пространстве. В отличие от вектора напряженности электрического поля вектор магнитной индукции является аксиальным вектором. Аксиальный вектор магнитной индукции недостаточен для определения всех возможных воздействий магнитного поля на электрически заряженную частицу, движущуюся в трехмерном пространстве. Физическая величина, в виде векторного произведения радиус-вектора, соединяющего ось симметрии источника магнитного поля с данной точкой пространства, на магнитную индукцию в этой же точке пространства, то есть «момент» магнитной индукции (rB), может характеризовать все возможные изменения магнитной индукции по величине и по направлению. Фактически, произведение электрического заряда на «момент» магнитной индукции, q·(rB), выполняет в электродинамике ту же функцию, что и импульс в механике вращательного движения, то есть является интегралом движения.

Электрическую часть электромагнитных сил оставим без изменений, а уравнение для магнитной части электромагнитной силы, действующей на заряженную частицу, должно быть распространено на все случаи изменения магнитного поля, как по величине, так и по направлению. Поэтому магнитную часть сил определим следующим образом. Так как сила со стороны магнитного поля возникает при любых изменениях магнитной индукции, то полная «магнитная» часть силы должна быть пропорциональна электрическому заряду электрона, e, умноженному на производную по времени от векторного произведения (rB), где r – радиальный вектор:

(2) 1.2. Из формулы (2) найдем все электромагнитные силы, действующие на точечный электрический заряд.

. (3)

Второе слагаемое в формуле (3) – это известная сила Лоренца, а третье слагаемое в современной электродинамике не применяется.

1.3. Третье слагаемое в формуле (3) представляет собой силу, ответственную как за инерцию отдельной электрически заряженной частицы, так и за явление самоиндукции в металлическом проводнике, вызванное инерцией электронов.

Сила электромагнитной инерции может быть представлена следующим образом [5, 6]:

, (4)

где q – электрический заряд, r – радиальный вектор, соединяющий ось симметрии источника магнитного поля B с электрически заряженной частицей и лежащий в плоскости, ортогональной оси симметрии (Рис. 2). Знак силы (4) определяется в соответствии с правилом Ленца: «минус», если dB/dt>0, и «плюс», если dB/dt

Рис. 2. Направление электромагнитной силы Fie, ответственной за самоиндукцию в проводнике с изменяющимся электрическим током при ∂B/∂t>0; r – радиальный вектор, соединяющий ось симметрии источника магнитного поля с электроном, движущимся со скоростью v. Сила электромагнитной инерции (4) может быть получена из уравнения (2) при его дифференцировании по времени, введена формально при интегрировании силы Лоренца и последующего нахождения полного дифференциала первообразной функции по времени, а также может быть получена из рассмотрения явления самоиндукции в прямолинейном металлическом проводнике [6].

1.4. Применительно к основной частице электродинамики – электрону полная электромагнитная сила, включающая силу электромагнитной инерции, но не учитывающая его внутреннего движения (собственные магнитный и механический моменты), может быть представлена в виде:

(5)

Электрический ток самоиндукции направлен в сторону первичного электрического тока или против него, поэтому направление электромагнитной силы инерции в прямолинейном проводнике или совпадает с направлением силы Кулона, или противоположно ей.

Из уравнения (3) и (5) видно, что сила Лоренца является лишь частным случаем полной электромагнитной силы, когда магнитное поле, характеризуемое аксиальным вектором магнитной индукции, не изменяется ни по величине, ни по направлению. 2. Электромагнитные силы, возникающие при повороте источника магнитного поля или при повороте вращающейся электрически заряженной частицы

Рассмотренная выше сумма электромагнитных сил (3) или (5) действует на электрически заряженную частицу, как целое, то есть на точечный электрон. Но электромагнитное поле может влиять и на внутреннее состояние электрона, в частности, на его магнитный и механический моменты. И наоборот, так как магнитный и механический моменты электрона связаны между собой, то изменение механического момента, возникающее при криволинейном движении электрона, может изменить магнитное поле вблизи него.

2.1. Ранее были рассмотрены все электромагнитные силы, действующие на движущиеся электрически заряженные частицы и приложенные к их центру масс. То есть частица рассматривалась, как точечный заряд, расположенный в центре масс. Возможный поворот вращающейся заряженной частицы вокруг ее собственной оси при этом во внимание не принимался. Поворот источника магнитного поля в пространстве и действие его на электрически заряженные частицы также не рассматривалось. Но в формуле для электромагнитных сил (2), действующих на электрически заряженную частицу со стороны магнитного поля, в принципе, заложены все возможные электромагнитные силы, в том числе и силы, возникающие при повороте источника магнитного поля. Чтобы увидеть это, распространим уравнение для электромагнитных сил (2) на движение, например, электрона по произвольной траектории, которая складывается из прямолинейного движения, вращательного движения и пространственного поворота оси вращения. При изменении вращательного движения относительно любой оси, проходящей через центр масс электрона, возникает изменение момента импульса, и, следовательно, появляется момент сил. При полном описании криволинейного движения электрона необходимо рассматривать и учитывать эти силы, возникающие при повороте оси вращения электрона. Ранее формула (2) была применена только к движению точечного электрона и, соответственно, в ней были использованы только те производные переменных величин, которые изменяются при движении точечной заряженной частицы. При повороте оси вращения электрона для получения действующих на него сил необходимо дифференцировать по времени переменные, зависящие от параметров вращательного движения электрона вокруг его собственной оси, которые, в свою очередь, зависят от времени. Такими параметрами могут быть угол поворота и угловая скорость.

Как следует из опыта, сила, действующая на прямолинейно движущийся электрон со стороны магнитного поля, возникает как при неизменном магнитном поле (сила Лоренца), так и при изменении величины магнитной индукции (сила электромагнитной инерции). Причем при изменении вектора магнитной индукции, как по величине, так и по направлению, на электрон со стороны магнитного поля действует сила, вне зависимости от того, движется этот электрон или покоится. Изменение вектора магнитной индукции по направлению аналогично повороту оси вращения заряженной вращающейся частицы, ранее не рассматривалось. Момент силы, получающийся при изменении вектора магнитной индукции по направлению, будет в обязательном порядке содержать угловую скорость вращения или угловую скорость поворота, из чего следует, что поворот или вращение источника магнитного поля в электродинамике осуществляется через вектор угловой скорости, который является одним из основных векторов механики вращательного движения.

Рассмотрим поворот вектора rB, как поворот единого вектора. Представим магнитную часть уравнения (2) в следующем виде:

, (6)

где rB– модуль вектора rB, а (rB)1 – единичный вектор, направленный по вектору rB. Производная величины вектора rB была рассмотрена ранее. При умножении ее на электрический заряд получаются сила Лоренца и сила электромагнитной инерции, а произведение модуля вектора rB на производную единичного вектора (rB)1 не рассматривалось. Так как векторы r и B всегда взаимно ортогональны, модуль вектора rB равен произведению модулей составляющих его векторов:

.

Производная по времени от единичного вектора (rB)1 при изменении его по направлению на угол  дает другой единичный вектор, h2, расположенный параллельно плоскости поворота (x, z) и ортогональный вектору rB (Рис. 3). В качестве сомножителя у него появляется коэффициент, численно равный производной по времени от угла поворота, =/t:

. (7)

Так как движение точек электрона является трехмерным, а поворот оси происходит только в плоскости (x, z), то модуль единичного вектора относительно плоскости поворота не постоянен, а изменяется при вращении в пределах от нуля до единицы. Поэтому при дифференцировании такого единичного вектора должна учитываться его величина относительно плоскости, в которой происходит поворот этого единичного вектора.

Длиной единичного вектора (rB)1 относительно плоскости поворота (x, z) является проекция этого единичного вектора на плоскость поворота.

Производная единичного вектора (rB)1 в плоскости поворота (x, z) может быть представлена в виде:

,

где  – угол между вектором rB и плоскостью поворота (x, z).

Таким образом, сила, действующая на любую i-тую точку поверхности электрически заряженного вращающегося тела, при повороте его оси вращения, приобретает следующий вид:

, (8)

где qi – дробная часть электрического заряда, приходящегося на область выбранной точки приложения силы, r – кратчайшее расстояние от данной точки поверхности, в которой определяется сила, до оси вращения, B – магнитная индукция,  – угловая скорость поворота оси вращения,  – угол между вектором rB и плоскостью поворота  (x, z), h2 – единичный вектор, направленный параллельно плоскости поворота и ортогональный вектору rB.

Если полагать, что весь заряд q сосредоточен на поверхности частицы, а  – поверхностная плотность заряда, и Si – площадка в окрестности каждой из n точек, на которые разбита поверхность заряженной частицы, малая по сравнению со всей площадью поверхности этой частицы, то: .

Рис. 3. Направление электромагнитной силы FB, возникающей при повороте оси вращения электрона в плоскости (x, z) при его вращении с угловой скоростью . Во всех точках, лежащих в плоскости (x, z), сила FB=0.

Сумма всех сил (8), действующих на электрически заряженную частицу при повороте ее оси вращения, имеет вид:

. (9)

2.2. Вследствие круговой симметрии относительно оси вращения в каждой точке, не находящейся на оси симметрии, действует сила (8), а в симметричной ей относительно оси вращения точке действует точно такая же, но противоположно направленная сила. Совместное действие симметричных пар сил (8) при повороте оси вращения электрически заряженной частицы создает момент сил, поворачивающий частицу в третьей плоскости (y, z) (Рис. 3), которая ортогональна плоскости поворота  (x, z) и всем параллельным плоскостям (x, y), в которых происходит вращение точек электрически заряженной частицы:

.

При этом в любой из точек тела, не совпадающей с центром симметрии (центром масс) выполняется следующее условие ортогональности:

,

где  – аксиальный вектор угловой скорости, возникающей в момент действия сил (9), B – аксиальный вектор магнитной индукции и  – аксиальный вектор угловой скорости поворота оси вращения электрически заряженной частицы.

3. Сумма всех электромагнитных сил, действующих на движущуюся и вращающуюся электрически заряженную частицу

3.1. Сумма всех электромагнитных сил, действующих на движущуюся и вращающуюся электрически заряженную частицу, ось вращения которой поворачивается в пространстве, имеет вид [6]:

(10)

где q – электрический заряд, E – вектор напряженности электрического поля, r – радиальный вектор, соединяющий ось источника магнитного поля (центр заряженной вращающейся частицы) с данной точкой, в которой определяется сила, B – вектор магнитной индукции,  – угловая скорость поворота оси вектора магнитной индукции (оси вращения электрически заряженной частицы), h2 – единичный вектор, лежащий в плоскости, параллельной плоскости поворота, и ортогональный вектору rB,  – угол между вектором rB и плоскостью поворота, qi – дробный электрический заряд, приходящийся на площадку в области приложения силы, n – количество элементарных площадок, на которые равномерно разбита поверхность электрически заряженной частицы и rq – радиус электрически заряженной частицы.

3.2. Применительно к электрону формула (10) приобретает вид:

(11)

где е – электрический заряд электрона, еi=e/n– электрический заряд каждой из nэлементарных площадок, на которые равномерно разбита поверхность электрона, и re – радиус электрона.

Заключение

Таким образом, в электромагнитном силовом взаимодействии имеются четыре вида первичных физических сил. Три из них действуют на точечную электрически заряженную частицу, а четвертый тип сил возникает при повороте оси вращения электрически заряженной частицы.

Формулы (10) и (11), включающие в себя все электромагнитные силы, содержат в себе систему основных уравнений микроскопической электродинамики.

Действие электромагнитных сил на электрический заряд лежит в основе теории излучения электромагнитных волн [6, 7].

Литература 1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики., Т.2, М., «Наука», 1969.

2. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М., «Наука», 1966.

3. Лорентц Г.А. Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М., 1956.

4. Френкель Я.И. Собрание избранных трудов. Т.1., Электродинамика. М.-Л., 1956, С. 193.

5. Сокол-Кутыловский О.Л. Об электродинамике проводящих сред. // Практика приборостроения № 2, 2003, С. 85 – 90.

6. Сокол-Кутыловский О.Л. Русская физика, б/и, Екатеринбург, 2006, 174 с.

7. Сокол-Кутыловский О.Л. Об излучении радиоволн электрической антенной // Межвуз. науч. сб. «Элементы и устройства систем низких и сверхвысоких частот».- Саратов: Изд-во СГТУ, 2004, 58-66.

mognovse.ru

Электромагнитные силы природы

Все живое на нашей планете возникло, формировалось, существует и развивается под самым непосредственным влиянием электромагнитных сил природы.

Можно сказать, что земная жизнь купается в невидимом электромагнитном океане. Солнечный свет (видимая часть спектра), тепло (инфракрасный диапазон) и ультрафиолет — все это тоже электромагнитное излучение волн разной длины. Использование естественных факторов, природных сил таит в себе интереснейшие и перспективные возможности если не питания, то уж наверняка подпитывания агрозооэнергетики.

Установлено, что в живых организмах, причем на молекулярном уровне, проходят взаимопревращения различных видов энергии — химической, электрической, механической. Все энергетические превращения в клетках связаны с действием сложной молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — высокоэнергетического продукта, образующегося как в процессе внутриклеточного дыхания, так и в процессе поглощения кванта света ультрафиолетовой области. Клетка, использовав энергию на получение АТФ, затем тратит созданное, чтобы «оплатить» различные виды «работ». Так вот, выяснилось, что у животных необходимый для этого ультрафиолет наиболее активно поглощают биологические структуры кожи. Тончайшие эксперименты привели ученых к ошеломляющему на первый взгляд выводу: кожа животных, которую рассматривали как своеобразную оболочку, предохраняющую организм от неблагоприятных воздействий окружающей сферы, именно кожа оказалась приемником ультрафиолетового излучения!

Ученые подвергали ультрафиолетовому облучению различных сельскохозяйственных животных и установили, например, что поверхностный покров кроликов в зависимости от его окраски пропускает до 10% излучения. Для коров тот же показатель на различных участках тела составляет от 3 до 45%, для телят — 11—16, для свиней — 19—57, а у птиц с черным и бурым оперением — 26—29, с белым же — до 40%. Оптимальные дозы ультрафиолета благоприятно сказываются на здоровье и продуктивности животных. Скажем, в результате регулярного облучения свиньи в конце откормочного периода весили на 20% больше, чем в контрольной группе. У поросят-сосунов при отъеме от свиноматки прирост массы оказался на 20—32% выше, а сохранность их поголовья увеличилась вдвое. «Ультрафиолетовый» эффект зарегистрирован для птицы и крупного рогатого скота.

Эффект налицо, но вот за счет чего он достигается, оставалось неясным. Ведь кожа животных защищена плотным волосяным покровом, который должен был бы препятствовать проникновению ультрафиолета. Однако оказалось, что как раз шерсть играет активную роль в передаче энергии излучения. Оно проходит по волоскам, словно по световодным каналам, и воздействует на кожные рецепторы животного. Таким образом, шерстяной покров впрямую участвует в передаче части излучения организму. В зависимости от энергии кванта излучения, действующего на биологические объекты, происходит его поглощение на определенном уровне: «мощные» кванты поглощаются в клетках атомарными электронами, а «слабые» — электронными оболочками молекул. Усвоенная энергия квантов способствует синтезу АТФ из ее предшественников, что при оптимальном уровне оптического излучения существенно улучшает обменные процессы в живых организмах.

Сотрудники ВНИИ электрификации сельского хозяйства, используя принципы оптимального энергетического поглощения, создали систему ультрафиолетовых облучателей для животных и птицы, причем эта работа была удостоена премии Совета Министров СССР. Теперь УФ-облучатели стали обычной частью оборудования животноводческих ферм и комплексов.

А вот ученые Оренбургского СХИ провели интереснейшие эксперименты по фотопунктуре на основе лазерного излучения. Например, на область вымени коров воздействовали красным светом гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм. Регистрировали удой, время доения, брали суточные пробы молока для анализа содержания жира и белка, определяли другие характеристики. Исследования выявили, что в результате облучения надои устойчиво возрастают. У новотельных коров, как показали опыты, после фотопунктуры с большей скоростью повышалась молочная продуктивность. Подобное воздействие, согласно данным анализов, способствует увеличению концентрации лизоцина в крови и здоровых и больных маститом животных, то есть фотопунктура, говоря языком специалистов, является стимулятором неспецифической резистентности организма лактирующих коров.

Использование электрофизических факторов может в корне изменить трудоемкий процесс раздоя новотельных животных, который основан на усиленном механическом массаже вымени. Ученые стали искать рефлекторные зоны, управляющие молокоотдачей и воспроизводством, и обнаружили биологически активные точки организма животных. Эти точки классифицировал и объединил в 14 меридианов доктор ветеринарных наук М. В. Плахотин. Исследования в данной области продолжаются под руководством академика ВАСХНИЛ Л. Г. Прищепа. Впервые в зоотехнической науке кандидатами наук И. И. Подтынковым и Е. И. Любимовым доказано, что посредством малых токов, направляемых в биологически активные точки, можно успешно снимать стрессы животных, лечить яловость, маститы.

Один из приборов, при помощи которого осуществляется электропунктура (так назван этот метод), состоит из электрической батарейки напряжением 9 В, микроамперметра и двух электродов — пассивного и активного. Первый устанавливают на теле животного там, где нет биологически активных точек (у коров — кожная подхвостовая складка), второй — в ту точку, которая связана с заболевшим органом. Замечено, что после дозировки электричества заболевший орган становится здоровым. Местонахождение биологически активной точки определяют, перемещая стержневой электрод с положительной полярностью по телу животного. Поскольку биологически активные точки обладают повышенной электропроводимостью по сравнению с окружающими участками кожного покрова, то при соприкосновении электрода с такой точкой ток в цепи прибор — кожа резко возрастает, что фиксируется отклонением стрелки микроамперметра. Дозировка электричества минимальная, но агрозооэнергетический эффект спонтанен, поскольку живые клетки здорового организма способны вырабатывать большой энергетический потенциал.

Испытания, проведенные в колхозе «Память Ильича» и совхозе «Емельяновка» Московской области, в Днепропетровском филиале Украинского научно-исследовательского института разведения и искусственного осеменения крупного рогатого скота, показали хорошие результаты применения метода электропунктуры. Его распространение может качественно изменить нынешние технологические процессы фермского хозяйства, разработать и внедрить в практику новые, на более высоком уровне энергетически обоснованные технологии содержания скота, увеличить его продуктивность и в итоге существенно повысить коэффициент использования совокупной энергии в животноводстве.

Учеными испытаны и различные способы электрофизической стимуляции растений. Первые систематические опыты по изучению действия искусственного излучения на растения были проведены свыше 120 лет назад русскими ботаниками А. С. Фаминцыным и И. П. Бородиным. Источником излучения в этих экспериментах служили керосиновые лампы, смонтированные в специальный прибор, имеющий рефлектор и линзу. Тогда и было доказано, что для растений нет принципиальной разницы между искусственным и естественным освещением. Позднее данное положение четко сформулировал К. А. Тимирязев в статье «Возможна ли культура при электрическом свете».

С начала 30-х годов под руководством Н. А. Максимова в ленинградском Физико-агрономическом институте (ныне АФИ) исследовались различные способы искусственного облучения на целом ряде сельскохозяйственных культур, большинство из которых давали повышенный урожай за сравнительно короткий вегетационный период. Ученик Н. А. Максимова биолог В. П. Мальчевский предложил методику так называемых световых ударов, то есть периодического кратковременного облучения растений сильным светом. Изыскания показали, что, пользуясь этим методом, можно получать по нескольку урожаев в год. Однако, несмотря на положительные результаты, широкой практической проверке эти опыты не подверглись.

Светоимпульсная стимуляция растений сейчас содействует бурному развитию энергетической биологии, именуемой также биоэнергетикой. Умы ученых захватила идея об определяющем значении энергии во всех природных явлениях. Уже показано, что первичные механизмы жизненных процессов в растениях протекают на энергетическом, электронном уровне. Но, как считают ученые, хотя видимый свет и аккумулируется в процессе фотосинтеза хлорофилльными клетками растений, тем не менее в растениях имеются органы, не снабженные фотосинтетическим аппаратом (хлоропласты), но способные запасать световую энергию и иметь своеобразную биоэнергетическую природу.

В свое время Жолио Кюри был убежден, что настоящий переворот в энергетике наступит тогда, когда можно будет осуществить массовый синтез молекул, аналогичных хлорофиллу или даже более высокого качества. Искусственный синтез хлорофилла в лабораторных условиях уже осуществлен. Но растение есть и будет основным потребителем энергии Солнца и поставщиком пищи для человека, так как энергетически такое производство более выгодно. Потенциальные возможности растений велики, но, к сожалению, пока недостаточно реализуются на практике.

Основные исследования в данной области ведутся в направлении ускорения фотосинтеза. Однако биоэнергетики изучают и нефотосинтетический путь использования растениями энергии Солнца. Например, по мнению доктора биологических наук А. А. Шахова, надо учитывать способности растения к более широкому, чем фотосинтетическое, потреблению солнечной энергии. Для этого следует давать растениям кратковременные сверхфотосинтетические дозы световой энергии в виде мощного светоимпульсного облучения. Исходя из того, что фотосинтез — важнейший, но не единственный процесс биологической трансформации солнечной энергии, ученый добивается увеличения коэффициента использования солнечной энергии за счет импульсной (с постоянной частотой и длительностью) обработки растений концентрированным солнечным светом, который с помощью современной гелиотехники сосредоточивается в фокусном пятне с повышенной плотностью (в 10—50 и более раз в сравнении с прямым солнечным светом). Таким образом, в этих исследованиях имеется общее начало с опытами Н. А. Максимова и В. П. Мальчевского.

А вот еще одно интересное предложение, касающееся создания так называемого электролизуемого агрономического поля. Подобные исследования начинал еще И. В. Мичурин, помещая в торцах грядок угольный и цинковый электроды, соединенные в воздухе проводником. В почве при этом протекал ток гальванического характера. На аналогичный эффект обращал внимание и профессор Н. А. Артемьев в своей изданной в 1936 году книге «Проблемы энерговоздействия на рост растений».

В наши дни данное направление развивает кировоградский исследователь И. П. Иванько. Он рассматривает почвенную влагу как своеобразный электролит, находящийся под воздействием электромагнитного поля Земли, и этим объясняет тот факт, что на двух стальных стержнях, вбитых в почву открытого грунта, наводятся положительный и отрицательный потенциалы и возникает электродвижущая сила, которую автор назвал «агро-ЭДС». Ее удалось не только измерить, но и объяснить общие законы, по которым она образуется. Характерно, что в определенные периоды, как правило, при смене фаз Луны и изменениях погоды, стрелка электроизмерительного прибора резко изменяет свое положение. Это объясняется тем, что сопровождающие подобные явления изменения состояния электромагнитного пояса Земли передаются почвенному «электролиту» и соответственно фиксируются микроамперметром или микровольтметром. Область использования рассматриваемого эффекта применительно к агрозооэнергетике может быть довольно широкой. Ну, скажем, он способен служить интересам агрометеорологического прогнозирования, что само по себе даст биоэнергетическую отдачу. А главное, напрашивается идея о создании электролизуемого агрономического поля, процессы которого будут автоматически управляться по типу гидропонной системы, но в открытом грунте.

Кроме общей идеи, разработаны на основе многолетних экспериментов рекомендации по организации такого поля. Тракторный агрегат с проводоукладком-щелевателем распределяет сматываемый с барабана стальной провод диаметром 2,5 мм по дну отрытой щели (глубина около 370 мм) и закрывает почвой. Пройдя гон, тракторист включает гидросистему на подъем, рабочий орган выглубляется из почвы, а провод обрубается на высоте 250 мм от поверхности земли. Через 12 м по ширине поля операция повторяется. Заметим, что проволока не мешает обычным агротехническим работам. После уборки зерновых или пропашных культур поле не требует вспашки, достаточно лишь культивации тяжелой дисковой бороной и противоэрозионного мульчирования растительными остатками. Весной, перед началом полевых работ, если это требуется, стальные проводники легко удаляются из почвы при помощи узла размотки и намотки мерной проволоки кукурузной сеялки.

Экспериментами установлено, что на электродах наводится агро-ЭДС приблизительно 23—35 мВ. Поскольку электроды имеют разную полярность, между ними через влажную почву образуется замкнутая электрическая цепь, по которой течет постоянный ток плотностью от 4 до 6 мкА на квадратный сантиметр анода. Проходя через почвенный раствор, как через электролит, этот ток поддерживает в плодородном слое процессы электрофореза и электролиза, благодаря чему необходимые растениям вещества преобразуются в легко усваиваемые ими формы. Кроме того, под воздействием электрического тока все пожнивные остатки и семена сорняков гумифицируются, что ведет к росту плодородия почвы.

В результате повышаются продуктивность полей и общий энергетический КПД.

Как видим, электризация почвы происходит без искусственного источника электрической энергии, лишь от электромагнитных сил нашей планеты. А между тем за счет «даровой» энергии в экспериментах получена весьма весомая прибавка урожая зерновых — до 7 ц/га. Конечно, по поводу рассмотренной идеи могут быть различные суждения. Однако совершенно ясно, что в сельскохозяйственных процессах следует полнее использовать естественные электромагнитные силы природы.

Вообще мысль о дополнительной «доставке» энергии в живые организмы, каких бы предложений мы ни касались, привлекательна тем, что в конечном счете увеличиваются общие объемы запасенной в биологических объектах солнечной энергии. Ведь в истоках любой сельскохозяйственной технологии — прямо или косвенно — обнаруживается энергия нашего светила. И потому Солнце должно с максимальной эффективностью работать на земные нужды, служить интересам агрозооэнергетики.

…Пожалуй, все, о чем было рассказано в данной главе, пока справедливо причислить к нетрадиционной энергетике. Подчеркиваем — пока. В будущем же многие из рассмотренных методов могут стать реальными, обычными, вполне традиционными. Подчиненные единому практическому началу — повышению биоэнергетического КПД агросферы, — они внесут свой вклад в решение той благородной задачи.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Электромагнитная природа молекулярных сил

Приступить к теоретическому исследованию молекулярных сил до начала XX в. было почти невозможно. Простые и хорошо изученные гравитационные силы при взаимодействии столь малых тел, как молекулы, явно не могли играть заметной роли. Оставалось предположить, что молекулярные силы имеют электромагнитную природу.

Любой атом и тем более молекула — это сложная система, состоящая из большого числа заряженных частиц: электронов и атомных ядер. Хотя в целом молекулы электрически нейтральны, между ними действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие между электронами и ядрами соседних молекул. Описание движения частиц внутри атомов и молекул — очень сложная задача. Ее рассматривают в атомной физике и решают с помощью законов квантовой механики. Мы ограничимся качественным рассмотрением межмолекулярных сил различных типов и потом приведем конечный результат: примерную зависимость сил взаимодействия двух молекул от расстояния между ними.

Ориентационные силы

У многих молекул, например у молекулы воды, распределение положительных и отрицательных зарядов таково, что в среднем центры этих зарядов не совпадают. Такую молекулу приближенно можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов +q и -q на небольшом расстоянии l друг от друга (рис. 2.7). Эта система зарядов называется электрическим диполем*. Электрические свойства такой молекулы характеризуются дипольным моментом

* Подробнее об электрических диполях будет рассказано в дальнейшем.

(2.4.1)

где q — абсолютное значение заряда.

Рис. 2.7

Рассчитывать значения дипольных моментов молекул на первых порах не умели. До создания квантовой механики это вообще было невозможно.

Но если считать дипольные моменты р1 и р2 двух молекул известными, то зависимость силы взаимодействия между ними от расстояния можно вычислить.

Для этого нужно только знать закон взаимодействия двух точечных электрических зарядов. Этот закон (закон Кулона) уже давно был известен. Сила притяжения двух диполей максимальна, когда они располагаются вдоль одной линии (рис. 2.8). Эта сила возникает из-за того, что расстояние между разноименными зарядами, находящимися в точках 2 и 3, чуть меньше, чем между одноименными, расположенными в точках 1, 3 и 2, 4.

Рис. 2.8

Сила взаимодействия диполей зависит от их взаимной ориентации. Поэтому она называется ориентационной. Хаотическое тепловое движение непрерывно меняет ориентацию молекул-диполей. Учитывая это, силу взаимодействия диполей нужно вычислять как среднюю по всевозможным ориентациям. Расчеты приводят к следующему результату: сила притяжения пропорциональна произведению дипольных моментов р1 и р2 молекул и обратно пропорциональна расстоянию между ними в седьмой степени:

(2.4.2)

Это очень быстрое убывание по сравнению с силой взаимодействия точечных заряженных частиц, которая пропорциональна .

Индукционные (поляризационные) силы

Можно указать еще одно достаточно простое взаимодействие молекул. Оно возникает между двумя молекулами, одна из которых обладает дипольным моментом, а другая — нет.

Дипольная молекула создает электрическое поле, которое поляризует молекулу с электрическими зарядами, равномерно распределенными по объему. Положительные заряды смещаются по направлению линий напряженности электрического поля, а отрицательные — против. В результате неполярная молекула растягивается (поляризуется) и у нее возникает дипольный момент (рис. 2.9).

Рис. 2.9

Силу взаимодействия можно рассчитать и в этом случае. Она пропорциональна дипольному моменту р полярной молекулы, некоторой величине α, характеризующей способность неполярной молекулы поляризоваться (она называется поляризуемостью), и обратно пропорциональна седьмой степени расстояния между молекулами:

(2.4.3)

Эти силы притяжения называются индукционными или поляризационными, так как они возникают благодаря поляризации молекул, вызванной электростатической индукцией.

studfiles.net

Значение словосочетания ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИЛЫ. Что такое ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИЛЫ?

Значение слова не найдено

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: прослеживать — это что-то положительное, отрицательное или нейтральное?

Положительное

Отрицательное

Предложения со словом «электромагнитные силы»:

• В случае с семьёй невозможно достичь той точности, с которой можно измерить действующие в атоме электромагнитные силы.
• Движение его осуществлялось с помощью электромагнитной силы, зависая при этом над поверхностью около половины ярда.
• Разгоняющая электромагнитная сила кольца заставляла корабли трещать по швам, перегружала электронику и приносила порой серьёзный вред неподготовленным людям.
• (все предложения)

Оставить комментарий

Текст комментария:

Дополнительно:

kartaslov.ru

---

• 
  Какая планета четвертая от солнца
• 
  Короб для электрики
• 
  Що таке магнітні матеріали
• 
  Короба размеры
• 
  Утепляем батарею
• 
  Управление однофазным электродвигателем
• 
  Освещение дворовое
• 
  Электромагнитные силы примеры
• 
  Блок питания для компьютера 12 вольт
• 
  Какая планета четвертая от солнца
• 
  Короб для электрики