УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ГИПОТЕЗЫ

3. 1. Орбитальное движение Земли вокруг Солнца

 

Тему гравитации с электромагнитных позиций можно развивать и дальше вплоть до масштабов звездных скоплений. В качестве примера обсудим в общих чертах орбитальное движение Земли в солнечной системе. Задача проста – показать, что сила гравитационного притяжения Земли к Солнцу может считаться силой их соответствующего электромагнитного взаимодействия.

 

Однако, при вычислениях здесь желательно брать в расчет и «привязанность» к Земле ее мощного естественного спутника – Луны, так как этот небесный объект, находящийся в земном энергетическом поле, и сам имеет внушительные физические параметры.

 

Магнитные поля всегда связаны с определенными телами, по которым текут электрические токи. Поскольку Солнце и Земля обладают собственными магнитными полями, будем считать их электрически заряженными телами.

 

Как известно, на заряд q (заряженную частицу), движущийся со скоростью V  в магнитном поле с индукцией В, действует так называемая сила Лоренца F_L = q V B * sin a, где: a - угол между направлениями векторов V и B (рис.24).

 

 

Рис.24

 

Направление силы F_L зависит от знака заряда и перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы V и B. Сила Лоренца работы не совершает и на скорость движения заряда не влияет. Она изменяет только направление вектора скорости, заставляя заряд описывать криволинейную траекторию.

 

Если магнитное поле однородное и постоянное, то радиус (R) кривизны траектории – величина постоянная. При a = 90° заряд будет описывать окружность, плоскость которой перпендикулярна направлению поля. Если же составляющая скорости (V cos a) движения заряда вдоль направления поля отлична от нуля, то заряд станет описывать винтовую линию вокруг оси, ориентированной по направлению поля.

 

Приравняв силу Лоренца F_L = q V B sin a  центростремительной силе F_C = m V² / R, можно вычислить величину электрического заряда q, если известны остальные параметры этого равенства, то есть:

 

 ,     (78)

 

где:  m – масса заряда (заряженного тела), кг.

 

А теперь «посмотрим» на один из звездных спиральных рукавов Галактики, где в плоскости ее диска по своей орбите движется Солнце, вокруг которого обращается Земля. В результате сложения поступательного и вращательного движений траектория перемещения Земли в пространстве относительно плоскости Галактики представляет собой винтовую линию (рис.25).

 

 

 Рис.25  Винтовая траектория перемещения Земли в плоскости галактического диска:

                                                            V_S – скорость обращения Солнца вокруг центра Галактики;

                                                            V_Z – скорость орбитального движения Земли вокруг Солнца.

 

Это винтообразное движение Земли и создает, очевидно, между плоскостью земной орбиты (эклиптикой) и плоскостью солнечного экватора известный угол b = 7,25°. А поскольку  глобальное магнитное поле Солнца имеет вид диполя с магнитной осью, совпадающей в среднем с осью вращения светила [5], то на уровне земной орбиты между вектором V_Z скорости Земли и вектором В_S индукции магнитного поля Солнца образуется угол a = 90° + b = 97,25° (рис.26).

 

 

 

Рис.26

 

По аналогии с движением заряженной частицы в магнитном поле будем полагать, что условный электрический заряд (Q _S) системы «Земля-Луна» по абсолютной величине примерно равен:

 

 Кл,     (79)

 

где:  М _S = m _Z + m _L = 6,05*10²⁴ кг [3] – суммарное значение масс Земли (Z) и Луны (L);

        V_Z = 2,98*10⁴ м / с [3] – средняя скорость поступательного движения Земли по круговой орбите радиуса R = 1,5*10¹¹ м [3];

        B_S = 6*10^-9 Тл – среднее значение индукции магнитного поля Солнца на уровне земной орбиты [5];

        a = 97,25°.

 

Отсюда, сила электрического тока I _S, соответствующего движению заряда (Q _S) системы «Земля-Луна» вокруг Солнца, приблизительно равна:

 

  А,     (80)

 

где:  Т_Z = 3,16*10⁷ с [3] – время одного оборота Земли вокруг Солнца (продолжительность тропического года).

 

Тогда, если площадь земной орбиты S = p R² = p (1,5*10¹¹)² = 7,1*10²² м², то орбитальный магнитный момент (Р_М) системы «Земля-Луна» получается равным:

 

Р_М = I _S * S = 6,3*10¹⁸ * 7,1*10²² = 4,5*10⁴¹ А * м².     (81)

 

Теперь необходимо определить среднюю скорость изменения индукции магнитного поля Солнца (DВ_S / DR) на уровне орбиты Земли в пределах условного электрического контура размером с лунную орбиту.

 

Исходя из сущности гипотезы, можно предположить, что относительное изменение напряженности гравитационного поля Солнца (k _G) численно должно быть равным относительному изменению индукции его магнитного поля (k _M) по мере удаления от светила в сторону Земли, то есть (рис. 27):

 

 ,     (82)

 

 

Рис.27

 

где: 

          Н / кг,     (83)

 

          Н / кг,     (84)

 

           ,     (85)

 

где:          G₁ и G₂  – значения напряженности гравитационного поля Солнца в ближайшей к нему точке лунной орбиты и

                                 наиболее удаленной, соответственно;

                 В₁ и В₂  – значения индукции магнитного поля Солнца в указанных выше точках, соответственно;

                 g = 6,672*10^-11 Н * м² / кг² – гравитационная постоянная; 

                 M _S = 1,989*10³⁰ кг – масса Солнца [3];

                 R = 1,5*10¹¹ м – средний радиус земной орбиты [3];

                 r _L = 3,8*10⁸ м – средний радиус лунной орбиты [3].

 

Положив В₁ = 6*10^-9 Тл, при k _M = k _G = 1*10^-2 получаем величину DВ_S:

 

DB_S = В₁ – В₂ = k _M * B₁ = 1*10^-2 * 6*10^-9 = 6*10^-11 Тл.     (86)

 

Так как DR = 2 r _L = 2 * 3,8*10⁸ = 7,6*10⁸ м, то средняя скорость изменения индукции магнитного поля Cолнца (DВ_S / DR) на участке пространства между точками В₁ и В₂ лунной орбиты примерно равна:  

 

 Тл / м.     (87)

В результате сила F_M электромагнитного притяжения системы «Земля-Луна» к Солнцу получается равной:

 Н.     (88)

                                                                                         

Проверим, насколько вычисленная сила (F_M) отличается от гравитационной силы F_G притяжения Земли (с Луной) к Солнцу: 

 Н.     (89)

 

где:  М _S = m _Z + m _L = 6,05*10²⁴ кг [3] – суммарное значение масс Земли (Z) и Луны (L);

           M _S = 1,989*10³⁰ кг – масса Солнца [3];

        g = 6,672*10^-11 Н * м² / кг² – гравитационная постоянная [6]; 

        R = 1,5*10¹¹ м – средний радиус земной орбиты [3]; 

 

Итак, наша гипотеза неплохо зарекомендовала себя и в космосе. Для ее дальнейшей проверки рассмотрим пример другого плана. Попробуем, например, прикинуть временной интервал, в течение которого в космическом пространстве могла возникнуть и сформироваться Земля с зарождением и развитием на ней живых организмов.

___________________________________________________________________

          

 

 

3. 2. Возраст Земли

 

Как мы помним из примера (см. раздел 2.1., формула 51), общий магнитный момент монолитного кубометра каменной соли равен Р_М = 2*10¹⁵ А * м². Представим себе, что этот магнитный момент создается всего лишь одной условной рамкой (электрическим контуром)   с площадью S = 1 м² (рис. 28). 

 

 

Рис.28

 

Тогда сила тока (I) в данном электрическом контуре должна быть равной:

 

 А.     (90)

 

Поскольку поверхностная плотность электронного заряда кристалла NaCl примерно равна s = 29 Кл / м² (см. пример 1, формула 17), то период колебаний (Т) электрического тока в этом условном контуре составит около:

 

 с.     (91)

 

То есть, величина тока в контуре возрастает от нуля до максимума за время  t = Т / 2 секунд.

 

А теперь подобную аналогию подведем к системе «Земля-Луна». Посмотрим, за какое время «почти из ничего» мог сформироваться в космическом пространстве ее сегодняшний энергетический потенциал в виде электрического заряда Q _S = 2*10²⁶ Кл (см. формулу 79).

 

В этой задаче особая точность не обязательна. И поскольку магнитное поле Луны в 600 – 700 раз слабее земного, будем считать, что основной вклад в образование электрического заряда системы внесен токами Земли. Для определения величины этих токов, текущих в недрах нашей планеты и ее ионосфере, сведем их к одному условному электрическому контуру с радиусом, равным среднему радиусу Земли R_Z  = 6*10⁶ м.

 

В теории электромагнетизма напряженность магнитного поля Н_Р в точке Р, лежащей на оси кругового тока I с радиусом r на некотором расстоянии d от центра (рис.29), выражается формулой:

 

 .     (92)

 

 

Рис.29

 

Отсюда, сила кругового тока I равна:

 

 .     (93)

 

Применительно к Земле и ее условному электрическому контуру расчет силы тока (I _Z) в нем будет выглядеть следующим образом (рис.30).

 

 

Рис.30

 

За точку Р примем северный магнитный полюс планеты, где напряженность магнитного поля Н_Р примерно равна:

 

 А / м.    (94)

 

где:  В _Р = 6,8*10^-5 Тл  [5] – индукция магнитного поля на поверхности Земли в районе ее северного магнитного полюса (в Антарктиде);

        m ₀ = 1,257*10^-6 Гн / м (генри / метр) – магнитная постоянная [6];

        m = 1 – магнитная проницаемость среды, окружающей контур с током (для воздуха m » 1).

 

Тогда сила тока I _Z условного электрического контура Земли получается равной:

 

 А,     (95)

 

где:  R _Z = 6,4*10⁶ м – средний радиус Земли.

 

Теперь можно определить ориентировочный промежуток времени, в течение которого из космической пыли оформилась Земля и заработала ее «динамо-машина», дающая электрический ток с определенным диапазоном живительного электромагнитного излучения для всего сущего на нашей красавице-планете:

 

 с,     (96)

 

что составляет приблизительно 1,7 млрд. лет.

 

По мнению ученых первые формы жизни на Земле возникли немногим более 3,2 млрд. лет тому назад. В таком случае, общий возраст t _S Земли составляет около:

t _S = 1,7 + 3,2 = 4,9 » 5 млрд. лет     (97)

 

Современной наукой общий возраст Земли оценивается в 4,5 – 7 млрд. лет. Как видим, результат и этого примера демонстрирует вполне добротное качество нашей гипотезы. В универсальности данной гипотезы можно убедиться также, рассмотрев некоторые ее возможности в вопросах прикладного характера.

 

Примечание 9:  кстати, – об «определенном диапазоне живительного электромагнитного излучения для всего сущего…». В настоящее время, если верить средствам массовой информации, готовится международная космическая экспедиция людей на Марс. Однако следует усомниться в ее благополучном завершении, если межпланетный корабль не будет оборудован особенной системой жизнеобеспечения экипажа. Речь идет о системе, которая должна располагать кроме всего прочего специальным источником электромагнитного излучения, потребного человеческому организму на уровне клеток, молекул ДНК и т. д. И думается, что было бы неплохо сначала провести сравнительные испытания жизнеспособности хотя бы крыс при наличии такого оборудования и без оного за пределами лунной орбиты. Но мы несколько отвлеклись от темы.

______________________________

          

 

 

3. 3. Электропроводность металлов

 

Рассмотрим теперь такое свойство металлов, как их электропроводность, на основе расчетных данных, имеющихся в вышеизложенном материале.

 

Классическая электронная теория проводимости металлов объясняет различные свойства вещества наличием в нем свободных электронов (электронного газа), перемещающихся в пределах объема проводника. Однако в некоторых вопросах эта теория приводит к выводам, находящимся в противоречии с опытом. Примером тому является сверхпроводимость. И в подобных случаях прибегают к помощи, например, квантовой теории металлов.

 

Попробуем взглянуть на механизм электропроводности металлов (на примере с алюминием) несколько по-иному. Но предварительно вспомним о «скин-эффекте», а также определим удельную проводимость алюминия (l_о) при температуре 0^оС по данным из справочника.

 

Известно, что при очень больших частотах переменный ток практически существует только в тонком поверхностном слое проводника. Это явление и получило название поверхностного или скин-эффекта. Распределение плотности тока по сечению проводника, если он имеет форму пластины, зависит от величины а, которая называется глубиной проникновения тока:

 

 ,     (98)

 

где:  w = 2 p ¦ – круговая частота переменного тока, рад / с (радиан / секунда);

        m ₀ – магнитная постоянная, Н / А²;

        m – магнитная проницаемость вещества проводника;

        l – удельная электрическая проводимость См / м (сименс / метр).

 

Этой же формулой (98) определяется и глубина проникновения в пластину электромагнитной волны, пульсирующей параллельно плоскости пластины. Вследствие скин-эффекта уменьшается действующее сечение проводника и увеличивается его сопротивление.

 

Будем полагать, что удельное сопротивление вещества есть сопротивление куба с ребром 1 м  из данного вещества, выраженное в омах, при токе, параллельном одному из ребер куба. Оно зависит от внутренней структуры проводника и от его состояния, в частности от температуры.

 

Если:   r _о – искомое удельное сопротивление алюминия при 0^оС, Ом * м;

            r ₂₀ = 2,7*10^-8 Ом * м – удельное сопротивление алюминия при 20^оС [6];

            a ₂₀ = 4,3*10^-3 К^-1 – температурный коэффициент [6];

            t = 0^оС – температура,

 

то удельное сопротивление алюминия при температуре 0^оС должно быть равным: 

 

r _о = r ₂₀ [1 + a ₂₀ (t – 20^oC)] = 2,5*10^-8 Ом * м.     (99)

 

Отсюда, удельная электрическая проводимость (электропроводность) алюминия  при температуре 0^оС примерно равна:

 

 1 / Ом * м (или См / м,  или А / В * м).     (100)   

 

А теперь рассмотрим свой вариант объяснения механизма электрической проводимости металлов. Для этого представим себе условный алюминиевый монокристалл кубической формы единичного объема (1 м³), находящийся под воздействием электромагнитной волны, пульсирующей параллельно одной из его граней (как бы у поверхности токопроводящей пластины с поперечным сечением S) с частотой колебаний  f ^/ (рис.31).

 

 

Рис.31

 

Будем считать, что частота волны ¦ ^/  равна частоте токов Di ^/ поверхностных атомов алюминиевого кристалла (рис.32):

 

Di ^/ = (i _r – i _R) cos a = Di cos a = 3,5*10^-4 cos 45° = 2,5*10^-4 А      (101), где:

 

 А.     (102)

                                                                  [выражение (102) выделено из формулы (73)]

 

 

Рис.32

 

Суммарный заряд q _S электронных оболочек двух (N = 2) взаимодействующих атомов алюминия (рис.32) в их трехвалентном состоянии примерно равен:

 

q _S = е (n + 1,5) N = – 1,6*10^-19 (13 + 1,5) * 2 = – 4,6*10^-18 Кл.     (103) 

 

Тогда частота колебаний электромагнитной волны ¦ ^/ на поверхности алюминиевого кристалла по абсолютной величине должна быть равной:

 

 Гц.     (104)

 

Круговая частота этих колебаний w ^/ соответствует значению:

 

w ^/ = 2 p ¦ ^/ = 2p * 5,4*10¹³ = 3,4*10¹⁴ рад/с.     (105)

 

Электромагнитное поле с такой частотной характеристикой, очевидно, может проникнуть в алюминиевый кристалл (с индуцированием  в нем токов) на глубину а:

 

 м      (106) 

 

и способно задействовать в качестве токопроводящих частиц n пар атомов алюминия по линии ребра куба (расстояние между парами атомов в глубину равно 1,5 d cos a):

 

 пар атомов.     (107)

 

В таком случае суммарная величина элементарных токов Di, проходящих в единицу времени через площадку S алюминиевого куба (см. рис.32) при температуре 0^оС, примерно равна (I _o):

 

 А.     (108)

 

Полученное значение I _o = 4,2*10⁷ А является фактическим показателем удельной электропроводности монокристалла алюминия при данной температуре (сравним с l _о = 4,0*10⁷ А / В * м). Следует сказать, что для упрощения вычислений плотность тока по сечению S алюминиевого проводника предполагалась постоянной. 

 

Данный подход к рассмотрению электропроводящих качеств алюминия вполне применим по аналогии к исследованиям и других веществ, а также их некоторых свойств (в частности такого явления, как сверхпроводимость).

________________________________________________________________________________