Natężenie i napięcie prądu. Opór przewodnika.

Od jakiegoś czasu stałem przed dylematem – co robić, w którą stronę się ruszać. Czy wracać do omawiania zagadnień związanych z generowaniem prądu i jego przemieszczaniem się,

 

czy też zająć się wyjaśnieniem tak fundamentalnych dla prądu elektrycznego zagadnień, jak natężenie prądu, jego napięcie, czy też opór przewodnika.

 

Ta sprawa tak intensywnie chodziła mi po głowie, że aż dzisiaj była treścią mojego snu. Przypomniałem sobie młodzieńcze lata, gdy z zapałem chłonąłem nową dla mnie wiedzę. Przypomniałem sobie, że często miałem problem z pewnym zjawiskiem.

 

Gdy miałem jakieś wątpliwości i zwracałem się do wykładowcy o ich wyjaśnienie, to tak długo blokowałem swój umysły przed bezmyślnym chłonięciem wiedzy, aż nie znalazłem odpowiedzi na dręczące mnie pytania.

 

Sądząc z tej częstotliwości, z jaką czytelnicy proszą mnie o wyjaśnienie tych zagadnień, które weszły do tytułu tego wykładu, wśród czytelników, są też tacy, którzy jak ja dekoncentrują się i nie posuwają się efektywnie do przodu, dopóki nie będą mieć pełnej jasności w poznawanym materiale.

 

Stąd i klarowna decyzja – najpierw fundamentalne pojęcia, a później, krok po kroku do logicznego końca.

 

W odróżnieniu od elektrodynamiki Maxwella, która jest pustym dzwiękiem, gdyż powstała w czasie, gdy ludzkość jeszcze nie znała rzeczywistej budowy materii, a więc nie mogła rozumieć zachodzących w niej zjawisk, nowa elektrodynamika jest całkowicie powiązana ze światem materialnym i nadaje zjawiskom elektrycznym i magnetycznym pełny fizyczny sens.

 

Jak już pokazaliśmy, prąd generuje się ruchem przewodnika w przestrzeni w której między biegunami magnesów przebiegają linie magnetyczne. Z tego logiczny wniosek, że to właśnie tutaj, we współdziałaniu tych dwóch obiektów materialnych, magnesu i przewodnika "rodzi się" nowy byt – prąd elektryczny.

 

Z tego wynika, że dla zrozumienia zjawisk jakie zachodzą w oddziaływaniu tych obiektów, należy poznać pełną charakterystykę każdego z nich, przy czym wiadomo, że ważmniejszym z nich jestt magnes.

 

Wszyscy znają znane równanie starej elektrodynamiki wykorzystywanej dla obliczeń energii mechanicznej niezbędnej dla obracania ramki w polu magnetycznym:

 

A = i*S*B , J

 

gdzie: i – prąd, zdejmowany z ramki; S – powierzchnia konturu; B – indukcja magnesu.

 

Przeprowadzona przez nas analiza pokazała, że to równanie nie opisuje traconą energię mechaniczną, a elektryczną energię strumienia między biegunami magnesu, gdzie przez S dokładniej oznaczać powierzchnię bieguna magnesu, a przez i_m – sumaryczny strumień międzybiegunowej przestrzeni.

 

Oczywiście, klasyczna elektrodynamika w żaden sposób nie mogła wyznaczyć i_m, gdyż w niej pole magnetyczne jest bezstrukturną materią.

 

W nowej elektrodynamice i_m ma konkretne rozwiązanie:

 

i_m = э*N_m*w_m ,  A

 

gdzie:w_m – częstość obiegu każdego potoku elektrino przez bieguny magnesu; N_m – ilość elektrino w objętości między biegunami magnesów.

 

Ponieważ my już wyznaczyliśmy wielkość N_m, to dla energii magnetycznej strumienia możemy zapisać układ z dwóch równań:

 

E_m = э*N_m*j_Fe

E_m = э*N_m*w_m*S*B

 

z którego łatwo znaleźć nieznany nam elementw_m:

 

w_m =j_Fe/S*B         = 3,8691962*10^8 , s^-1

 

Ujemny znak przed znaczeniem indukcji, to wskazówka, że cząstki cyrkulują w siłowym polu ciała centralnego, gdyż jeśli uwzględnić naturę indukcji w nowym świetle, to powinniśmy pisać             B = -7,5*10^-6 T, do czego jeszcze wrócimy.

 

i_m = э*N_m*w_m = э*N_m*j_Fe/S*B = 3,4486617*10^5 , A

 

Pamiętać jednak należy, że i_m – to prąd cyrkulującego strumienia stałej ilości elektrino N_m, utrzymywanego danym magnesem.

 

Znając międzyatomowe odległości w magnesie, a_m, możemy wyliczyć ilość międzyatomowych kanałów, wychodządzych na powierzchnię bieguna, N_k:

 

N_k = S/a_m = 1,1829436*10^17

 

a znając ilość kanałów, lekko wyznaczamy częstość kanałową  w_k, tj. częstość z jaką elektrino przechodzi przez jeden międzyatomowy kanał:

 

w_k = N_m*w_m /N_k = 1,4665619*10^15 , s^-1

 

Znajomość tej wielkości pozwala nam wyznaczyć prąd kanałowy, i’_k (jak zobaczymy niżej, prąd i’_k – to jeszcze nie jest ostateczne rozwiązanie):

 

i’_k = э*w_k = 2,9150327*10^-12  A

 

Absolutnie zrozumiałe, że prąd kanałowy – to prąd jednej trajektorii lub inaczej, jednej siłowej linii, wg. starej terminologii.

 

B =F₀/S_m                                                     [2.43]

 

gdzie: S_m – przekrój jednej trajektorii w strumnieniu, poza ciałem magnesu;F₀ – kwant magnetycznego strumienia.

 

Ponieważ B jest znaną wielkością, to ze wzoru [2.43] możemy wyliczyć tak S_m , jak i międzyorbitalne odległości w strumieniu h_m:

 

S_m =F₀/B = 1,0323938*10^-19 m^2

 

h_m = (F₀/B)^-1/2 = 3,2130885*10^-10  m

 

Według starej terminologii h_m – to odległość między siłowymi liniami w strumieniu.

 

Dla otrzymania pełnego energetycznego obrazu elektrinnego strumienia badanej pary magnesów wyliczymy napięcie kanałowe V_k i moc kanałową W’_k (na ten moment w pierwszym przybliżeniu):

 

V_k =F₀*w_k = 1,1356218*10^-9 , V

 

W’_k = i’_k*V_k = э*w_k*F₀*w_k = 3,3103746*10^-21 , W

 

W’_m = N_k*W’_k = 3,9159864*10^-4 , W

 

E’_m = W’_m*t_jed = 3,9159864+10^-4 , J

 

gdzie: W’_k , W’_m , E’_m – przejściowe, przybliżone rozwiązania tych wielkości.

 

Z porównania E’_m i E_m wynika, że przy obliczeniu prądu kanałowego nie uwzględniliśmy jeszcze dwóch elementów. Po pierwsze – nie uwzględniliśmy cyrkulacji strumienia magnetycznego dookoła magnesu,p. Po drugie – nie uwzględniliśmy liczby elektrino, obracających się po jednej trajektorii, jeden za drugim, tj. nasycenie jednej siłowej linii, K_m.Wielkość K_m możemy wyznaczyć z układu dwóch równań:

 

E_m = э*N_m*j_Fe

E_m =p* K_m* E’_m

 

K_m = 11,9693

 

K_m = N_m*j_Fe/p* K_m* N_k*F₀*w²_k

 

Teraz możemy przystąpić do ostatecznego wyliczenia wszystkich energetycznych wielkości magnetycznego strumienia:

 

ik =p* k_m* э*w_k = 1,09557669*10^-10 , A

 

W_k =p* k_m*э*F₀*w²_k = 1,2441609*10^-19

 

W_m = N_k*W’_k = 1,4717721*10^-2 , W

 

E_m = W_m*t_jed = 1,4717721*10^-2 , J

 

Te obliczenia przekonywująco dokazują, że nowa elektrodynamika może wyjaśnić dowolne elektryczne zjawisko.

 

W szczególności, w ramkach nowej elektrodynamiki stało zrozumiałym, że strumień magnetyczny i prąd elektryczny różnią się tylko sposobem organizacji ruchu elektrino:

 

prąd elektryczny – to wirowy ruch elektrino dookoła przewodnika, stanowiącym dla nich wyciągnięte w przestrzeni siłowe centrum;

 

pole magnetyczne magnesu stałego – to obszar meiszczący linie magnetyczne po których odbywa się ten sam wirowy ruch elektrino, ale dookoła lokalnego siłowego centrum i posiadający sferyczną symetrię, tak samo, jak pole magnetyczne Ziemi.

 

Przekładając powyższe na ludzki język, możemy powiedzieć, że:

 

Prąd elektryczny – to nośnik energii, a więc jest on wyrażony cząstkami elementarnymi elektrino, które przenoszą energię. Rozpraszając się w odbiorniku oddaje temu ostatniemu energię, a sam przechodzi do pola magnetycznego Ziemi, lub do przestrzeni międzyplanetarnej.

 

Jego wielkość, to ilość elektrino w wirującym pakiecie.

 

Napięcie – to informacja o prądzie, a więc jest to informacja o ilości linni po której wirują elektrina w pakiecie. Im większe napięcie, tym grubszy potok wirów prądu dookoła przewodnika.

 

I na zakończenie kilka słów o oporze przewodnika.

 

Opór przewodnika to oddziaływanie zewnętrzych atomów siatki krystalicznej materiału z jakiego wykonany jest przewodnik z elektrinami najbiższego tej powierzchnii wira.