Магнитодинамическое введение. 
Методика решения технологических задач на основе магнитодинамики

После интенсивных экспериментальных исследований в начале XIX века результаты опытов Х. Эрстеда, А. Ампера, М. Фарадея и других исследователей были использованы Дж. Максвеллом в качестве аксиоматической основы электродинамики в виде известных уравнений Максвелла:

(1),.

(2),.

(3).

(4).

Так как в период создания классической электродинамики природа магнетизма была неизвестна, до создания теории атомно-молекулярной структуры вещества, на основе которой и была в начале XX века разработана теория ферромагнетизма, феномен магнетизма воспринимался самостоятельно, то направление магнитной стрелки около провода с током было воспринято Х. Эрстедом непосредственно как ориентация магнитных сил.

Именно вследствие этой неадекватности одной из аксиом в основаниях классической электродинамики сразу же возник так называемый «электромагнитный парадокс», заключающийся в несоответствии направления электромагнитного взаимодействия электрических токов третьему закону динамики И. Ньютона.

Многочисленные попытки объяснить или снять этот «парадокс» за всю историю электродинамики лишь запутывали сущность вопроса и приводили к новым противоречиям в ней.

Вместе с тем, так как два элемента тока взаимодействуют между собой по прямой линии подобно электрическим зарядам, то их взаимодействие можно характеризовать величиной магнитного натяжения:

(5).

другими словами, естественно положить в основу определения силовой характеристики магнитного поля величину и направление магнитной силы между токами согласно закону Ампера:

(6),.

(7).

магнитодинамический электрохимический ампер По существу такого предложения в основаниях электродинамики автору пришлось неоднократно докладывать на конференциях «Сибресурс — 2001 — 2008», позже эти доклады собран в тематическом сборнике поэтому здесь я лишь кратко отмечу некоторые выводы этих исследований.

Раскроем определение (5):

(8).

и для упрощения вычислений направим ток I по прямому проводу вдоль оси Z, тогда.

(9).

Разумеется, введение новой векторной функции магнитного поля на основании реального направления магнитных сил вместе с адекватным отображением геометрии поля приводит к соответствующим изменениям вида уравнений Максвелла.

Определяя величину потока магнитного натяжения вокруг провода с током через замкнутую поверхность вокруг этого провода, представим элементарный поток:

(10),.

где dS — элемент поверхности около провода с током.

Так как dS = dL dl и dl = r d, то вычисления дают:

(11).

Таким образом, поле магнитного натяжения .

При полной осевой симметрии магнитного натяжения по прямому проводу вдоль оси Z очевидно:

(12),.

Откуда:

(13).

По аналогии с определением:

(14).

найдем и.

(15),.

где: NТ =. Рассмотрим случай стационарного тока I = Const:

Так как:

(17).

Сводя полученные результаты по (17) и (22) с известными уравнениями Максвелла для стационарного тока, получим систему:

(21).

В случае статики, когда заряды неподвижны, уравнение (19) вырождается в уравнение (18), а уравнение (21) вырождается в уравнение (20), сводя таким образом систему уравнений к двум известным уравнениям электростатического поля как частного случая поля электромагнитного, что полностью соответствует действительности. В силу наших определений (6) и (7) запишем:

(22),.

откуда легко видеть, что нахождение сил взаимодействия токов сводится к их вычислению по заданным токам в проводниках в известных полях магнитного натяжения :

(23).

Действительно, вывод магнитодинамики об электромагнитной индукции при изменении магнитного натяжения вблизи проводника с изменением тока во времени очевиден: так как:

(24),.

То:

(25).

К сказанному по выражениям для ЭДС электромагнитной индукции можно добавить, что величина ЭДС состоит из двух частей:

(26),.

где:

(28).

Ясно, что Е1 возникает вследствие изменения тока I со временем, а E2 возникает в результате взаимодействия вторичного тока I2 с первичным I1 при изменении расстояния между ними. Данное обстоятельство, выраженное в зависимости (28) необходимо отметить здесь особенно, так как зависимость ЭДС от () означает принципиальную возможность создания сверхвысоких напряжений в непосредственной близости от первичных проводников с переменными токами. Так, например, электролиты, проводимость которых на 5- 6 порядков меньше проводимости металлических проводников, традиционной электротехникой не рассматриваются в качестве возможных электрических цепей.

Вместе с тем, из выражения (28) непосредственно следует, что при погружении первичной обмотки в электролит возможно образовать в нем значительные токи и, следовательно, вызвать заметные электромагнитные, электромеханические или электрохимические эффекты. Для иллюстрации изложенных выше выводов здесь дополнительно к доложенным на конференциях «Сибресурс» автором техническим решениям можно привести изобретения, направленные на экологизацию технологических процессов.