В работе [5] показано, что для взаимодействия прямых токов имеют место следующие законы Ампера:
Первый закон: параллельные токи одного направления притягиваются.
Второй закон: параллельные токи противоположного направления отталкиваются.
При этом не рассматривается цепь с Rл>Rk, где Rл- сопротивление линии, Rk – критическое сопротивление линии, когда эффект взаимодействия токов меняется. Эффект этот сегодня можно показать в видимом формате. И именно это является целью нашего исследования.
В работе [2] на основе опытных фактов показано и доказано, что эффект взаимодействия проводников при определённых условиях, когда
Rл>Rkменяется на обратный, т. е., электрические силы преобладают над магнитными.
В опытах [1, 2] оценка результатов опыта проводилась в реальном времени и они наблюдались визуально в оптической проекции на экране. Для получения визуальной картины взаимодействия электрических полей параллельных токов с сопротивлением Rл>Rк использовались жидкие кристаллы и коронный разряд. В нашем случае Rэ -сопротивление электрода типа игла, а Rл – это сопротивление воздушного промежутка между электродом типа игла и плоским электродом плюс сопротивление электрода типа игла,
Rл = Rв+ Rэ.
В реальных условиях величиной Rэ можно пренебречь, так как Rв>>Rэ.
Применение жидких кристаллов позволяет получить реплику данных взаимодействий [2, 3, 4].
Исходные данные:
Преобразователь напряжения типа «Разряд» из коллекции типового школьного кабинета с U = 5кV.
Две швейные иглы длиной 70мм.
Плоский электрод размером 150х150мм (из белой жести).
Чёрный нитролак.
Диэлектрический держатель (из набора по электростатике) или два зажима.
Жидкие холестерические кристаллы с мезофазой 42-50оС.
Физический штатив – 2шт.
Плоский электрод обезжириваем и с одной стороны покрываем чёрным нитролаком. Через 2-3 часа наносим на плоский электрод жидкие кристаллы, предварительно подогрев электрод и жидкие кристаллы до 55-60оС на мармите. Даём жидким кристаллам растекаться равномерным слоем по поверхности электрода. Полученный таким образом детектор охлаждаем до комнатной температуры.
Методика постановки опыта.
Ток в проводниках идёт во встречных направлениях.
Собираем установку согласно рис.1, где 1 – источник типа «Разряд» на 5kV, 2-физический штатив, 3 – плоский электрод с нанесённым слоем жидких кристаллов, 4 – физический штатив, 5 – зажим положительного электрода 6, 7-зажим отрицательного электрода 8.5.
Рис.1. Блок-схема опыта параллельных проводников, когда ток идёт во встречных направлениях: 1. Источник питания. 2.4. Физический штатив. 3. Плоский электрод. 5.8. диэлектрические держатели. 6. Положительный электрод. 7.Отрицательный электрод.
Включаем установку и на жидкокристаллическом детекторе получаем отпечаток положительной и отрицательной короны. Размеры отпечатков разные, так как положительная корона при одинаковых условиях примерно в 1,63 раза больше отрицательной. По отпечаткам рис.2 можно судить о взаимодействии электрических полей: они притягиваются.
Рис.2. Реплика положительной и отрицательной корон. 1, 2-зажимы электродов типа игла. 4 – положительная корона, 5 – отрицательная корона. 3 – жидкокристаллический детектор (плоский электрод).
Вывод. В данном случае эффект отталкивания [1] заменился эффектом притягивания, так как параллельные токи противоположного направления в цепис Rл> Rkпритягиваются.
Собираем установку согласно рис.3, где 1- источник типа «Разряд», 2-физический штатив, 3- плоский электрод, 4-физический штатив, 5- зажим положительного электрода 6, 7-зажим отрицательного электрода 8.
Рис.3. Блок-схема опыта параллельных проводников, когда ток идёт одном направлении; 1 - Источник питания. 2, 4– Физический штатив. 3 – Плоский электрод. 5.8 – Диэлектрический держатель. 6.7 – Положительные электроды.
Проводим опыт в той же последовательности, что и в первом случае. Получаем отпечатки двух положительных корон, из которых следует: электрические поля отталкиваются (рис.4).
Рис.4. Реплика положительных корон: 1, 2 – зажимы электродов, 4, 5 – реплики положительных корон, 3 – жидкокристаллический детектор.
Вывод. В данном случае эффект притягивания [1] заменился эффектом отталкивания. Параллельные токи одного направления при Rл>Rk отталкиваются.
Таким образом, для высоковольтных цепей сопротивлением больше Rкритическое, закон Ампера о взаимодействии параллельных токов ограничен, так как кулоновские силы преобладают над амперовскими.
Но в школьном курсе физики, а так же в курсе общей физики в вуза об этом умалчивают, как методисты, так и специалисты, читающие эти курсы.
Рецензенты:
Сапченко И.Г., д.т.н., доцент, заместитель директора по научной работе ФГБУ «Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, г. Комсомольск-на-Амуре;
Шумейко А.А., д.п.н., профессор, ректор ФГБОУ ВПО Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет, г. Комсомольск-на-Амуре.