В школе, не помню уже в котором классе мне объяснили, что ток течёт от + к - . Т.е. если между выводами батарейки (были такие – КБС) вставить лампочку, то ток пройдёт по плюсовой клемме батарейки, затем через лампочку, она загорится и по минусовой клемме уйдёт в батарейку. Через пару лет учитель физики объяснил, что направление тока от + к -  условно. Фактически ток – это движение электрических зарядов, из коих двигаться по проводу могут только свободные электроны. Т.е. ток течёт от – к + .

   Необходимым условием появления тока является замкнутость цепи. В то время я уже осваивал 6П3С, подключённую к аноду выходной лампы вещательного приёмника, и в этом постулате нисколько не сомневался. Особенно после пары ударов этим током.

   Дни бегут, складываются в года. Пошли первые проявления старческого маразма и видимо от этого что-то засомневался я в приобретённых школьных знаниях.

   Вот имеем источник тока и замкнутую цепь с нагрузкой. Выбежал, неважно с какой клеммы, розовощёкий, уверенный в своих силах ток и помчался к нагрузке. Поборолся с ней, так как просто так отдаваться она не хотела и сопротивлялась, но ток сделал своё дело, правда отдал нагрузке часть своей энергии и потный и слегка бледный прибежал на вторую клемму источника.

Вроде бы реальная картина, закон сохранения энергии выполняется, только на проверку – фантастика! Проверка очень простая: вставим в цепь до нагрузки и после оной по амперметру. И что они показывают? А то, что величина тока до и после соития с нагрузкой ОДИНАКОВА!

Может ток наш врун и дела с нагрузкой не имел, поэтому амперметры и показывают одинаковый ток? Так нет же, если в качестве нагрузки была электролампочка, то мы видели свет. Трата энергии несомненно была! Но как же быть с тем, что вытекающий ток равен втекающему?

Чудны дела твои, господи!

 

   Опыт N2.

   К каждой клемме источника присоединяем по проводку и попробуем определить знак потенциала на их концах. Поскольку ток это движение электронов, то вследствие емкости проводка и разности потенциалов между клеммой и проводом электроны побегут в провод и на его конце, подключенного к отрицательной клемме, мы обнаружим отрицательные заряды.

Из этого же определения тока следует, что на конце проводника, подключённого к положительной клемме, никаких зарядов не будет. Однако они там обнаруживаются. Причём положительные.

   Стоп! Положительные по проводу не бегают! Откуда же они там взялись?

   «А просто - говорят знающие люди - Источник отдал в провод часть электронов и недостачу восполнил, забрав такое же количество из другого провода. Поскольку в этом проводе образовалась нехватка электронов, то он «зарядился» положительно. Источник тока – это насос, перекачивающий электроны».

   Вроде нормальное объяснение.

   Стоп. Во-первых, количество свободных электронов не бесконечно, например, для медного проводника один свободный электрон приходится примерно на полтора-два миллиона атомов (1), а величина тока при КЗ о-го-го! Во-вторых, если к проводкам подключена нагрузка, а источник тока, по сути, является насосом (почему его тогда называют источником?), то  энергия вытекающего тока должна быть больше энергии втекающего, так как что-то должно же рассеяться на нагрузке. А токи в проводниках равны по величине. (Второй раз о Создателе всуе не упоминаем).

   Так как же течёт ток???

   Что от плюса к минусу, что от минуса к плюсу – одна и та же проблема…

   Чтобы как-то разобраться в ней логично начать с определений. В общепринятом понимании ток  рассматривается как движение электрических зарядов. Это движение вызывается электродвижущей силой источника тока или разностью потенциалов при движении  электрических зарядов по проводнику с заряженного объекта на незаряженный. Но нас интересует не движение зарядов, а то, как они переносят энергию.

   Здесь общеприняты две модели. В первой электроны (носители зарядов) рассматриваются как «шарики», разгоняемые эдс или разностью потенциалов. Т.е., чем сильнее мы их разгоняем, тем больше энергии они приобретают. При встрече с нагрузкой «шарики» тормозятся, отдают ей часть энергии и естественно количество «шариков», проходящих в единицу времени через сечение проводника уменьшается. Во второй модели заряд является энергетическим образованием. Проходя через нагрузку, часть зарядов передаёт ей энергию и исчезает. В результате, величина токов в ветвях цепи неодинакова.

   Противоречие между опытом и законом сохранения энергии остаётся. Либо в «консерватории» что-то надо подправить, либо мы чего-то недопонимаем.

  

   Тем радиолюбителям, у которых эти логичные рассуждения вызывают протест, напомню, по крайней мере, два известных им факта.

   1. Величина КСВ в начале фидера меньше, чем на входе нагрузки, им питаемой.

   2. Амплитуда стоячих волн тока в LW или в вибраторе, запитанном посредине, длинной несколько λ, уменьшается от точки запитки к концу провода.

Известно объяснение этих фактов: потери током своей энергии при движении зарядов по проводнику.

   Обратим внимание на нестыковки некоторых известных положений.

   1. Скорость свободных электронов по проводнику не совпадает со скоростью распространения в нём тока.

   2. Школьный электроскоп можно зарядить положительными зарядами. Если рядом с ним поставить незаряженный электроскоп и соединить их проводником, то в нём возникает кратковременный зарядный ток второго электроскопа. Т.е. по проводнику перетекли ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ заряды. Что является их носителем?

   3. Если в цепи постоянного тока включить два источника встречно, то каждый из них будет нагрузкой для другого, а  ток в цепи будет иметь разностную величину.  При переменном токе в случае его встречи с волновой неоднородностью цепи возникает отраженная токовая волна.  Эта волна тока  двигается навстречу основной и токи не противодействуют друг другу. Словно не замечают друг друга.

   Следует честно признать, что мы не знаем, что такое электрический ток!

   В общепринятой теории электрического тока указывается, что прежде тока в проводе распространяется электрическое поле, без которого движение зарядов немыслимо. Т.е. в приведенном Опыте N2 по одному из проводников распространяется поле положительного потенциала, а по другому – отрицательного.

   Есть предположение, что сами заряды являются безинерциальными (2). Можно предположить, что они являются энергетическими «сгустками» продольного электрического поля и поэтому в виде токовых волн могут распространяться от клеммы источника тока со скоростью поля в данной среде. Если проводники замкнуть на нагрузку, то каждая токовая волна отдаст ей часть своей энергии, а величина тока во «входящей» и «исходящей» ветвях цепи будет равна сумме величин токов истекающего из данной клеммы и истекшего с другой клеммы и прошедшего через нагрузку. Амперметры покажут одинаковый ток! Таким образом, закон сохранения энергии при равенстве токов во входящей и исходящей ветвях нагрузки СОХРАНЯЕТСЯ! А источник тока соответствует своему названию: ТОК ИСТЕКАЕТ ИЗ ОБЕИХ КЛЕММ!

   Фантастика? Ничуть. Есть практические подтверждения этого предположения, хотя сами заряды гипотетичны.

   Рассмотрим некоторые процессы в длинных фидерных линиях. Чтобы «примирить» скорость свободных электронов с фактической скоростью распространения энергии в линии, предположили, что энергия переносится ТЕМ-волной. Чтобы такая волна образовалась, в начале линии необходимо согласно Пойтингу, чтобы вектор магнитного поля был перпендикулярен плоскости, проходящей через два провода линии, а вектор электрического поля лежал в этой плоскости и был направлен от одного провода к другому. Первое условие выполняется при разном направлении токов в соседних проводах. Вариант «электронного насоса» успешно с этим справляется. А вот второе условие требует наличие в соседних проводах РАЗНОПОЛЯРНЫХ ЗАРЯДОВ!

   Выполнить это условие «насос» не в состоянии. А вот безинерциальные заряды – вполне. Достаточно вспомнить, что направление движение тока принято условно. Если  движение положительных зарядов от клеммы источника к нагрузке принимается за направление тока от клеммы, то движение отрицательных зарядов от клеммы к нагрузке принимается за направление тока к клемме. Т.е. при истечении тока с обеих клемм выполняются оба условия образования ТЕМ-волны. УСЛОВНОСТЬ  НАПРАВЛЕНИЯ ТОКА СОЗДАЁТ ИЛЛЮЗИЮ ВЫТЕКАНИЯ ТОКА ИЗ ОДНОЙ КЛЕММЫ И ВТЕКАНИЯ ЕГО В ДРУГУЮ!

   Не счесть, сколько заблуждений породила эта иллюзия. Но об этом позже.

   Ещё один пример, подтверждающий предположение об истечении тока с обеих клемм – линия, замкнутая на конце, или более реальный пример – петлевая, рамочная антенна. Как известно из практики на конце линии или ровно посредине периметра рамки образуется пучность тока, величина которой без учёта потерь в линии или антенне равна удвоенной величине падающей волны тока. Попробуйте объяснить происхождение этой пучности тока без его истечения с обеих клемм? Не получится!

   Всё изложенное не является моей выдумкой. Всё это в виде отдельных фрагментов приводится в учебниках. Например, понятие токовых волн встречается у Белоцерковского Б.Г. (3) в  XI разделе. А Д.П.Линде  (4) на стр. 17 приводит рисунок, иллюстрирующий эти самые токовые волны с движением в них положительных и отрицательных зарядов. Только авторы учебников не любят акцентировать внимание на нестыковках отдельных положений теории электрического тока и, рисуя радужную картину общего познания мироздания, скрывают от неокрепшего ума мысль, что Наука знает, что она ещё больше не знает!

 

   Подведём итог. Скорее всего, носителями энергии кроме электронов и ионов являются энергетические образования, родственные электрическому полю. Переменный ток в виде токовых волн вытекает из обеих клемм источника и не нуждается в отличие от постоянного в гальванической замкнутости цепи. Постоянный ток можно представить как переменный с очень большим периодом колебания. Особенности тока, малозаметные при постоянном токе, весьма рельефны при переменном. Особенно с ростом его частоты.

   Далее вполне уместен вопрос: ну и что для понимания процессов в АФУ даёт эта модель тока? ОК. Переходим к заблуждениям.

   Как только в руках радиолюбителей оказались моделировщики, они сразу бросились проверять с их помощью известные классические антенны и их системы. И некоторые результаты вызвали шок!

   Например, оказалось, что во входном сопротивлении полуволнового вибратора, питаемого в разрыв полотна, при сдвиге точки питания из центра появляется реактивность. Откуда? Ведь вибратор имеет резонансную длину! А резонанс – он и в Африке резонанс! Именно он, как уверены многие, обеспечивает эффективную работу антенны!

   Это заблуждение проистекает из модели тока, вытекающего с одной клеммы источника и втекающего в другую, что предполагает замкнутость цепи. Если же цепь гальванически не замкнута, то роль «замыкателя» отводится конденсатору, точнее – токам смещения «протекающим» в нём. На этой основе родилось убеждение, что антенн без противовеса не бывает. Ищите и обрящете! И если вы не видите «суслика», то он всё равно обязательно существует!

   Например, И.В.Гончаренко (5) утверждает, что полуволновой вибратор, запитанный с конца, не работает без хотя бы маленького противовеса.  В крайнем случае, противовесом выступает один из проводов линии питания. А если фидера нет и антенна питается напрямую? Всё равно «суслик» обязан быть!

    У J-антенны противовесом считается четвертьволновой шлейф. У антенны RX3AKT – внешняя поверхность кабеля, из которого выполнен шлейф. Ну, а больше всего в ступор вводит Антенна Фукса, в которой автор всеми известными способами «отвязал» вибратор от источника питания.

Ещё более парадоксальная ситуация сложилась с GP. Казалось бы, всё понятно, вот вертикальный излучатель, а вот  противовесы, собирающие токи смещения. Но любопытные радиолюбители, играя с моделировщиком, обнаружили (хотя это было известно и ранее, например, при описании работы квадрата в источниках доммановской эры), что соосно расположенные противовесы практически не излучают, следовательно, и не принимают! 

   Ну, лень нам изучать основы электротехники! Конденсатор – это устройство для накопления энергии! Не будем заморачиваться с тем, существует или нет ток смещения, отметим, что в этом устройстве по идее ни грамма энергии с одной обкладки через диэлектрик не переносится на другую обкладку. Не существует тока через конденсатор, существуют токи его заряда и разряда, которые текут на обкладку и с неё ПО ОДНОМУ и тому же проводу. И только для упрощения расчётов электрических цепей ток проводимости принимается равным по величине току смещения, «текущему» через конденсатор.

   В предлагаемой модели тока эти нестыковки не возникают. Например:

   Диполь со смещением точки запитки из центра

   В короткую и длинную части вибратора из источника или из фидера втекают прямые (падающие) токовые волны. Достигнув концов, они отражаются и текут к точке питания, образуя в суперпозиции стоячие волны тока. Но в точку питания обратные (отраженные) волны приходят не одновременно. Поэтому величины стоячих волн тока на клеммах источника (фидера) в общем случае не равны и не совпадают по фазе. Следовательно, напряжение и ток на клеммах источника не синфазны, что является свойством реактивной нагрузки. Мера противодействия – гальваническая развязка вибратора от источника, линии питания.

   GP

   Та же картина, что и в диполе.  Токи втекают в вибратор и противовесы. Стоячие волны тока образуют переменное электрическое поле между вибратором и противовесами. В случае неравенства их длин во входном сопротивлении появляется реактивность.

   Полуволновой вибратор, питаемый с конца

   Предположим, что питание вибратора осуществляется с помощью линии питания. Втекающий ток и отраженный от неподключённого конца вибратора образуют стоячую полуволну тока. Поскольку токи теряют часть энергии на излучение и преодоление активного сопротивления провода, ток в точке питания не равен нулю. В проводах фидера также образуются стоячие волны тока и напряжения. Поскольку вибратор излучает часть подведенной энергии, то энергия стоячих волн в проводах линии будет разной. В проводе линии, подключённом к вибратору, амплитуда тока стоячей волны будет меньше, а в неподключённом проводе линии будет больше.  Для выравнивания токов в линии применяется два способа. Между антенной и линией ставится буферный накопитель энергии – резонатор в виде параллельного контура или четвертьволнового шлейфа. Второй способ – гальваническая развязка с помощью трансформатора. У Антенны Фукса применены оба способа.

   Истекание тока с обеих клемм источника позволяет по-новому взглянуть на работу и самого источника. В любом проводе, подключённом к клемме, течёт ток. Если к «положительной» клемме, как правило, подключается один провод: антенна или центральная жила кабеля, то к другой подключён корпус радиостанции и провод заземления. Т.е. величины падающих волн токов в центральной жиле и оплётке кабеля в принципе не равны и следует принять меры по их выравниванию.

   Как правило, колебательная система (КС) усилителя мощности радиостанции представляет собой параллельное включение индуктивности и емкости, концы которых подсоединены к соответствующим выходным клеммам. На каждом из них происходит сложение двух сил: электродвижущей силы, посылающего заряды в нагрузку, и силы притяжения зарядов на обкладках конденсатора. Эдс, конечно, сильнее. Но если не обеспечить приблизительное равенство величин исходящих токов с обоих концов контура, то количество зарядов на одной из обкладок вырастет, и сила их притяжения не позволит зарядам другой обкладки покинуть её. В этом случае КС выйдет из резонанса, а, в крайнем случае, откажется питать нагрузку. Интересный опыт описал  Е.Кузнецов (RA1AIT) (6). Работая с Антенной Фукса мощностью до 5 Вт, он обнаружил, что при подключении антенны к роторным пластинам переменного конденсатора она переставала работать. При подключении же к статорным пластинам неоновая лампочка, поднесённая к корпусу конденсатора, ярко сияла. Т.е. емкости корпуса конденсатора было достаточно для размещения в ней количества зарядов равного количеству зарядов, ушедших в вибратор.

   Понимая, что данная статья вызовет неоднозначную реакцию, закончу словами великого поэта: «О, сколько нам открытий чудных готовит просвещенья Дух. И опыт – сын ошибок трудных. И …»

Всем удачи. 73!

Литература.

1. А.А.Гришаев. Металлы:  нестационарные химические связи и два механизма переноса электричества http://newfiz.narod.ru/metals.htm

2. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. Безинерциальные заряды и токи. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/3094.html

3. Б.Г.Белоцерковский. Основы радиотехники и антенны. Часть 1. 1969 г.

4. Д.П.Линде. Антенно-фидерные устройства. Госэнергоиздат. 1953 г.

5. http://dl2kq.de/ant/kniga/411.htm

6. http://qrp.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=87

В.М.Тихонов, UR4III, 27.04.2011.

<< Назад

HOME