3. Электричество и магнетизм

Отклонение лепестков навстречу друг другу сохраняется и тогда, когда избыток электронов появится на первоначально «незаряженном» лепестке. Казалось бы, как могут «притягиваться» лепестки, имеющие одинаковый знак «заряда», то есть имеющие избыток электронов? С точки зрения эфирной теории никакого парадокса в этом нет: поток электронов в зоне между лепестками все еще превышает потоки в других направлениях, и этого достаточно для того, чтобы лепестки сближались.

Если следить за их поведением и дальше, то, спустя некоторое время, обнаружится, что первоначально заряженный электронами лепесток перестанет отклоняться и примет вертикальное положение, в то время как второй сохранит свое прежнее отклонение. Это будет говорить о том, что заряженность электронами второго лепестка достигла такого уровня, когда утечки электронов с первого уравновесились в обе стороны, а поток прибывающих на второй лепесток электронов превысил утечки с него в наружное пространство.

Когда в результате перетекания электронов их избыточное давление на обоих лепестках выровняется, возникает та ситуация, которая нами уже рассмотрена ранее: лепестки разойдутся. Закончится опыт тем, что избыточные электроны на лепестках рано или поздно иссякнут, и лепестки примут вертикальное положение.

В середине нашего опыта может возникнуть иное продолжение: допустим, плотность электронов на том лепестке, где она была в избытке, стала в результате утечек нормальной, а на втором — все еще сохранится их разреженность. Электроны из промежуточного воздушного пространства будут усиленно вытесняться в сторону лепестка с недостатком электронов, и это приведет к сближению обоих лепестков. Когда же потоки электронов, пополняющие их недостаток с обоих сторон лепестка уравняются, он примет вертикальное положение, в то время как другой сохранит свое отклонение в его сторону. В дальнейшем возможен и такой вариант, что наибольшим будет поток электронов извне, и тогда лепесток с разреженными электронами отклонится наружу, а другой — в его сторону. Закончится опыт, опять же, полным насыщением и безразличным положением лепестков.

На примере рассмотренного опыта видно, что поведение лепестков не подчиняется примитивному закону: отталкивание тел с зарядами одного знака и притяжение — с противоположными, — оно сложнее, и его можно еще более усложнить, если использовать различные покрытия на лепестках.

Очень зримыми явления электрического «притяжения» и «отталкивания» становятся тогда, когда мы видим прилипающее к телу синтетическое платье или, наоборот, когда оно, наэлектризованное, топорщится, но ничего нового в объяснениях такие явления не требуют.

Движения ионов в электролитах.

Отказавшись от притяжения, мы обязаны по-новому взглянуть на такой процесс, как движение ионов в электролитах. Факт их движения в сторону электродов противоположного знака неоспорим, но также хорошо известно, что без перемешивания электролита гальванический процесс почти полностью стопорится. В чем дело?

Возьмем раствор медного купороса, опустим в него электроды и подведем к ним электрическое напряжение; с отрицательного электрода — катода — электроны будут поступать в электролит, а из него — на положительный электрод — на анод. Вода, как известно, разбивает молекулу купороса на ион меди (атом с недостатком электронов) и на ион сернокислого остатка (с их избытком). Проследим за поведением отдельных ионов: меди — катиона и кислотного остатка — аниона.

Из раствора к катиону устремятся электроны, и не один, и не два, а тысячи и тысячи — именно столько способен абсорбировать ион. Электроны сначала будут направляться к нему со всех сторон, но очень скоро главным направлением их движения будет — от катода. Они понизят эфирное давление с его стороны, и разность эфирного давления сместит ион меди туда же. Как только ион насытится электронами, его движение приостановится. Приблизительно такой же маленький шажок совершит и анион, но только повышенная активность электронов возле него окажется со стороны анода: именно туда устремятся его избыточные электроны, и туда сместится он сам. Избавившись от лишних электронов, анион остановится. Остановившиеся нейтрализованные атомы меди и сернокислый остаток перестают принимать участие в гальваническом процессе и будут неподвижными до тех пор, пока судьба не столкнет их друг с другом; для этого как раз и необходимо перемешивание раствора. При столкновении сернокислый остаток отберет у атома меди электроны; они разойдутся, и ситуация повторится. Так, шаг за шагом, будут двигаться в нужных направлениях все ионы электролита.

Уткнувшийся в электрод атом меди может успеть в оголенном виде прилипнуть к нему, но если он в этот момент окажется уже облепленным электронами, то не сможет прилипнуть и будет дрейфовать в полной независимости. Этим объясняется поведение неплотного, рыхлого гальванического покрытия, в котором металл представлен в атомарном виде.

Иная судьба — у сернокислого остатка: добравшись до анода, он оторвет от него атом металла (той же меди), уйдет с ним в раствор, и там они разойдутся; оголенный ион меди устремится в долгий путь к катоду навстречу идущим к нему электронам, а сернокислый остаток вернется к аноду и повторит свои действия. Если бы не было перемешивания электролита, то все кислотные остатки сгрудились бы рано или поздно возле анода и переводили бы материал анода в атомарное состояние; и только наличие кислотных остатков во всем пространстве раствора (а это достигается перемешиванием) способствует смещению ионов меди до самого упора в катод.

Более сложные процессы с движениями ионов происходят в гальванических элементах, например в элементе Вольта, который представляет собой медный и цинковый электроды, помещенные в раствор серной кислоты. Особенность процесса состоит в том, что сернокислый остаток по-разному соединяется с медью и цинком . Когда он отрывает от электрода атом меди и присоединяет его к себе, то вместе с ним увлекает и все электроны, что были прежде а нем; в результате плотность электронов на электроде снижается. В физике такая способность атомов металлов либо забирать электроны с собой, либо, наоборот, их отдавать характеризуется абсолютным нормальным потенциалом; у меди он равен плюс 0,61 Вольта.

Когда же происходит соединение сернокислого остатка с атомом цинка другого электрода, то все наружные электроны атома и часть их остатка отжимаются и сдвигаются на электрод; в результате плотность электронов на нем увеличивается (абсолютный нормальный потенциал цинка равен минус 0,50 Вольта). Такие особенности окисления вызваны только конфигурациями атомов меди и цинка и их присасывающими желобами; эти свойства металлов постоянны и неизменны.

После того, как образовались молекулы медного и цинкового купоросов, они уходят в раствор и там, спустя некоторое время, распадаются под действием воды на ионы. При распаде молекул их электроны перераспределяются между ионами следующим образом: сернокислый остаток медного купороса оттягивает на себя большую часть электронов с атома меди и приобретает очень высокую их плотность, а сернокислый остаток молекулы цинкового купороса, забрав последние электроны с иона цинка, оголяет его начисто. Это приводит к тому, что между сернокислым остатком медного купороса и ионом цинка появляется поток электронов; он уменьшает эфирное давление между ними, и они устремляются друг к другу. Столкнувшись и соединившись, они образую снова молекулу цинкового купороса, и снова цинк вытесняет все электроны. Но, обратим внимание на то, что эти электроны уже совершили скачок от медного электрода в сторону цинкового; так они будут шаг за шагом перемещаться в этом направлении, пока их не остановит разность электронных потенциалов на электродах. Если эту разность понижать путем использования электронного тока, то гальванический процесс будет продолжаться до тех пор, пока весь медный электрод не выпадет в атомарный осадок, или весь цинк не превратится в купорос.

Электронный поток — электрический ток.

То, что электрический ток представляет собой электронный поток и что им движет только активный перепад электронного давления, мы уже говорили; уточним некоторые моменты, связанные с ним, и будем их рассматривать по-прежнему с позиций эфирной теории.

Прежде всего — об электронном потоке: в электрофизике сложилось мнение, что кроме электронной проводимости существует еще ионная. В принципе так можно говорить, но мы должны четко представлять, что ионы, то есть атомы или молекулы с ненормальной плотностью электронов, являются всего лишь носителями или, просто, посредниками; сам же электронный поток нигде не прерывается. В этом смысле наряду с понятием электронной проводимости можно было бы употреблять выражение «металлическая проводимость».

Что касается активного перепада электронного давления, то он может возникать как от нагнетания электронов, так и при отсосе. Первый случай подобен нагнетанию воздуха с помощью компрессора, а второй — его откачке с помощью вакуум-насоса. При нагнетании электронов передняя волна давления будет выглядеть как местное уплотнение электронов, и это уплотнение будет быстро смещаться по проводнику в направлении от источника давления; это — наиболее распространенный случай. При отсосе электронов переднюю волну давления правильно было бы назвать волной разряжения, и она смещается с той же скоростью в направлении к источнику; это — так называемая дырочная проводимость.

В общем на электрическую цепь распространяется такое правило: сколько электронов ушло от источника, столько же к нему возвращается, — но могут быть отклонения и очень существенные: все зависит от емкости потребителей. В начале возникновения электронного потока от источника будет уходить больше электронов, чем возвращаться к нему; разность будет накапливаться в емкостях (в частности — в конденсаторах) потребителя. Потом процесс может стабилизироваться, но в сложных системах он полностью никогда не устанавливается.

В исключительных случаях электронные потоки могут быть только однонаправленными, например при подключении пробника с индикаторной лампочкой, и тогда используется только один проводник. Существуют и более сложные однопроводные электрические приборы; для них, естественно, более подходят однополярные источники питания — и такие в принципе могут быть: наше понимание электронных процессов допускает это.

Наиболее подходящим токопроводящим материалом являются металлы. Это объясняется тем, что атомы металлов имеют контурные присасывающие желоба; и как бы атомы не соединялись между собой (а соединяются они между собой с помощью тех же желобов), их желоба являются продолжением одних другими: скользя по желобам, электроны могут перемещаться из конца в конец проводника. В пределах атома электрон смещается без каких-либо потерь; некоторые усилия он совершает только при перепрыгивании с атома на атом, да и то только при условии, что атомы соединились между собой неудачно. Впрочем, зная условия стыковки атомов (а это — затвердевание металла и пластическая деформация волочения), мы не можем рассчитывать на то, что их присасывающие желоба соединились так, как хотели. Отсюда — электрическое сопротивление проводников.

Оно возрастает еще и от того, что у атомов есть тепловые движения, приводящие к постоянному вскрытию стыков; преодолевая их, атомы вынуждены совершать усилия. В среднем влияние температурных изменение электрического сопротивления у всех металлов приблизительно одинаковое, но есть и некоторые отклонения; так больше на температуру реагирует чистое железо и меньше — медь, а еще меньше — некоторые сплавы латуни и, конечно, ртуть, но ртуть — уже жидкий проводник. Снижение температуры благоприятно сказывается на электрическом сопротивлении; и если ее снижать до глубокого холода, то можно достичь сверхпроводимости, она возникает при температуре минус 266 градусов по Цельсию у свинца и при более низкой температуре у алюминия.

Многолетние усилия ученых создать сверхпроводящие материалы при нормальных условиях пока никаких результатов не дали, хотя, согласно эфирной теории, такое может быть. Что для этого нужно? Нужно выполнить два условия: первое — правильное соединение присасывающих желобов атомов, и второе — предотвращение вскрытия стыков при тепловых движениях. Правильного соединения атомов можно достичь при очень медленном затвердевании некоторых металлов в условиях невесомости. Известно, что очень тщательная термообработка проводников даже в земных условиях повышает температуру перехода проводников к сверхпроводимости; при этом, надо полагать, атомы имеют возможность перестроится и улучшить свои взаиморасположения. А для того, чтобы атомы не раскрывали свои стыки при тепловых движениях, нужно подбирать металлы с высокой упругостью, например вводить в сплавы бериллий. Возможны и другие варианты, но, как нам кажется, без глубокого понимания токопроводящих процессов с точки зрения эфирной теории проблему сверхпроводимости не решить. По крайней мере, нужно усвоить хотя бы то, что открытыми для перемещения электронов могут быть только присасывающие желоба атомов на поверхности проводников, а все или почти все внутренние заняты межатомными связями.

Согласно эфирной теории наименьшее сопротивление перемещению электронов оказывает вакуум; если бы он был абсолютным, то есть чистым эфиром, то сопротивления не возникало бы никакого. Но положение усугубляют два обстоятельства: во-первых, абсолютного вакуума достичь невозможно, а во-вторых, перемещаясь внутри любого канала, электроны будут цеплять за стенки и испытывать от этого сопротивление своему движению. Отсюда — вывод: легкого решения проблемы сверхпроводимости не существует.

Изучение движений электронов в вакууме интересно само по себе; оно позволяет нам хорошо понять процессы, происходящие в электровакуумных лампах. Наиболее интересными вопросами являются: отрыв электронов от электрода, управление величиной электронного потока, сжатие потока в тонкую струю и отклонение струи; последние два вопроса касаются в основном электронно-лучевых трубок. Об отрыве электронов от присасывающих желобов атомов электрода уже говорилось; остальные три явления требуют пояснения.

Утверждая, что электрическое поле не может существовать без электронов и что электроны в нем непосредственно контактируют, не имея никакого дальнодействия, мы вынуждены теперь представлять процессы, происходящие в электровакуумных лампах, как взаимовлияние нескольких электронных потоков со своими перепадами давлений; и только так. Сетка лампы, регулирующая величину проходящего через нее потока, может отсасывать часть электронов и тем самым его ускорять или, напротив, может его тормозить, создавая встречный поток. Сжатие электронного потока в тонкую струю можно осуществить простым способом, пропуская его через малое отверстие, или другим способом — созданием дополнительного бокового кругового потока. Этим же боковым круговым потоком можно отклонять электронную струю в нужном направлении; для этого достаточно дифференцировать силы потоков с разных сторон. Именно таким способом управляется электронный луч в кинескопе. Для сравнения можно сказать, что также происходит управление воздушными потоками в приборах струйной пневмоавтоматики (пневмоники).

Особый характер имеют электронные потоки в полупроводниках; к ним относятся самые разные материалы с самыми различными свойствами. К чести специалистов, занимавшихся полупроводниками, — они никогда не руководствовались планетарной моделью атомов; она их не устраивала. Их воззрения всегда базировались на признании того, что атомы представляют собой решетчатые конструкции, а электроны — как мелкие частицы среди этих решеток. Такое понимание ни в чем не расходится с эфирной теорией. Это непроизвольное сближение произошло, скорее всего, потому, что электронщики всегда отталкивались от факта, от опыта, от практики; и результаты у них впечатляющие. Можно не сомневаться, что эфирная теория будет воспринята ими как сама собой разумеющаяся. А что касается самих полупроводников, то эфирная теория, пожалуй, мало что изменит в понимании процессов, происходящих в них.

Представляя почти наглядно электрический ток в виде электронов, скользящих по бугристым поверхностям проводников, можно высказать сомнение, что скорость распространения волны их давления близка к скорости света, то есть к тремстам тысячам километров в секунду; скорее — значительно меньше. В то же время можно принять за действительную подвижность самих электронов в проводниках, указанную в справочниках; так в серебре, если верить этим данным скорость электронов равна 56 сантиметрам в секунду при разности напряжений в один Вольт на одном сантиметре; наименьшая скорость — в цинке, где она составляет всего 5,8. А вот в справочные данные по подвижности ионов в водных растворах и в газах верится с трудом, так как в нашем представлении она не постоянна и может колебаться от высоких значений вплоть до нуля.

Элементарным магнитом является электрон; если говорить более точно, то — не сам электрон, а его вращение — вращение того самого колесика, в виде которого мы представляем себе электрон. Если в электричестве он выполняет функции носителя энергии, как атомы и молекулы воздуха в пневматике, то в магнетизме его роль иная: он является элементом, упорядочивающим взаимное расположение и вращение. Для уяснения сказанного позволим себе еще одно образное сравнение: если в электричестве электрон — как солдат в бою, то в магнетизме — как солдат в строю.

У электрона есть все атрибуты магнита: активные полюса и активная боковая сторона; благодаря им он выстраивается соответствующим образом по отношению к другим электронам. Полюса магнита (в данном случае — торцы электрона) получили географические названия: северный и южный. Произошло это не случайно, наблюдая за поведением магнитных стрелок, люди отмечали их ориентацию на Северный и Южный полюса Земли. Понимая, что Земля сама — магнит, и глядя мысленно из космоса на ее Северный полюс, мы отметим вращение против часовой стрелки (Солнце восходит на Востоке, а садится на Западе); отсюда — и северный полюс магнита. При взгляде на Южный полюс мы обнаружим направление вращения Земли, естественно, по часовой стрелке; по аналогии соответствующий торец магнита назван южным полюсом. К счастью, эти согласованные с названиями полюсов их направления вращения оказались такими, какими они должны быть в электромагнитных явлениях, и ниже мы это покажем.

А пока перед нашим взором — электрон; и он расположен так, что его ось вращения — вертикальна, а направление вращения, если посмотреть на него сверху — против часовой стрелки; следовательно, его северный полюс будет сверху, а южный — снизу, — привычное географическое расположение. Ближайшая к нам боковая сторона электрона смещается вправо. Договоримся и впредь именно так представлять себе расположение электрона и любого магнита в пространстве.

Если рядом окажутся несколько электронов и если ничто не будет мешать, то они, как мы уже говорили, выстроятся соосно с одним направлением вращения, образуя вращающийся вокруг своей оси шнур; это — тоже магнит, только в нем магнитные полюса будут проявляться, разумеется, только на крайних электронах, и эти проявления сохранятся неизменными: каким бы длинным не был шнур, его полюса всегда будут воздействовать на окружение неизменно. Теперь мы можем сказать так, что известная из электрофизики магнитная силовая линия есть соосно расположенные и вращающиеся в одном направлении электроны; синонимами магнитной силовой линии являются магнитный шнур и электронный шнур.

Тело атома, представляющее собой вращающуюся торовую оболочку, является по определению также магнитным шнуром, только этот шнур замкнут и поэтому не имеет полюсов. Впрочем, разорванный атом становится обычным магнитным шнуром; обычным — в магнитных проявлениях, но необычным в силе этих проявлений: тело атома более плотно и более прочно.

Рядом (параллельно) расположенные магнитные шнуры образуют пучок. Если им ничто не мешает, то их направления вращения будут паразитными, то есть встречными. Такой пучок, как единое целое, магнитные свойства теряет: у него нет своих полюсов и нет однонаправленных боковых сторон. Магнитные свойства пучок будет иметь только в том случае, если вращение всех его шнуров будет однонаправленным; при этом у него появляются полюса и действующие в одном направлении боковые стороны; такой пучок мы вправе назвать магнитным и вправе считать, что он определяет так называемое магнитное поле; точнее: магнитное поле есть пространство, заполненное пуком вращающихся в одном направлении магнитных шнуров.

Однонаправленность вращения шнуров в магнитном пучке — противоестественна и может удерживаться только при определенном внешнем воздействии; такое воздействие могут оказывать атомы и эфирный ветер.

Атомы некоторых химических веществ, например железа, никеля и кобальта, устроены таким образом, что выстраивают прилипшие к ним электроны в магнитные шнуры. Если в момент затвердевания этих веществ их атомы расположены так, что все их магнитные шнуры образуют один магнитный пучок, то полученное твердое тело окажется магнитом. В дальнейшем атомы такого естественного магнита будут удерживать образовавшийся магнитный пучок и противодействовать стремлению отдельных его магнитных шнуров сменить свое направление вращения на обратное. Действие магнитного пучка распространяется и на прилегающие к магниту пространства, то есть за его пределами: находящиеся там свободные электроны будут выстраиваться естественным образом в линии, как бы наращивая магнитные шнуры твердого тела; правда, располагаться плотно друг к другу шнуры в свободном пространстве уже не могут — будут мешать сталкивающиеся оболочки, — и выходящий из твердого тела магнитный пучок будет расходиться веером.

Другим фактором, удерживающим магнитный пучок, является разная скорость эфирного ветра; это явление имеет большое значение в электромагнетизме, и поэтому рассмотрим его более подробно. Представим себе определенный магнитный шнур, расположенный поперек эфирного потока. Если скорость эфира в сечении потока одинакова, то такой ветер может только прогибать или отклонять шнур, но повлиять на направление его вращения не сможет. Другое дело, если скорость эфира в сечении потока окажется разной: с одной стороны шнура больше, а с другой — меньше; такая разность скоростей обдувающего эфира будет либо содействовать вращению магнитного шнура, либо препятствовать ему. При содействии шнур будет чувствовать себя в безопасности, а при сопротивлении — рано или поздно вынужден будет поменять направление своего вращения.

Точно такое же воздействие оказывает эфирный ветер с разными скоростями на магнитный пучек. Если эфирный поток, пронизывающий его, имеет большую скорость с одной стороны, и она убывает по мере смещения к другой, то все магнитные шнуры пучка вынуждены будут вращаться в одном направлении, несмотря на их нежелание это делать. Более того, эфирный ветер с разными скоростями не только ориентирует магнитные шнуры, но и содействует их формированию: электроны, оказавшиеся в поле действия эфирного потока с такими скоростями, будут выстраиваться в соосность с одним направлением вращения, то есть будут объединяться в шнуры.


Проявления магнетизма.

Переменная скорость эфира, плавно изменяющаяся в одном направлении, может возникать в макрозавихрениях, например создаваемых электромагнитными катушками. Скорость закрученного ею эфира будет убывать по мере удаления от витков как к центру катушки, так и на периферию; поэтому с одной стороны от витков будет одно магнитное направление, а с другой стороны — обратное, или, другими словами, внутри катушки сформируется пук магнитных шнуров одного направления вращения, а снаружи, охватывая внутренний кольцом, расположится другой пук с противоположным направлением.

Процесс формирования магнитных пучков микрозавихрением эфира — обратим, то есть постоянный магнит закручивает вокруг себя эфир по отмеченному выше закону: окружная скорость эфира постепенно увеличивается при смещении от центра пучка к его краю (там она — наибольшая), и постепенно уменьшается за пределами пучка при удалении от него. Такое проявление магнетизма, а именно: формирование микрозавихрением эфира магнитного пучка и обратный процесс — закручивание магнитом эфира вокруг себя, — является одним из основных; оно лежит в основе многих электромагнитных процессов.