Ключевые слова: электрический ток в проводнике, электромагнитное поле, электромагнитная природа света, электрически ток, электрогенератор, ошибки академической науки.

Введение

Может ли быть, чтобы в современной академической физике существовали ошибочные положения, теории и гипотезы?  Могли ли ошибаться не только выдающиеся физики современности, например, Эйнштейн, но и корифеи прошлого – Галилей, Ньютон, Фарадей, Максвелл?  История науки свидетельствует, что могут, что ошибочные учения были всегда, как в далеком прошлом, так и в наши дни (Менде Ф.Ф., 2010). Нельзя исключить, что их не будет и в будущем.

В своих статьях на этом сайте я уже писал об ошибках и неточностях в изложении ряда законов физики в школьных и вузовских учебниках: законе всемирного притяжения, неверно называемым законом всемирного тяготения (2016, 2018), законе сохранения энергии (2017), законе инерции (2017). А теперь очередь дошла и до некоторых других проблем и ошибок фундаментальной физики.

Сущность электрического тока в проводнике 

Одной из до сих пор нерешенных проблем физики является понимание того, что собой представляет электрический ток в проводнике. В учебнике общей физики для студентов высших технических учебных заведений Б.В.Бондарев и соавт. [2003] говорится, что электрическим током называется «упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц» (с.104). О том, что это за заряженные частицы и куда  они направлены, студент должен только догадываться. Не добавляет ясности в понимании сути электрического тока и последующие слова: «при таком движении происходит перенос электрических зарядов из одной области пространства в другую». Как и с помощью чего эти заряды переносятся в пространстве, авторы не разъясняют. Последующий текст и вовсе ставит в тупик: «Для обеспечения существования электрического тока в замкнутой цепи в течение длительного времени (курсив мой – МБ), необходимо включить в эту цепь специальное устройство, производящее разделение положительных и отрицательных зарядов. Такое устройство называется источником или генератором электрического тока».

По умолчанию получается, что для обеспечения существования электрического тока в замкнутой цепи в течение непродолжительного времени никакого источника электрического тока … не нужно. Кроме того, для получения электрического тока нужен своеобразный сепаратор электрических зарядов. Студенту, не понявшему, что такое электрический ток и как он появляется, для сдачи экзамена придётся всё сказанное зазубрить.

Наиболее же распространённым является представление, что электрический ток – это направленное перемещение электронов или, как пишут некоторые авторы, перемещение электрических зарядов, деликатно обходя вопрос о том, что это за заряды, что за поля существуют вокруг них и из чего эти поля состоят [Фриш С.Э., Тиморева А.В., 2006; Баранов М.И., 2014; Харланов А.В., 2015]. Это представление основывается на мнении акад. И.Е. Тамма [1976] о том, что электрический ток в металлическом проводнике представляет собой направленное перемещение «коллективизированных свободных электронов» в его внутренней кристаллической микроструктуре. Прошло уже почти полвека, но мы так и не знаем,  откуда взялись эти «свободные электроны», что должно было случиться с атомами металла, чтобы у них образовались свободные, т.е. не связанные со структурой атома электроны. А т.к. никаких доказательств существования в металле свободных электронов не представляется, само утверждение о существовании таких электронов выглядит неубедительным. Хуже всего, что даже исследования по квантовой электродинамике не в состоянии дать удовлетворительного ответа на простой вопрос: что вообще такое электрон. По мнению В.Олейника [1998], электрон — это не точечный заряд, а квант поля — «сгусток электрически заряженной материи». А согласно последнему справочнику по физике Е.С.Платунова и соавт. [2018], электрон представляет собой «стабильную элементарную частицу с отрицательным зарядом, равным элементарному электрическому заряду. Относится к классу лептонов и участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях». С ними согласен и германский справочник по физике  P.  Waloschek [2006], согласно которому электрон является фундаментальной частичкой материи, носителем отрицательного электрического элементарного заряда. Правда, вопреки заявлению Е.С.Платунова и соавт. [2018], участие электрона в  гравитационном взаимодействии пока не доказано, оно является всего лишь гипотезой, смело выдаваемой академической наукой за достоверный факт.

Далее авторы учебников физики для студентов высших технических учебных заведений [например, Бондарев Б.В. и соавт., 2003] ещё больше погружаются в виртуальный мир, объясняя студентам, почему электрический ток течет по проводнику. Для поддержки мнения академика они заявляют, что из-за того, что электроны отрываются от атомов, последние превращаются в положительно заряженные ионы, которые, оказывается, образуют кристаллическую решетку. Ну, и, наконец, сам механизм появления тока: «если под действием каких-либо сил электроны переместятся из одной области металла в другую, то область, из которой произошел отток электронов, станет положительно заряженной, а область, в которую переместились электроны, приобретёт отрицательный заряд» (с.80). Это перемещение может быть только в том случае, если электроны входят в структуру атома. Но это противоречит распространенному представлению о том, что в проводнике есть т.н. свободные электроны, не входящие в структуру атомов, которые и участвуют в создании электрического тока. Понятно, что перемещение этих свободных электронов не может привести к появлению «положительно заряженной области». Кроме того, в учебнике  не даётся разъяснения, что это за силы, которые заставляют электроны бесконечно перемещаться из одной области металлического проводника в другую. Не сказано и о том, как это перемещение происходит. У пытливого студента должно сложиться впечатление, что электроны, перемещаясь по металлическому проводнику, должны куда-то бежать. И совершенно неясно что с ними происходит дальше, когда они «прибегут» к потребителю.

Такое восприятие механизма перемещения электрических зарядов в проводнике возникло, несомненно, под влиянием древней парадигмы о существовании полярности электрического заряда  – положительной и отрицательной. Но в этом случае эта идея не применима. Беда в том, что она ничего не объясняет – сплошной туман, из-за отсутствия каких-либо доказательств реального существования этой схемы. Авторы, почему-то, забыли рассказать о самом главном моменте, связанном с появлением электрического тока -  как, с помощью какого механизма он рождается в проводнике. 

Между тем, при объяснении движения тока по металлическому проводнику  разумнее было бы предположить, что вовсе не «свободные электроны» участвуют в его передачи, а вновь образованные электроны, возникшие при работе генератора. Действительно, если бы электрический ток в проводнике образовывался за счёт свободных электронов самого проводника, то уже через несколько секунд работы генератора все свободные электроны покинули бы свои места и на этом процесс образования электрического тока закончился бы. Но на деле, пока работает генератор, электрический ток всё время  бежит по проводам… Значит дело не в свободных электронах.

В учебниках не говорится о том, что  доказательство того, что электрический ток представляет собой направленный поток электронов всё же существует. Этим доказательством служит явление т.н. электрической коррозии. Описано оно было ещё в 70-е годы ХХ века советским инженером Ю.А.Петровым, установившим, что если рельс, являющийся  нулевым токоведущим проводником, намертво соединен с конструкцией, которая имеет контакт с землёй, то электроны из этой конструкции (например, фермы моста) уходят в землю, что приводит к разрушению структуры атомов металла и к истончению частей (элементов) конструкции. Значит, электроны действительно перемещаются по проводнику, а не стоят на месте и не передают энергию друг другу, как считают некоторые авторы. Известно, что движение именно электронов по проводнику под действием разности потенциалов подтверждается опытами по гальванике.

Однако есть и другое мнение, что электрический ток - это не перемещение электронов, а передача энергии колебаний электронов вдоль проводника или энергии колебаний заряженных частиц [например, Кочетков А.В., Федотов П.В., 2015]. С этим нельзя согласиться, т.к. во-первых, нет никаких экспериментальных оснований для такого утверждения; это всего лишь безосновательное предположение, фантазия. А во-вторых, электроны в проводнике не просто находятся на атомных орбитах, а вращаются с большой скоростью как вокруг ядра атома, так и вокруг собственной оси. Переданная проводнику энергия может лишь привести к ускорению этих вращений, но не появление каких-то колебаний!

Для того, чтобы помимо вращательных движений электроны могли ещё и совершать колебательные движения, нужно приложить значительную силу, которой обычный источник тока, например, батарейка не обладает. Кроме того, такие колебания не могут служить основой для накопления электрической энергии в аккумуляторах. К тому же  переданные колебания не могут заставить светиться нить лампочки и вращать ротор электромотора.

С другой стороны, увеличение колебания молекул и их составных частей – атомов и, возможно, их электронов происходят при нагревании проводника -  передаче ему тепловой энергии, но электрического тока даже при его сильном нагревании в нём не будет. Даже, если создать для него условие – поместить конец нагретой проволоки в лёд.

Т.о., представление о том, что электрический ток - это не перемещение электронов, а передача энергии колебаний электронов вдоль проводника или энергии колебаний заряженных частиц, является ошибочным.

Наряду с представлением о том, что электрический ток – это направленное перемещение зарядов (электронов) существует и положение классической и квантовой физики, согласно которому электроны, как элементарные частицы, имеющие соответственно корпускулярные свойства, обладают также и волновыми свойствами. Если следовать этому положению, то помимо перемещения электронов при подключении проводника к источнику электрического тока, происходит распространение электронных (дебройлевских) волн длиной λe в межатомном пространстве его кристаллического материала [Кузьмичев В.Е., 1989; Яворский Б.М., Детлаф А.А.,1990; Солимар Л., Уолш Д., 1991). При этом возникает естественный вопрос о том, всегда ли происходит распространение этих электронных волн, или же  только при достаточно большой силе тока и высоком напряжении. Ответа на этот вопрос пока нет…Ясно, что и волновые свойства электронов не являются определяющими в распространении электрического тока по проводнику.

В результате приходится признать, что даже сегодня не существует общепризнанного представления о том, что такое электрический ток в металлическом проводнике. То ли он представляет собой направленное перемещение «коллективизированных свободных электронов», то ли это движение «стабильных элементарных частиц с отрицательным зарядом», которые «в атоме не локализованы в определенной точке, а как бы размазаны по некоторому объёму» [Платунов Е.С. и др., 2018].

В учебниках физики ничего не говорится и о том, что происходит с электронами, при достижении ими лампочки, спирали электроплитки или электромотора,  куда они деваются – превращаются ли они целиком в фотоны, переходят ли в тепловую или кинетическую энергию или, отдав потребителю часть энергии, бегут обратно к обмотке  генератора, где снова подхлёстываются магнитным полем и с восстановленной энергий бегут по проводнику.

Таким образом, сегодня в этом разделе физики мы имеет дело с неточностями, помноженными на отсутствие ясного представления о движении электронов по проводнику.

Проблема электромагнитных полей 

Ещё более неожиданной проблемой является учение об электромагнитных волнах и полях. Истоки этой проблемы следует искать в опытах и интерпретации к ним Ганса Христиана Эрстеда, который в 1820 году  случайно обнаружил, что протекающий по проводнику электрический ток вызывает отклонение магнитной стрелки. На основании этого опыта он сделал вывод, что вокруг проводника с током существует электромагнитное поле. Однако при проведении этого простого опыта Эрстед совершил две фатальные ошибки, которые, почему-то, остались незамеченными другими физиками.  Удивительно ещё и то, что эти ошибки никто не хочет замечать и исправлять даже сегодня.

Первая из них – методическая, состоящая в том, что Эрстед не догадался поставить  контрольный опыт, в котором он должен был заменить магнитную стрелку на такую же стрелку, но из ненамагниченного железа. Если бы он это сделал, то обнаружил бы, что эта стрелка не реагирует на подачу электрического тока на провод. Он мог бы поставить и другой контрольный опыт – под проводом разместить на листе бумаги опилки из мягкого железа. И тогда при подаче напряжения он бы увидел, что опилки не реагируют на включение и выключение тока, не притягиваются к проводнику, не образуют характерные для магнита круги.

А принимая во внимание, что в основе  магнитного свойства лежат диполи, он должен был исследовать, как придуманная им магнитная составляющая электрического поля реагирует на разные полюса постоянного магнита. Но и этого решающего контрольного опыта он не провел.

Наконец, он мог бы поставить ещё один контрольный опыт, который должен был убедить, что вокруг проводника с током есть только электрическое поле, не обладающее магнитным свойством и не имеющее в своём составе магнитной составляющей. Основой этого опыта является известный факт, что после нагревания постоянного магнита, свойство притягивать ферромагнетик у него исчезает. Поэтому, если вокруг проводника с током, кроме электрического поля действительно образуется ещё и магнитное, то нагревание проводника должно его этого свойства лишить. Для этого надо перед опытом по проверке наличия этого свойства, проводник нагреть и сразу после его остывания провести опыт с магнитной стрелкой. Он бы легко смог убедиться, что при подключении этого проводника к источнику тока, магнитная стрелка, как и прежде, будет отклоняться. Магнитная стрелка будет отклоняться и в том случае, когда проводник, по которому пущен ток, будет подвергаться нагреву в ходе самого опыта с этой стрелкой.

Следствием методической ошибки явилась вторая, более серьёзная ошибка – методологическая: ложный вывод о том, что вокруг такого проводника существует электромагнитное поле. На самом же деле опыты Эрстеда показали, что вокруг проводника с током образуется электрическое поле, которое способно оказывать влияние на магнитное поле. К этому следует добавить, что сам по себе медный проводник никак не может генерировать или индуцировать магнитное поле.

В качестве другого распространенного свидетельства существования электромагнитного поля, часто приводится опыт Фарадея, демонстрирующий проявление  «электромагнитной индукции». При подаче тока на одну из двух катушек, имеющих общий железный сердечник, электрический ток появляется и во второй катушке. Но на деле и этот опыт не является доказательством существования электромагнитного поля.  В этом опыте электрическое поле первой катушки вызывает в железном сердечнике появление магнитного поля, которое во второй катушке, как сказано в учебниках, индуцирует обратный эффект – появление электрического тока.

Кстати, используемое здесь слово индукция не подходит, т.к. это слово в переводе с латинского – induction - означает наведение, возбуждение, в то время как в нашем случае происходит не наведение, а превращение, преобразование магнитного поля в электрическое. Согласно Толковому словарю русского языка С.И.Ожегова и Н.Ю.Шведовой (1993) навести означает нацелить на что-то или кого-то, направить к чему-либо. В нашем же случае электроны и созданные ими поля не направляются и тем более не нацеливаются на атомы железного сердечника, в том числе на их свободные электроны. В свою очередь атомы железного сердечника и их свободные электроны, а также созданные ими магнитные поля также не направляются и тем более не нацеливаются на атомы соленоида. В обоих случаях происходит превращение, преобразование одного поля в другое. И хотя механизм преобразования этих полей друг в друга пока не ясен, говорить в данном случае об электромагнитной индукции неправильно. И этот вывод следует учесть при издании новых учебников и энциклопедий по физике.

Т.о., опыт Фарадея является доказательством того, что электрическое поле при определённых условиях может превратиться в магнитное поле, которое, в свою очередь, также при определённых условиях может превратиться в электрическое. Но отсюда вовсе не следует, что электрический ток в проводнике образует электрическое поле или электрические волны чередующиеся с магнитным полем или волнами, создают таким образом электромагнитное поле или волны.

Заинтересовавшийся опытами Эрстеда и  Фарадея, английский физик Джеймс Максвелл решил обобщить результаты их исследований с применением математики.  Составив  систему из четырёх дифференциальных уравнений, которые по его мнению устанавливали связь между электрическими и магнитными полями, в 1865 г. он создал теорию электромагнитного поля. Мы не будем сейчас обсуждать каким это образом и на каком таком основании существование электромагнитных или каких угодно волн вообще может вытекает из какого-либо уравнения и, в частности, уравнения Максвелла, если принять во внимание, что уравнения создаются  для решения вычислительных задач, а также для того, чтобы механизировать труд вычислителя.

Эта феноменологическая теория была создана на основе наблюдений и предположений, но несмотря на математическую строгость её построения,  мировое научное сообщество эту теорию не приняло – слишком велико было расхождение между опытами Фарадея и теорией Максвелла. И лишь через  21 год нашелся физик, который захотел ее подтвердить экспериментально. Это был Генрих Герц, который придумал и сконструировал свой знаменитый излучатель «электромагнитных волн», впоследствии названный «вибратором Герца». При импульсах постоянного тока, вследствие действия прерывателя, в гальванической цепи вторичной обмотки катушки между шариками проскакивали искры и в окружающую среду излучались волны, которые он счёл  электромагнитными. Он даже не сомневался, что эти волны электромагнитные – ведь так считал сам Максвелл! Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц сделал простой резонатор - проволочное незамкнутое кольцо с латунными шариками на концах и с малым искровым регулируемым промежутком.

В ноябре 1886 г. в рабочем дневнике Герц записал: «Мне посчастливилось установить индукционное действие друг на друга двух незамкнутых цепей с током». Дневниковая запись в начале декабря того же года гласила: «Удалось установить резонанс между электрическими колебаниями в двух цепях». В 1887 г. вышла его статья «Об очень быстрых электрических колебаниях», принесшая ему широкую известность. «Эти опыты, — писал Герц, — в которых волнообразное распространение индукции в воздухе делается почти осязаемым... могут служить основанием теории электродинамических явлений, разработанной Максвеллом, базирующейся на представлениях Фарадея». Так же, как и Эрстед и Фарадей, никаких контрольных опытов для подтверждения того, что излучаемые в его приборе волны являются электромагнитными, Герц не ставил. Самое удивительное, что ни сами создатели электромагнитной теории, ни физики, работавшие после них, не удосужились не только представить  доказательства, но даже и не дали объяснений, на основании каких критериев они утверждали, что имели дело именно с электромагнитными волнами и полями.

А в 1888 г. вышла фундаментальная работа Герца «Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении». Как видно из названия опубликованных им работ, в них ничего не говорилось  том, что в своих опытах он имел дело с электромагнитными волнами. Тем не менее, в физическом сообществе утвердилось представление о том, что Генрих Герц доказал их существование.

Анализ ошибок при проведении упомянутых опытов Эрстеда, Фарадея и Герца, приведших к ложному заключению о существовании электромагнитного  поля, позволяет рекомендовать для оценки обладания объектом магнитными свойствами следующие критерии:

1) притягивание к себе ферромагнетика;

2) ещё одним бесспорным доказательством наличия магнитного свойства у изучаемого объекта является отталкивание тела от одного из полюсов магнита.

Установление факта индукции электрическим полем магнитного и обратно, отсутствие должного (контрольного) анализа этих явлений, а также использование математического аппарата для симуляции этого процесса с помощью уравнений, повлекло за собой ошибочное, но широко подхваченное физиками ложное представление о существовании электромагнитного поля и электромагнитных волн, которое стало догмой и  вошло во все учебники и справочники по физике всего мира.

Вера в существование электромагнитных волн была настолько велика, что когда А.С.Попов проводил исследования по приему этих «электромагнитных волн», он не обратил внимание на то, что с помощью своего приёмника, который он назвал грозоотметчик, он принимал сигналы грозовых молний, которые имеют чисто электрическую природу и электромагнитными волнами не являются.

Т.о., сегодня следует считать установленным, что электрическое поле обладает свойством влиять на магнитное поле, а магнитное поле, в свою очередь, обладает свойством влиять на электрическое. Магнитное поле – это не электрическое поле и с ним объединяться оно не может, т.к. у них разная природа и разные механизмы. Поэтому смешанного электромагнитного поля, состоящего из отдельных электрических и магнитных полей или волн, в природе не существует. Здесь можно вспомнить, что говорил знаменитый физик Фейнман об электромагнитное поле. Он считал, что электромагнитное поле - это не особая форма электрической материи, а "математическая функция, которая используется нами, чтобы избежать представления о дальнодействии» [Фейнман Р. и соавт., 2004, с.15]. 

В то же время следует сказать, что исправление выявленной ошибки никак не может сказаться на  эксплуатации и приборов и техники, использующих электрический ток и магнитные поля.  А правильное понимание природы электрического тока и магнитного поля будет способствовать созданию новой электрофизической техники.

Об электромагнитной природе света 

Ставшее догмой представление Максвелла  о существовании «электромагнитных волн» получило сенсационное продолжение. Из его уравнений следовало, что скорость электромагнитной волны равна скорости света, на основании чего он и сделал вывод об электромагнитной природе света.  Научная общественность настолько легко приняла это предположение, что в науке называется гипотезой, что в учебниках физики оно превратилось в утверждение о том, что свет имеет электромагнитную природу.  Это может показаться невероятным, но такое представление о свете экспериментальной проверке до недавнего времени не подвергалось – авторитет Максвелла  оказался сильнее общего требования научного познания критически относиться к научным гипотезам и постоянно их проверять.

Однако всегда находятся те, кто не доверяет общепринятым представлениям, какой бы области знаний это не касалось. Не избежало это и теория электромагнитной природы света, т.к. большие сомнения вызывало наличие в нём магнитной составляющей. Попытки обнаружить магнитную составляющую светового потока, равную по мощности его электрической составляющей, оказались безуспешными [Буррези М. и соавт., 2009; Александров А.Д., 2014]. Нашлись и те, кто сомневаясь в теории Максвелла,  создал  альтернативу электромагнитной теории света, например, В.А. Эткин [2018].

И лишь совсем недавно - в 2009 году, через 130 лет после кончины Максвелла, когда выяснилось что никакого экспериментального подтверждения электромагнитной природы света не существует (!), группа голландских физиков из Института атомной и молекулярной физики в Амстердаме заявила, что им удалось «зафиксировать и измерить магнитную составляющую световой волны». Научная общественность, как и следовало ожидать, благосклонно приняла  эту информацию и никаких критических замечаний и сомнений в корректности проведения экспериментов и достоверности выводов не высказало. Поэтому неудивительно, что сегодня предположение Максвелла об электромагнитной природе света считается доказанным. [Vanderwerf D.F., 2017].

Для проведения своих опытов голландцы воспользовались оборудованием и методикой, которыми пользовался в своих исследованиях  Герц. Чтобы измерить магнитное поле световой волны, они возбуждали вторичную световую волну колебаниями вектора стоячей волны в окрестности волновода и измеряли ее фазу интерферометрическим способом. В результате этих исследований они заявили, что измерили магнитное поле волны и, таким образом, подтвердили, что свет имеет магнитную составляющую.

Всё бы это было очень здорово, если бы они не повторили ошибки  Эрстеда, Фарадея и Герца, которые не учли основной критерий магнитного действия – притяжения материалов, изготовленных из ферромагнетика. А принимая во внимание, что любой магнитный материал содержит диполи, они должны были установить как магнитная составляющая света реагирует на разные полюса постоянного магнита. Более того, голландские авторы вообще не провели никаких контрольных исследований, которые были обязаны провести, чтобы подтвердить достоверность своего вывода. Но они их не провели, в связи с чем их заявление о подтверждении электромагнитной природы света не может считаться достоверным.

Механизм образования электрического тока в процессе работы электрогенератора 

Упомянутые выше опыты Эрстеда и Фарадея позволили создать  генератор электрического тока, усовершенствованные модели которого успешно работают и по сей день. Как ни странно, но механизм образования электрического тока в процессе работы электрогенератора до сих пор не описан, что является ещё одной большой проблемой физики. И хотя в этом случае нельзя говорить об ошибке в понимании этого механизма, но можно говорить об ошибочном пути к его установлению, который так и не позволил его найти.

Механизм образования электрического тока в генераторе традиционно объясняется двумя совершенно различными причинами - "действием на движущиеся электрические заряды магнитной силы Лоренца, либо действием на эти заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении во времени магнитной индукции поля» [Калашников С.Т.,1970; Тамм И.Е., 1976; Иродов И.Е., 1983; Суханов А.Д., 1998].

В учебниках по физике, даже  для студентов-физиков, дается лишь самая общая информация о выработке электрического тока в его генераторе. Для того, чтобы ток в цепи возник нужно два основных  элемента: нужен контур, хорошо проводящий электрический ток, который образует ротор генератора. И магнитное поле, силовые линии  которого этот контур будет пересекать.

В учебнике физики В.Н Лозовского [2000] сделана попытка описать происхождение электрического тока в результате работы его генератора. Там говорится, что в генераторе переменного тока «энергия механического движения превращается в энергию электрического тока, т.е. сторонние силы ЭДС имеют механическую природу». И ещё: Работа генератора переменного тока «основана на явлении электромагнитной индукции» (с.368). Согласно закону электромагнитной индукции, в рамке возникает ЭДС индукции (с.369). Для того, чтобы этот генератор заработал и давал на выходе электрический ток, ротор нужно привести в движение. И об этом тоже говорится в учебниках. Ротор может приводиться в движение различными способами – с помощью падающей воды на лопасти турбины, с помощью пара, струи воздуха, двигателем внутреннего сгорания и т.д.

Не проясняют механизм образования электрического тока в генераторе и более современные учебники физики. Так, в учебнике физики Р.И.Грабовского [2006] так объясняется его появление в генераторе: "Обычно электрический ток возникает под влиянием электрического поля" (с.282).  В генераторе всё время происходит разделение разноименных зарядов и перенос положительных зарядов на один проводник, а отрицательных - на другой проводник! Движение свободных электронов в металлическом проводнике затруднено из-за их столкновения с ионами кристаллической решетки, из-за чего они теряют свою скорость (с.282). При этом ничего не сказано о главном - каким же образом возникает ток при работе генератора, каков его механизм.

Однако и в этом учебнике, хотя и делается правильное заключение о том, что  энергия механического движения превращается в энергию электрического тока, нет необходимого ответа на вопрос, откуда же берутся новые электроны, как они появляются. Ведь они не только присутствуют в цепи, но их новые количества вновь и вновь поступают в цепь, что позволяет их использовать для выполнения самой разнообразной работы на протяжении длительного времени.

Для ответа на вопрос, что именно является источником электронов при работе генератора электрического тока, прежде всего, нужно ответить на вопрос, как они появляются в цепи, что является их источником. Является ли источником электронов обмотка ротора? Если бы это было так, то спустя очень короткое время все электроны обмотки ротора «убежали» бы к потребителю, а сама обмотка, лишенная электронов, быстро бы разрушилась. Но ротор может работать часами, даже днями, неделями и годами, а электроны в нём по-прежнему присутствуют и сами  его провода никак не изменяются, тоньше не становятся. Значит, обмотка ротора не является источником электронов!

Остаётся рассмотреть второй элемент генератора – магнитное поле. Для простоты рассмотрим случай, когда магнитное поле создаётся постоянным магнитом. Ни в одном исследовании, а также на практике не было замечено, чтобы сила магнитного поля в процессе работы генератора уменьшалась. Если бы это происходило, это сказалось бы на работе генератора и вырабатываемый им ток, становился  бы менее мощным, имел меньшую силу тока и меньшее напряжение. Отсюда следует вывод, что и магнитное поле не является источником появления в цепи электронов.

Откуда же они берутся? И тут надо вспомнить ещё одного участника процесса выработки электроэнергии, о котором говорится в учебнике В.Н.Лозовского — энергии механического движения, которая «превращается в энергию электрического тока». Однако, как это происходит в этом учебнике не сказано. Здесь нужно вспомнить, что  упомянутая энергия механического движения, это кинетическая энергия, которая и приводит ротор во вращение. Отвергая два рассмотренных выше возможных источника электронов приходится признать, что только кинетическая энергия и является истинным поставщиком электронов в сеть.

Здесь следует сделать отступление, посвященное самому понятию кинетической энергии. Обратимся к наиболее авторитетному словарю по физике Е.С.Платунова и соавт. [2018] Согласно этому словарю, кинетическая энергия  это «Положительная скалярная физическая величина, являющаяся мерой энергии механического движения материальной точки и пропорциональная произведению её массы m на квадрат скорости V движения в выбранной инерциальной системе отсчёта».

К  сожалению, в этом определении допущены две существенные ошибки. Первая состоит в том, что оно содержит несуразную фразу, заключающуюся в том, что энергия, в данном случае, кинетическая является мерой энергии, в данном случае, механического движения. А вторая ошибка состоит в том, что в ней отсутствует важнейшее положение о том, что энергия – это, прежде всего, материальная субстанция, которая способна совершать какую-то работу.

Другое определение кинетической энергии есть в Википедии, которая отсылает к монографии М.А.Айзермана [1980]. В статье ей посвященной, сказано, что это  скалярная функция, являющаяся мерой движения материальных точек, образующих рассматриваемую механическую систему, и зависящая только от масс и модулей скоростей этих точек. В этом определении допущена та же существенная ошибка – отсутствие указания на то, что кинетическая энергия – это, прежде всего, материальная субстанция, способная совершать какую-то работу.

Ещё более расплывчато определение кинетической энергии даёт немецкий словарь по физике: энергия движения, являющаяся той частью энергии «которая зависит от состояния движения физических систем» [Waloschek P., 2006]. И совсем уж бессодержательное определение кинетической энергии  можно увидеть в учебнике физики  для 10 класса: это величина, равная половине произведения массы на квадрат скорости тела: E= mv²/2  [Мякишев Г.Я. и соавт., 2006, c.130].

Непризнание того, что кинетическая энергия является материальной, по всей видимости, и является препятствием для того, чтобы сделать следующий шаг – попытаться определить, каким образом она вызывает появление электронов. Одновременно решение этого вопроса выдвигает следующий очень важный для физики вопрос: если кинетическая энергия материальна, то она должна из чего-то состоять, иметь какую-то структуру.

Сделанный нами вывод о том, что именно кинетическая энергия вращения ротора и есть та причина, которая ответственная за генерацию электрического тока, вынуждает рассмотреть механизм непрерывного образования электронов. По  всей видимости, при движении якоря, в его металлической оплетке пересекающей силовые линии магнитного поля и происходит рождение новых электронов. Движущиеся провода обмотки «бьют» по магнитным силовым линиям, в результате чего кинетическая энергия, приводящая в движение якорь, превращается в электромагнитную (а правильно, в электрическую) волну. Излученная при движении якоря электромагнитная, а на деле электрическая волна, и является источником непрерывного появления   электронов в обмотке якоря, а затем и в цепи электрического тока. Можно также предположить, что образующие кинетическую энергию неизвестные пока частицы превращаются в электроны, которые далее устремляются по проводам к потребителю. Не исключено также, что основу кинетической энергии составляют сами электроны. Возможность такого превращения подкрепляется тем, что уже установлено превращение элементарных частиц друг в друга, например, фотонов в электроны. 

Следует отметить, что «бег» электронов по проводам к потребителю происходит только в том случае, если цепь замкнута. Поскольку в самих проводах обмотки электронов достаточно, то новообразованные, дополнительные электроны устремляются по линии электропередачи к потребителю. Но если цепь окажется разомкнутой, эти новые, дополнительные электроны не образуются, т.к. нет свободного места для появления новых электронов. В академической науке это называется отсутствием разности потенциалов.

В качестве вывода из представленного материала следует признать, что:

·        К великому сожалению, академическая, т.е. спонсируемая государством наука, которая одна имеет официальное право на распространение научных знаний среди научных работников, аспирантов, студентов и школьников, имеет изъяны, которые она не замечает, и замечать не хочет.

·        Для успешного развития любой науки, в том числе физики, следует время от времени проверять полученные ранее, особенно в начальные периоды развития науки факты, теории и гипотезы, а также превратившиеся в догмы представления, для того, чтобы быть уверенными в том, что они достоверны, получены по правилам проведения научных исследований, соответствуют новым фактам и созданным на их  основе новым знаниям.

·        Следует отказаться от чрезмерного замещения исследования сути физических процессов и исследования их механизмов на математическую их симуляцию, приводящую к их виртуальному представлению.

·        Выявленные неточности и, тем более ошибки, нельзя замалчивать, не обращать на них внимания, как бы ничтожными и спорными они не казались представителям академической науки. История науки свидетельствует, что академическая наука может ошибаться.

Список литературы

Айзерман М. А. Классическая механика. — М.: Наука, 1980. 368 с.

Александров А.Д. Парадокс трансформатора и химера магнитного поля. SciTecLibrary.ru., 13.02.2014.

Баранов М.И. Квантово-волновая природа электрического тока в металлическом проводнике и ее некоторые электрофизические макропроявления // Електротехнiка i електромеханiка. 2014. № 4. С. 25-33.

Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин  Г.Г. Физика. Учебник. Книга 2. Электромагнетизм. -  М., Высшая школа, 2003.

Буррези М. и др. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.itlicorp.com/news/2839/, 2009/ (дата обращения: 03.12.2018).

Грабовский Р.И. Курс физики. СПб: Издательство "Лань", 2006. 608 с.

Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. "М.: Высшая школа, 1983.

Калашников СТ. Электричество. "М: Наука, 1970. 2. Тамм И.Е. Основы теории электричества. "М.: Наука, 1970.

Кочетков А.В., Федотов П.В. Особенности преподавания терминологии и постановки проблематики электрического тока/ Интернет-журнал Науковедение. 2015. Т. 7. № 4 (29). С. 118.

Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. ред. В.К. Тартаковский. − Киев: Наукова думка, 1989. − 864 с.

Лозовский В.Н. Курс физики. Учебник для вузов. СПб.: Изд. «Лань». 2000.

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. М., «Просвещение», 2006. 366 с.

Олейник В. О внутренней структуре электрически заряженных частиц, порождаемой их собственным кулоновским полем // Квантовая электродинамика. – 1998. Вып.2. С.68-75.

Платунов Е.С., Самолетов В.А., Буравой С.Е., Прошкин С.С. Физика. Словарь-справочник. СПб: Изд. Политехнического университета. 2018. 798 с.

Солимар Л., Уолш Д. Лекции по электрическим свойствам материалов: Пер. с англ. / Под ред. С.И. Баскакова. − М.: Мир, 1991. 504 с.

Суханов А.Д. Фундаментальный курс физики. "М.: Агар, 1998.

Тамм И.Е. Основы теории электричества. − М.: Наука, 1976. 616 с.

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Том 6: Электродинамика. Перевод с английского (издание 3). — Эдиториал УРСС. 2004.

Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Учебник. - Санкт-       Петербург: Лань, 2006. 518 с.

Харланов А.В. Физика. Электродинамика, оптика, атомная и ядерная физика. Учебное пособие / Волгоград, 2015.

Эткин В.А. Альтернатива электромагнитной теории света // Проблемы науки. 2018. № 12 (36). С. 5-17.

Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. − М.: Наука, 1990. − 624 с.

Vanderwerf D.F. Light as an Electromagnetic Wave. In: The Story of Light Science. Springer International Publishing AG, 2017. P.13-21.

Waloschek P. Worterbuch Physik.  Directmedia • Berlin 2006. Digitale Bibliothek. Band 141.