Czytanie ma to do siebie że zostawia pewien ślad w umyśle. Ten ślad z czasem zaciera się i czasem wydaje się że już go nie ma. Doświadczam tego dość często. Jednak w naszym mózgu jest gdzieś miejsce, jakie bez udziału świadomości ten ślad nie dość że ma zapisany, to jeszcze nad nim pracuje. Myślę że to nie dzieje się samo od siebie, ale poprzez swoje pasje i intensywne myślenie na tematy z tym śladem związane, działa jak katalizator.
Już dość dawno pewien bloger napisał notkę w dziale nauka o ruchu elektronu pomiędzy okładkami kondensatora. Chciałem odszukać tą notke i dyskusję pod nią, ale za nic mi sie nie udaje. Chyba jej sobie nie zapisałem. Jesli autor (lub ktokolwiek inny ma jej url, bardzo proszę mi ją przypomnieć). O co chodziło? Otóż elektron wpada z prędkością v pomiędzy okładki kondensatora. Jest przyciągany do okładki dodatniej, ale nim do niej dotrze, wylatuje poza układ tego kondensatora. Sytuacja wygląda mniej więcej jak na rysunku:
W czym problem? jeśli na elektron działa siła F przyciągająca go do okładki dodatniej, to jego prędkość powinna wzrosnąć, a więc i energią. Jednak elektron nie dociera do okładki dodatniej, nie neutralizuje ładunku okładek, ale jego energia pozornie rośnie. W dyskusji pod notką uznano że elektron jednak nie zwiększył swojej prędkości, ale zmienił tylko swój kierunek. Inaczej zostały by naruszone prawa zachowań w fizyce.
Zmodyfikujmy nasz doświadczenie. Nasz kondensator płaski zastąpmy kondensatorem z okładkami cylindrycznymi. Tak jak na rysunku poniżej:
Rysunek zawiera pewną tezę. Mianowicie prędkość elektronu jest tak dobrana, by siła jaka przyciąga elektron do dodatniej okładki jest dokładnie równa sile odśrodkowej jaka działa w tym ruchu po okręgu na elektron.
Co z tego doświadczenia możemy wywnioskować? Elektron porusza się po okręgu, a więc praca jaką wykonuje jest równa zero. Praca wykonana nie zależy bowiem od toru na jakim była wykonana, ale od realnej zmiany położenia. Nie ma więc żadnej wymiany energii pomiędzy elektronem a okładkami kondensatora. Tutaj ciśnie mi się więc pytanie:
Czy możemy więc mówić że pole elektryczne w kondensatorze posiada energię?
Sprawa nie jest prosta. Dzieląc okrąg na mniejsze części wyliczymy pracę jaka to pole wykona na zakrzywienie ruchu elektronu. Dopiero suma pracy wykonanej na pełnym obwodzie jest równa zero.Ktoś sprytny z matematyki zapewne bez problemu wyprowadzi więc równani dla oscylatora harmonicznego jaki opisze ruch tego elektronu. Być może że takie równanie już jest, a ja o nim tylko nie wiem. Jednak jeśli go nie ma, to wnioski z takiego równania mogły by być bardzo ciekawe. Uważam że jestem w tej kwestii za słaby, może jakby mi sie chciało to bym i to zrobił (lepiej lub gorzej). Jednak teraz nie mam na to czasu, bo mam kolejne ciekawe doświadczenie.
No właśnie, bo wszystko zaczęło się od tej wersji doświadczenia. Tym razem mamy nie pole elektryczne, ale jednorodne pole magnetyczne.
Inne pole, ale jak widać elektron zachowuje się podobnie. Jago ruch jest zakrzywiony przez jednorodne pole magnetyczne. Pytania więc są te same. Czy wzrasta energia elektronu w wyniku działania na niego siły F? Odpowiedz oczywiście jest nadal negatywna. Bardzo łatwo każdy może sobie interpolować to doświadczenie, tak by elektron poruszał się po okręgu. Wystarczy by bieguny magnetyczne miały odpowiednią wielkość, a elektron dobrana prędkość do pola magnetycznego. Jeśli ta prędkość nie będzie dobrana, to elektron porusza się po spirali. Dotyczy to tak samo pola elektrycznego jak i magnetycznego. To są wspólne cechy obydwóch pól.
Podobnie jak poprzednio można na tej podstawie wyprowadzić równanie na oscylator harmoniczny. Zauważmy jednak że obydwa przypadki mają część wspólną, jaką jest elektron. Domniemuje więc, że równanie dla oscylatora harmonicznego w polu elektrycznym można przyrównać do równania dla oscylatora harmonicznego w polu magnetycznym. Takie równani było by uogólnieniem studium ruchu elektronu w polach. Dla mnie to ciekawe, ale na gruncie wiedzy jaka mam nie jest niczym nadzwyczajnym. Jednak w tych przykładowych doświadczeniach jest królik w kapeluszu. Królik, jak to królik, lubi dziabnąć ostrymi ząbkami w paluszka, jaki nieostrożnie mu wsadzimy pod mordkę. O tym jednak już w kolejnej notce.
Pozdrawiam czytelników
Tekst jest open. Dla komercyjnych zastosowań wymagam tylko podania url notki i mojego emeila.
Notka o ruchu elektronu miedzy okładkami kondensatora. Zachęcam do przeczytania dyskusji pod nią:
tagi: nauka, fizyka, pole elektryczne, pole magnetyczne
Komentarze