Скалярное электромагнитное поле и передача электромагнитной энергии по одному проводу.

Частные случаи решений уравнений теории физического вакуума. Взаимодействие в слабых электромагнитных полях. Скалярное электромагнитное поле. Эксперименты Н. Тесла по исследованию электродинамических систем с переменным зарядом. Электрический ток в незамкнутой цепи. Однопроводная передача электрической энергии.

Уравнения вакуума, как это и положено уравнениям единой теории поля, переходят в известные физические уравнения в различных частных случаях. Если мы ограничимся рассмотрением слабых электромагнитных полей и движением зарядов с не слишком большими скоростями, то из уравнения вакуума (B.1) последуют уравнения, подобные уравнениям электродинамики Максвелла. Под слабыми полями в данном случае понимаются такие электромагнитные поля, напряженность которых удовлетворяет неравенству Е, Н << 10^-16 ед. СГСЕ. Такие слабые электромагнитные поля встречаются на расстояниях порядка r >> 10^-13 см. от элементарных частиц, т.е. на таких расстояниях, где действие ядерных и слабых взаимодействий становится незначительным. Можно считать, что в нашей повседневной жизни мы всегда имеем дело со слабыми электромагнитными полями. С другой стороны, движение частиц с не слишком большими скоростями означает, что энергии заряженных частиц не слишком велики и, из-за недостатка энергии, они не вступают, например, в ядерные реакции.

Если ограничится случаем, когда заряды частиц постоянны (е = const), то слабые электромагнитные поля в теории вакуума описываются векторным потенциалом (так же, как и в элекгродинамике Максвелла), через который определяются шесть независимых компонент электромагнитного поля: три компоненты электрического поля Е и три компоненты магнитного поля Н.

В общем случае потенциал электромагнитного поля в вакуумной электродинамике оказывается симметричным тензором второго ранга, что порождает дополнительные компоненты у электромагнитного поля. Точное решение уравнений вакуумной электродинамики для зарядов, у которых е  const, предсказывает существование нового скалярного электромагнитного поля вида:

S = – de(t) / rc dt

где r – расстояние от заряда до точки наблюдения, с – скорость света, e(t) – переменный заряд.

В обычной электродинамике такое скалярное поле отсутствует из-за того, что потенциал в ней является вектором. Если заряженная частица е движется со скоростью V и попадает в скалярное электромагнитное поле S, то на нее действует сила F_S:

F_S = eSV = – е [de(t) / rc dt] V

Поскольку движение зарядов представляет собой электрический ток, то это означает, что скалярное поле и порожденная эти полем сила должны обнаружить себя в экспериментах с токами.

Приведенные выше формулы были получены в предположении, что заряды частиц меняются со временем и, казалось бы, не имеют отношения к реальным явлениям, поскольку заряды элементарных частиц постоянны. Тем не менее, эти формулы вполне применимы к системе, состоящей из большого количества постоянных зарядов, когда число этих зарядов меняется во времени. Эксперименты такого рода проводил Никола Тесла в начале 20-го века. Для исследования электродинамических систем с переменным зарядом Тесла использовал заряженную сферу (см. рис.29 а). При разрядке сферы на землю вокруг сферы возникало скалярное поле S. Кроме того, и по одному проводнику протекал ток I, не подчиняющийся законам Кирхгофа, поскольку цепь оказывалась незамкнутой. Одновременно на проводник действовала сила F_S, направленная вдоль проводника (в отличие от обычных магнитных сил, действующих перпендикулярно току).

Существование сил, действующих на проводник с током и направленных вдоль проводника, было обнаружено еще A.M. Ампером.

Рис. 29 а. В электродинамике с переменным зарядом ток течет по одному проводу.

В последствии, продольные силы были экспериментально подтверждены в опытах многих исследователей, а именно в опытах Р. Сигалова, Г. Николаева и др. Кроме того, в работах Г. Николаева впервые была установлена связь скалярного электромагнитного поля с действием продольных сил. Однако Г. Николаев никогда не связывал скалярное поле с переменным зарядом.

Однопроводная передача электрической энергии получила свое дальнейшее развитие в работах С.В. Авраменко. Вместо заряженной сферы С.В. Авраменко предложил использовать трансформатор Тесла, у которого вторичная обмотка на выходе из трансформатора имеет только один конец. Второй конец просто изолируется и остается внутри трансформатора. Если на первичную обмотку подать переменное напряжение с частотой несколько сот Герц, то на вторичной обмотке возникает переменный заряд, который порождает скалярное поле и продольную силу F_S. С.В. Авраменко ставит на одном проводе, выходящем из трансформатора, особое устройство – вилку Авраменко, которое из одного провода делает два. Если теперь подключить к двум проводам обычную нагрузку в виде лампочки или электромотора, то лампочка загорается, а мотор начинает вращаться за счет электроэнергии, которая передается по одному проводу. Подобная установка, передающая по одному проводу 1 кВт мощности, разработана и запатентована во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства. Там же ведутся работы по созданию однопроводной линии мощностью 5 и более кВт.