УТОЧНЕНИЯ И ДОПОЛНЕНИЕ 4 К “НЕКОТОРЫМ ВОПРОСАМ ОТНОСИТЕЛЬНО ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В АТОМЕ ВОДОРОДА И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ИЗЛУЧЕНИЕМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ” [1]

УТОЧНЕНИЯ И ДОПОЛНЕНИЕ 4 К “НЕКОТОРЫМ ВОПРОСАМ ОТНОСИТЕЛЬНО ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В АТОМЕ ВОДОРОДА И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ИЗЛУЧЕНИЕМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ” [1]

Ильич Александр Алексеевич

выпускник физического факультета, Новосибирский Государственный Университет,

РФ, г. Новосибирск

1. Исправление цифровых результатов работы [2]:

– в соответствие с величиной нормировочного поля CGSE получится величина электрического поля для 4 импульсов CGSE и величина поля 1 гармоники CGSEв/см.

–  смещение свободного электрона втечение 1 импульса  нм, при этом электрон набирает кинетическую энергиюэВ     

 2. Рассмотрим физическое обоснование принципа запрета В.Паули [3].

На рис.1 схематически изображено основное состояние гелиеподобного иона. Стрелки условно показывают направление магнитных моментов. Стрелки вверх будут обозначать направление вверх перпендикулярно плоскости листа, стрелки вниз – направление вниз перпендикулярно плоскости листа. В атоме гелия кратчайшее расстояние между ядром и электроном ~ см (парагелий).

В состоянии сближения магнитные поля движущихся электронов и ядра за счёт непрецессирующих частей магнитных моментов сильно уменьшают их полные магнитные моменты, поэтому сближение электронов с ядром происходит почти одновременно и возможен, по-видимому, даже их  взаимный обмен. Всвязи с этим можно сказать, что формируется единое электронное состояние. В случае ортогелия магнитные моменты электронов параллельны (рис.2), минимальное расстояние от электрона до ядра составляет ~ см, не происходит столь сильного взаимного подавления магнитных моментов частиц и нет взаимного обмена электронами при столкновении, поэтому и состояние двух электронов не следует рассматривать, как одно целое. В терминологии квантовой механики в первом случае т.н. волновые пакеты электронов перекрываются, во-втором – нет.

Теперь представим ситуацию, когда к основному состоянию гелиеподобного иона () с двумя электронами добавляется извне третий электрон (рис.3). Вследствие электрических и магнитных взаимодействий присоединение третьего электрона можно представить как изображено на рис.4.

Далее, как представляется, электрон, изображённый вверху, из-за отталкивающего действия двух нижних электронов переходит на более далеко расположенную от ядра орбиту, а нижние занимают положения примерно симметрично относительно ядра в соответствие с конфигурацией основного состояния (рис.1). Заполнение оболочек происходит следующим образом. 

В состоянии с L=0 (S-состояния) размещаются, как описано выше, два электрона с противоположно направленными магнитными моментами.  Формирование таких оболочек управляется взаимодействием магнитных моментов электронов. Более высокорасположенные оболочки с орбитальными моментами  и т.д. формируются электростатическими силами. Для (p-состояния), например, по-видимому, могут разместиться три орбиты с углами между ними 120°. Четвёртый электрон выталкивается в следующую оболочку с  Там размещается 5 траекторий с углом между ними 72°. Всвязи с тем, что возможно два направления магнитного момента (или спина), число электронов в каждой оболочке нужно удвоить. И, возможно, наиболее устойчивое состояние движения соответствует движению электронов навстречу друг другу на двух симметричных относительно ядра почти плоских и почти лежащих в одной плоскости втечение одного цикла движения траекториях. И стабилизация этого движения происходит из-за магнитного взаимодействия их диполей во время их сближения.

Таким же способом можно объяснить физику принципа Паули для поведения свободных электронов в металлах или в плазме.

3. Некоторое физическое обоснование принципа М.Грызинского о прецессии спиновой оси при поступательном движении [4].

Пусть электрон движется по оси z со скоростью v слева направо. Будем

считать, что среднее положение спиновой оси направлено по оси y (с учётом прецессии). Обозначим магнитный момент электрона . Из преобразований Лоренца следует, что в неподвижной системе координат у электрона существует электрический дипольный момент ,  [5]. Этот момент направлен по оси x. Преобразования Лоренца для полей:

 , 

 ,   ,   

В системе отсчёта, связанной с электроном, в окрестности электрона существует среднее магнитное поле H, направленное по оси y, обусловленное магнитным моментом (с учётом предполагаемой прецессии).

Поэтому из 3 уравнения получим:

Момент силы, действующий на диполь   и направлен по оси y.

Вследствие этого появляется прецессия электрического дипольного момента, а также и прецессия магнитного момента, прямо связанного с ним. Уравнение движения для момента импульса  

(использовано:  m – масса электрона, e – заряд электрона).

Определим скорость прецессии ω как , т.о.

Приравнивая эту величину значению  используемому М.Грызинским, получим оценку для величины усреднённого магнитного поля H:

ед.CGSM. Здесь постоянная тонкой структуры, классический радиус электрона, величина кулоновского поля электрона на его классической границе.     

4. Покажем, используя уравнение Максвелла, что сила Лоренца   

является следствием действия на электрический заряд q возникающего электрического поля.

Пусть однородное магнитное поле величиной H направлено по оси z, заряженная частица, движущаяся по оси x со скоростью v влетает в это поле в момент времени  Чтобы не усложнять вычисления усреднениями, примем, что поперечная форма частицы представляет собой квадрат со стороной длины a. Время, когда вся частица окажется в поле,  . Уравнение Максвелла:

здесь сделано предположение, что частица вытесняет поле полностью. Полагая,  получим:

      .

Далее частица поворачивается, но принцип рассуждения остаётся прежним.

Если взять в качестве частицы протон, то примем см. При см/с

с. Формула для силы Лоренца справедлива, если магнитное поле не может проникнуть внутрь частицы до времен<τ.  Сила Лоренца, действующая на массивную заряженную частицу, равна сумме элементарных сил, действующих на каждую из составляющих её заряженных частиц.

5. Теперь можно объяснить происхождение взаимодействия двух проводников с током.

Пусть имеем два элемента токов  и  с расстоянием между ними .  и– элементы длины вдоль токов. Элемент тока первого

проводника создаёт в области второго элемента магнитное поле .

Сила Лоренца, действующая на элемент заряда dQ₂, содержащийся в токе dI₂:

,

v₂ – скорость движения заряда Q₂.

Из изложенного можно сделать выводы:

а. На все частицы, имеющие электрический заряд, оказывает непосредственное действие только электрическое поле, независимо от того, движутся они или нет.

б. На магнитные диполи, которые можно представить в виде замкнутых электрических токов, действует электрическое поле, возникающее от изменения внешнего магнитного поля из-за движения электрических зарядов внутри этих диполей.

в. На магнитные диполи, не представимые в виде замкнутых электрических токов, внешнее магнитное поле действует, по-видимому, непосредственно.

6. Рассмотрим модель электрона в виде кольца с внутренним радиусом r₁, внешним радиусом r₂ и толщиной (r₁+r₂)/2 с равномерным распределением массы и заряда.  Его момент импульса равен  здесь ω – угловая скорость вращения кольца. Отсюда скорости движения частиц в кольце:

   .

Если взять размер электрона 10^-20 см, то получится

v~10²⁰ см/с.

Таким образом, на уровне элементарных частиц заканчивается электродинамическое описание. Дальнейшее моделирование возможно, например, на основе теорий эфира [6,7] и т.п.

Рисунок 1. Парагелий                          Рисунок  2. Ортогелий

Рисунок 3. Добавление 3 электрона, начало процесса

Рисунок 4. Добавление 3 электрона, продолжение

Список литературы:

1. Ильич А.А. Некоторые вопросы относительно движения электрона в  атоме водорода и его взаимодействия с излучением и электрическим полем. М., Интернаука, 2019  
2. Ильич А.А. Уточнения и Дополнение 3 к “Некоторым вопросам относительно движения электрона в атоме водорода и его взаимодействия с излучением и электрическим полем” / А.А. Ильич // Химия, физика, биология, математика: теоретические и прикладные исследования: сб. ст. по материалам LV Международной научно-практической конференции «Химия, физика, биология, математика: теоретические и прикладные исследования». – № 12(44). – М., Изд. «Интернаука», 2021
3. Паули В. Общие принципы волновой механики. — М.-Л.: ГИТТЛ, 1947
4. Gryzinski M. International Journal of Theoretical Physics, V.26, No.10, 1987, 967-980
5. Джексон Дж. Классическая электродинамика, 1965, М.: Мир, с.427, задача 11.9
6. Теория эфира Лоренца – Википедия, 22 января 2022
7. В.А.Ацюковский. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. – М.: Энергоатомиздат, 1990