Вектор Умова-Пойнтинга ● 1
Vložit
- čas přidán 12. 10. 2022
- Для описания передачи энергии, локализованной в упругих средах и электромагнитных полях, нужно ввести понятие потока энергии.
Ключевые слова: плотность энергии, поток энергии, поток мощности, вектор Умова-Пойнтинга.
Вектор Умова-Пойнтинга ● 1 • Вектор Умова-Пойнтинга...
Вектор Умова-Пойнтинга ● 2 • Вектор Умова-Пойнтинга...
Вектор Умова-Пойнтинга ● 3 • Вектор Умова-Пойнтинга...
Вектор Умова-Пойнтинга ● 4 • Вектор Умова-Пойнтинга...
Вектор Умова-Пойнтинга ● 5 • Вектор Умова-Пойнтинга...
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
На сжатый стержень действуют две силы с противоположных сторон. Если стержень движется, то одна из этих сил совершает положительную работу, закачивая механическую энергию в стержень, а сила с противоположной стороны совершает такую же по величине, но отрицательную работу, забирая энергию из стержня.
Поток энергии внутри стержня от одного конца к другому должен существовать просто по необходимости - чтобы баланс не был нарушен.
.
Тело струбцины испывает как силы растяжения во внутренних частях, так и меньшие по величине силы сжатия по внешней стороне. Так что в струбцине СОсуществуют два встречных потока энергии, но суммарный поток в ней перегоняет назад пробежавшую по сжатому стержню энергию, и замыкает круг.
Да, замкнутые потоки энергии - наша старая любимая тема :)
Кстати, есть стационарные системы, в которых энергия тоже движется по кругу, но по пути ещё и преобразуясь из одной формы в другую. В частности, по словам "скрытый импульс" можно найти примеры, в которых поток электромагнитной энергии не замнут (интеграл от вектора Пойнтинга ненулевой). В этих системах существуют противоположные потоки энергии неэлектромагнитной природы, замыкающие круг. По таким системам тоже возникает много недопонимания и парадоксов, хорошая тема для роликов.
@@romanparpalak Тема про замыкание потоков с одновременным преобразованием форм энергии, конечно, хорошая. Только вот я слабо представляю, как ее изложить просто, понятно и НАГЛЯДНО.
Все-таки надо иметь в виду, что целевая аудитория - это не студенты физфака, её познания в физике примерно соответствуют уровню средней школы.
@@schetnikov Совершенно согласен.
Хотя и законы Ньютона начитаются со слов про инерциальные системы: "Существуют системы отсчета..." - их просто проходят...
В смысле - просто проходят мимо.
Потому и мозги не тренированы в этом направлении.
@@user-nc3iq2kf5x Вектор Умова-Пойнтинга ВЫВОДИТСЯ как раз на основе закона сохранения энергии.
Остальное, извините, не понял.
Но тогда стержень и струбцина должны нагреваться от кругового движения энергии,просто прекрасно,мы идём вдоль стержня,а он нагреваетс😅
Это же как раз то, о чём говорил Дерек Маллер с канала Veritasium!
Полвека прожил, полтора высших технических образований получил, и наконец-то понял тему вектора Умова-Пойтинга! Браво!
Ч тоже получаю второе высшее в 51 год
Как работающему инженеру с СВЧ было приятно смотреть механическую интерпретацию
Ваш ник напомнил мне программу TopoR. 😅 В чём работаете? В Ансисе?
@@RobotN001
Да, в Electronic Desktop. До того года в HFSS 13.
C топором знаком по универу)
Рассмотрим сжатую трубку как аккумулятор (батарейку), т.е. сгусток энергии. Сначала, я его зарядил (потратил энергию). Дальше я могу его передать кому-то, или передвинуть куда-то. Тем самым создам поток энергии. А дальше тот кто-то может его разрядить (получить от меня энергию), или я могу аккумулятор забрать обратно. Получается что сам факт передачи энергии не обязательно требует совершения работы.
Интереснейшая тема. Я уже давно закончил обучение-в 90-х, работаю с транспортировкой жидкостей и газов. И вот-вы, снова, даете мне возможность включить мозг и стать почти школьником. Предыдущая тема, поразившая меня, приливы. Очень сложный механизм. Спасибо.
Наверное, нужно ещё учесть растягивающие напряжения в струбцине. Замечательный ролик! Отличные механические аналогии!
Тоже так думаю. Струбцина же тоже движется. Направление то же самое, но она растянута. Вот и компенсация.
А вот в примере с роликами растянутая верёвка двигалась, а сжатый стол нет.
опыт с разностью потенциалов можно повторить вешая крокодилы вольтметра на один проводник в незначительно отстоящие точки. величина разноститпотенциалов будет незначительная, однако направление будет определено точно.
А можно токовые клещи накинуть
Хотел тоже написать, но нашел этот комментарий.
Согласен с товарищем свч-инженером. Отличный заход на тему! Тоже впервые механическую аналогию увидел. Негоже нам забывать про гражданина Умова. (так же как и про Остроградского... Да и про Котельникова с Ладыгиным и Поповым...)
А по вопросу с подвохом так понимаю. Для существования вектора Умова-Пойнтинга необходимо, чтобы два параметра принадлежали одному процессу. Веревка натягивается и движется вследствие этого натяжения. А стубцина с пешеходом никак не связаны и друг друга не обуславливают. Это то же самое, что поместить конденсатор с приложенным переменным напряжением в поле постоянного магнита и ожидать, что из него будет излучаться электромагнитная волна. 🙂
Спасибо авторам. Отличное видео, как и многие другие на канале!
Думал, что не дождусь видео на эту тему... благодарю) Качественных визуализаций с объяснениями вектора Умова-Пойтинга в интернете нашёл мало, так что я рад, что хотябы здесь я это увидел (и лучше понял).
Фигасе!:)). Спасибо за труды
Андрей! Это здорово! Спасибо Вам!!!
Очень интересно и познавательно, БлагоДарю Вам 👍☮️🥰
Ждём обсуждения парадоксов 🔥
отличная работа!
Спасибо! Очень интересно. Вспоминается волна поднятая товарищем Дереком на его канале Веритасиум пару лет назад о том, что энергия течет не по проводам. Еще полезная информация об Умове. У нас этот вектор ввели только на лекциях по электричеству и магнетизму, и об механической интерпретации не было речи вообще... Ну, или я что-то пропустил... Хотя экзамен же я не мог пропустить...
Потрясающий канал
По вопросу в конце. Энергия трубке передавалась в момент сжатия. От руки по винту к трубке. Пока она находится в покое, хоть и сжата, энергия в ней накоплена но никуда не передаётся. А кто там куда движется относительно находящейся в покое системы, не имеет значения.
16:10 после отслеживания точки в звуковой волне, данная картина уже заставляет подумать о том, что похожая частица в ЭМ-волне замедляется в уплотнении частиц, и ускоряется в разряжении.
@@SOME_WORDS , есть, но другие, и по-другому. см. КЭД.
можно греть часть проводника. и для постоянного тока будет наблюдаться перенос тепла )
интересно было бы увидеть визуализацию вектора УП во времени и пространстве когда Вы закручивали струбцину, и как она перетекала как в струбцину, так и в зажимаемый стержень (но больше в стержень так как основная энергия осела в нем) )
Кроме потока энергии, есть также поток импульса системы. Поэтому в движущейся системе координат, мы будем наблюдать общий импульс системы, но не будет передачи энергии от одной ее части к другой, так как силы сжатия равны и противоположны по знаку. Надеюсь, я правильно понял сам парадокс, так как он на мой взгляд был сформулирован не очень четко. Но благодарю за интереснейший ролик! И наконец-то я узнал, что сделал Умов!
Это получается, в электрической цепи поток заряженных частиц от источника энергии движется медленнее, но более плотно, а от нагрузки к источнику менее плотно, но быстрее. По аналогии с замкнутым контуром, в которой компрессор гонит к крыльчатке плотный поток газа или жидкости по одной трубе и забирает от неё разряженный поток с другой трубы. Колличество частиц одинаковое, но плотность и скорость разная.
На линии электропередач все по моему отлично работает как и в теории
Поставил на паузу около 2х минут. Просто по виду верёвок говорю - движок слева. Почему? Потому что когда вращалось против часовой, больше болтанки было на нижней верёвке а по часовой колбасит верхнюю. Которую меньше колбасит, та больше натянута, значит она тянет. Отсюда вывод, тяга слева.
Ставлю на паузу на 8 с половиной минут. Рельсы тоже имеют сопротивление. И на них тоже падает напряжение. Пусть немного но падает. Если есть достаточно точный вольтметр, способный измерить напряжение между рельсами с одной и другой стороны и оценить разницу, то та сторона где напряжение выше является источником.
В реальности из за механических несовершенств и упругих колебаний веревки ведомая катушка может в некоторые моменты обгонять ведущую , и натянутые участки веревки будут меняться с верхней на нижнюю. Также ведомая и ведущая катушки будут меняться местами, хотя привод будет оставаться на месте. Нечто подобное происходит при работе эл.динамического громкоговорителя от УНЧ. ПротивоЭДС при нестационарность сигнале может и превышать основной сигнал в некоторые моменты времени.
Быть может энергия в трубке, зажатой в струбцине, переходит в потенциальную? (сжатие материала)
Совершенно верно. В любом заряженом аккомуляторе, в процессе его перетаскивания, существует поток энергии от источника к месту совершения работы.
Кинуть на шины тряпку, смоченную солёной водой. Где хлором завоняет, там минус.
Отличная демонстрация, спасибо! Я на основании ваших примеров буду рассказывать ученикам эту тему. Можно?
конечно нет. у на капитализм. теперь даже про закон Ома, можно рассказывать после оплаты авторских отчислений.
Про трубку все просто. Трубка здесь играет роль накопителя энергии. В точке А в неё "закачивается" энергия за счёт сжатия, на что совершается работа, потом она переносится в точку Б и там она расжимается, отдавая энергию. Перенос энергии был и осуществлялся он по траектории движения, а локализовались она внутри самого стержня. И не важно кто куда движется, это просто принятая система отсчёта.
Собственно то же самое и с растяжением/сжатием каната: какая-то элементарная часть каната напрягается(растягивается), накапливая долю энергии, а какая-то часть ослабляется, не неся в себе энергии. И эти элементарные объемы с накопленной энергией и перемещаются в пространстве.
Ток от минуса к плюсу течет или нет? течел ли воовще. Над проводами передается энергия?
Ток течет от большего потенциала к меньшему .от большей ёмкости потенциала к меньшей ёмкости потенциала . +обозначается "склад " бОльшего объема.
Инерциальные системы отсчета?
Всегда интересовал такой вопрос: а если расположить рядом две линии передачи тока так, чтобы их межпроводные пространства перекрывались, то как две энергии будучи в этом пространстве найдут «свой» потребитель и при этом не запутаются.
Отличный вопрос!!! Действительно, пусть рядом близко друг к другу расположены две одинаковые электрические цепи. Тогда электрическое поле в окрестности проводов увеличилось в 2 раза, и магнитное поле тоже увеличилось в 2 раза, а произведение EH выросло в 4 раза, значит в 4 раза увеличилась величина вектора Умова-Пойнтинга, и по двум расположенным рядом цепям передаётся не в два, а в четыре раза большая энергия. Как разрешить этот парадокс?
Неплохо бы уточнить, что энергия электромагнитного поля распространяется не по проводам, а вдоль проводов. Металлические поверхности (провода, стенки волноводов) служат направляющими для передачи энергии.
15:30 эта схема напоминает луч протонной пушки из кинофильма Охотники за привидениями (:
Ох ТОЭ 3 курс)))
Вопрос , про струбцину и зажатую трубку. В ней энергия заключена в упругом разжатий струпцины и направленна с двух противоположных сторон по равну зажимов ступцин в зажатую трубку .
А вот если бы амплитуды электрического и магнитного полей в бегущей волне менялись не синфазно, а со сдвигом на 90 град., то поток энергии в этом случае был бы постоянным, а не пульсирующим. Так может стоит поменять концепцию?
Спс
Здравствуйте. Пл моим расчетам вектор Умова-Поинтинга для атома водорода который находится в состоянии ионизации Е=217,87 10-20 Дж равен 86,12 10-20 вт/м-2. Можете ли вы подтвердить это, спасибо.
Товарищи, здравствуйте!
На вашей анимации элмагнитной волны отсутствует сдвиг фаз между векторами электрической и магнитной напряженностями. А почему? Объясните, пожалуйста....
@@schetnikov Андрей, спасибо огромное за объяснения, но появилось еще больше вопросов.
Цитата: "Там, где электрическое поле проходит через ноль, оно сильнее всего меняется и во времени, и в пространстве."
В вашем ролике вектор магнитной индукции расположен в плоскости Z, вектор напряженности электрического поля - в плоскости Y, движется электромагнитная волна (ЭМВ) в направлении оси X. Мы знаем, что источником магнитного поля (магнитной компоненты ЭМВ) является движущийся заряд (какой-то элементарный ток). Без этого магнитная компонента не возникнет. Если мы любым способом остановим заряд (сделаем скорость движения в пространстве равной "0"), то магнитное поле исчезнет, "обнулится" (магнитная индукция будет равна 0). А с другой стороны максимальная скорость движения заряда порождает максимальное магнитное поле (т.е. магнитная индукция максимальна). Другими словами: электрический заряд с его скоростью движения является причиной, а магнитное поле с его индукцией является следствием в этой причинно - следственной паре. Если нам удастся выяснить когда же скорость движения заряда максимальна, то мы узнаем когда магнитная индукция максимальна, а когда скорость движения заряда равна "0", тогда же и магнитная индукция равна "0". Давайте попробуем выяснить это. Где-то в пространстве электрическое поле с какой-то исходной напряженностью совершает работу по перемещению заряда. В тот момент, когда электрическое поле проходит через "0" (значит вектор электрической напряженности меняет свое направление на противоположное), заряд движется с максимальной скоростью, т.к. обратное направление вектора напряженности электрического поля начинает тормозить заряд. Т.е., в один и тот же момент времени, в одной и той же точке пространства (на оси Х), когда напряженность электрического поля равна 0, скорость заряда максимальна. Если это верно, то значит элементарный ток максимален и магнитная индукция максимальна. А когда одна величина принимает "0"ое значение, а связанная с ней величина принимает экстремальное (максимальное или минимальное) значение, то говорят о сдвиге фаз между этими величинами. В нашем случае это вектор напряженности электрического поля и вектор индукции магнитного поля. Вектор напряженности электрического поля опережает вектор индукции магнитного поля т.к. занимает причинное место, а вектор индукции магнитного поля занимает следственное место в этой парной связи.
@@schetnikov Я на минутку соглашусь с этим тезисом. И прошу мне подсказать какое явление или физический принцип компенсирует (нейтрализует, обнуляет) этот очевидный сдвиг фаз между векторами электро-магнитной волны. Ведь этот сдвиг объективно существует.(?) Т.е. я пытаюсь наши рассуждения перевести из манеры "удобно - неудобно" к манере "объективно существует - не существует". Ведь мы не можем в исследованиях выбирать удобство в ущерб объективности.
8:49 По падению напряжения между уголками.
У меня вопрос. Если я приложу два магнита поперек обкладок конденсатора, то у меня появится поток э/м поля?
А как это использовать и в каких целях? Вот, например, передача энергии в горизонтальном направлении при подъёме груза на консольно закреплённом стержне... Для расчёта его на прочность необходимо учесть напряженно-деформированное состояние стержня - это изгиб. Для какой задачи требуется учёт переноса энергии вот в этом конкретном случае?
@@schetnikov для прочностного расчёта балки я составляю эпюру изгибающего момента (в поперечной плоскости), вычисляю напряжения от изгибающего момента, и, в зависимости от задачи, выбираю/корректирую параметры сечения, материал, или рассчитываю запас прочности... Для чего в этих расчётах может быть использован учёт переноса энергии? Или для чего вообще это явление необходимо учитывать применительно к прочностному расчету, например? Возможно, я смотрю на проблему с другой стороны...
@@schetnikov Андрей, я сталкивался в своей деятельности с примерами того, как расчеты с использованием инженерных методов дают результаты, ошибочность которых подтверждается позже при испытаниях. Впечатление такое, что инженерные методы дают приемлемые результаты только в некотором диапазоне совокупности условий, а в некоторых единичных - не работают корректно... Вопрос на грани философии и здравого смысла )))
Высокое давление всегда устремляется в сторону низкого давления. Высокое давление источник энергии. Тепло тоже движется в сторону холода. Направление передачи механической энергии тоже движется из зоны высокой энергии в зону с пониженой?
Недавно наблюдал поразивший меня эффект!
У нас течёт небольшая, но быстрая речка. В одном месте мелко и камни торчат над водой. Так вот, несмотря на скорость реки не меньше 5 км/ч, волны образующиеся от камней, неспешно так, барашками, путешествуют к берегу со скоростью 5 см/сек.
Как будто бы и нет никакого течения, а тишь да гладь!
Возможно ли это объяснить сильной упругостью воды?
Ведь звук в воде аж 3000 м/сек шпарит!
Это меня навело на мысль о существовании эфира, в котором распространяются э/м волны. Только эфир этот ещё более малосжимаем, чем вода. В результате эффект удара возбудителем э/м волны даёт отдачу со скоростью 300 000 км/сек.
И выходит, что неважно стоИт ли эфир, подобно квантовому полю, или движется... Мы всё равно наблюдаем наших барашков в виде волн хоть вдоль, хоть поперёк этой эфирной среды!🤔
А что бы это "Электрическое поле СОНАПРАВЛЕНО с направленем эл.тока" тогда как сонаправлено оно с потоком положительных частиц? А если ток в этой схеме - из частиц положительных, а не из элетронов, то и правило буравчика должно поменять знак?
Можно ли заставить вектор Умова почувствовать пролёт сжатой в пружине потенциальной энергии? Например, рассмотреть сжатую пружину как стоячую волну (частиц, или квазичастиц для упрощения), тогда в подвижной СО компоненты стоячей волны уже станут двигаться с разной скоростью, и возникнет не нулевая разница потоков энергии. Не?
можно заметить, что статические механические напряжения в материале можно формально представлять, как наложение упругих волн нулевой частоты, а в движущийся относитльно СО материал увлекает (так или этак, как некий эфир) распростаняющиеся по нему волны и запасы энергии в самом его веществе (если за это вещество можно как-то зацепить его собственную СО и заметить её движение в другой СО)
@@steppeez , нужны и механические напряжения и деформации, ведь пружина запасает энергию в зависимости от величины деформации. Стоячую волну ненулевой частоты в среде частиц можно сжать, получив какое-то подобие изотермического процесса. А с нулевой частотой будут проблемы из-за бесконечных скоростей, как мне кажется.
@@RobotN001 , в макроскопических маштабах жёскость и плотность всех реальных материалов конечна, и скорость упругих волн тоже (при малых интенсивностях скорость упругих волн практически не зависит о их частоты в диапазоне малых частот - линейность и симметрия относительно нуля, но при больших частотах и особенно при гиперзвуковых частотах зависимось фазовой скорости от частоты может бывать существенной)
@@schetnikov , однородное и постоянное во времени поле можно рассматривать-представлять, как результат наложения полей двух плоских волн нулевой частоты и распространяющихся симметрично в разные стороны, т.е. стоячую волну нулевой часты с сумарным нулевым потоком энергии и с ненулевой объёмной плотностю энергии совокупного поля (разве это представление математически противоречиво? или такое представление неуместно в контесте тутошнего разговора?)
@@schetnikov , про людей вообще(стве) можно сказать-заметить(если не секрет): как разные члены социума, разные люди выполняют разные функции в системе человечего социума с теми или иными форусировками-концентрациями внимания и с теми или иными эффективностями получения результатов деятельности при решении задач решателями-исполнителями, оптимизация декомпозиции сложных задач и организация распараллеливания процессов решения задач есть задача правителей
Важным упущенным моментом, на мой взгляд, является ответ на вопрос, как локализована энергия в рассмотренном эксперименте, т.е. вектор Умова-Пойнтинга имеет разную длину вблизи проводников и в центре зазора между ними.
@@schetnikov У любого вектора есть направление и модуль. О потоке (как о направлении движения чего-либо) говорит направление вектора, а о чём тогда говорит его модуль? Под локализацией я имел в виду то, что модуль вектора Пойнтинга не одинаков во всём пространстве между двумя проводниками, в чём можно легко убедиться прямым расчётом. Более того, если говорить про волновой процесс (переменный ток), то усреднённый по времени модуль вектора Пойнтинга совпадёт с понятием интенсивности волны, а это уже энергия, переносимая за единицу времени через единицу площади.
@@schetnikov а если рассмотреть сферу вокруг интересующего объекта, и в каждой точке сферы найти вектор Пойнтинга, то можно сделать вывод о локализации энергии внутри сферы после прохождения каких-то процессов.
@@schetnikov Ну энергия в классике рассматривается от произвольного уровня)
@@schetnikov , если энергия хранится невесть где, то закон её сохранения может казаться подозрительным
17:17 струбцина же растягивается, что компенсирует эффект и обнуляет вектор Умова. А вот какой-нибудь ротор полей векторов Умова влияет ли на что-либо?
не исключено, что постижение самой сути физического вакуума может потребовать сверхумного понимания, а формальное описание явлений и эффектов ещё не есть понимание их сути
@@steppeez сарказм? )
@@steppeez
Я мыслю, значит существую.. Но где это? Когда?
☛ Ведь всё вокруг, всего лишь то, - ЧТО, мы об этом помним-измышляем! ®
но:
Кто Ты Есть, То Ты и видишь...
или:
Мы не Верим в то, что Видим.
Мы Видим то, во что Верим
и
Мы видим не мир, а содержимое своего ума. (Лама Оле Нидал)
@@RobotN001 , в том числе: технические инженеры имеют повадки-манеры "издеваться" над материей, веля ей превтащяться в машины по своему велению, но и строптивая материя тоже может издеваться над инженерами и их проектами (реализации некоторых из которых могут бывать и невозможны без социальной инженерии)
@@RomanVladimirovichF , наблюдатели объектов могут хотеть заниматься и экспериментами (с верой в положительный эффект отражения своей деятельности)
1:25 Можно, нить провисает сверху, снизу натянута - двигатель с права. Смотрю дальше.
Какие такие соображения? Сразу перехожу ко второй части!
Мне кажется, что движение, о котором говорится в законе Умова, следует наблюдать в системе, связанной с предполагаемым источником или приемником энергии. Это относительное движение различных частей связанной механической системы. Наблюдатель в общем случае не является частью такой системы. А в приведённом примере движение рассматривается именно относительно него, но наблюдатель и струбцина со стержнем друг с другом не взаимодействуют, стало быть и обмен энергией между ними невозможен.
Скорость движения трубки относительно точек опоры к которым приложена сила равна нулю, следовательно переноса энергии нет.
Чёт впечатлился.
Да с трубкой все просто: если материал не упругий, то энергия гасит друг друга, полностью уничтожая себя в центре, работу в данном случае осуществляет материя, которая не ломается, поэтому, можно заметить, что температура всей конструкции будет чуть холоднее, чем температура частей, касающихся трубки. Если же материал упругий, то происходит упругое столкновение энергии, и резонанс, который разожмет трубку сильнее, чем она была до сжатия, если убрать механизм.
Пример со струбциной напомнил мне ситуацию с двумя магнитами, которые сдерживаются от сближения какими-то упорами (например, руками). Их можно удерживать вечно, и при этом происходит работа по их удерживанию. Откуда берётся у магнитов энергия притяжения? Не могут же магниты иметь запас бесконечной энергии? Это загадка электромагнетизма или закона сохранения энергии?
А вот меня поразил пример со шкивами и верёвочкой. Если передача близка к идеальной, то есть ремень не проскальзывает, подшипники не подклинивают, то вся энергия от моторчика передаётся на приёмный шкив. А, согласно объяснению, при натяжении возвратной ветви, часть энергии начинает перетекать назад к источнику. Получается, что в системе циркулирует энергия, состоящая из постоянно генерируемой моторчиком плюс энергия разово затраченная на натяжение ремня. И эта вторая не сидит себе на попе ровно, как и полагается потенциальной энергии, а бодренько так шастает.
Конечно будет передаваться и в обратном направлении. У ведомого шкива же есть своя инерция. Остановим ведущий - и ведомый станет источником.
Всегда считал, что в ЭМ волне электрический и магнитный вектор меняются в противофазе. В этом случае энергия электрического поля перекачивается в магнитную и обратно, а плотность энергии никогда не обращается в ноль.
17:28 Не уверен но думаю нужно считать поток энергии на входе в трубку и она статична так что передачи энергии нет есть только сжатие трубки.
15:31 есть ошибка в анимации электромагнитной волны, у вас одновременно исчезает магнитное и электрическое поле, потом они одновременно возникают, получается, что энергия электрического поля периодически исчезает и так же периодически возникает из неоткуда, что противоречит закону сохранения энергии, на самом деле электрическое поле порождает магнитное и наоборот, иначе говоря должен быть сдвиг фаз в 90 градусов между напряженностью электрического поля и магнитной индукции, если Е достигла максимума, то В=0 и наборот, если В максимально, то Е=0
Вы наверное уже десятый человек, кто это написал. Однако вы не правы. Придётся снять ролик на эту тему. Если коротко: вблизи антенны (в ближней зоне) электрическое и магнитное поля действительно сдвинуты по фазе на 90°. Однако вдали от антенны ( в дальней, или волновой зоне) сдвиг по фазе равен нулю. Это происходит из-за того, что поля в дапльней зоне связаны как электромагнитной индукцией (переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле), так и магнитоэлектрической индукцией (переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле).
Объясните, пожалуйста, наглядно в будущих видео, почему для полной передачи энергии переменного тока в электроцепях нужно согласовывать выходное и входное сопротивление.
...не для полной передачи энергии, а для МАКСИМАЛЬНОЙ мощности на нагрузке. Которая равна лишь 50% мощности источника.
И для постоянного тока тоже сопротивления надо согласовывать точно так же.
Идея, в принципе, проста: выходное сопротивление источника (r) и входное нагрузки (R) образуют обычный делитель. Если ЭДС источника взять равной 1 В, получается как-то так:
I = 1/(r+R)
P = I²·R = R/(r+R)²
∂P/∂R = ((r+R)² − R·2(r+R)) / (r+R)⁴ = (r+R−2R) / (R₁+R₂)³ = (r−R)/(r+R)³
Частная производная P по R при R = r переходит через 0 от + к −, значит это максимум мощности.
@@-wx-78- То есть, задача максимизации силы тока при том, что R не имеет смысла делать больше r, так как тогда мощность будет рассеиваться в самом источнике. Анадитически понятно, на эмоциональном житейском уровне пока не принимается
@@salavatishikaev3104 Так что, получается, что КПД сети генератора и потребителя не может быть больше 50%? Не верится!
@@volody314 А что мешает вернуться к матану? 😉
Ток общий, значит по сути КПД равен доле напряжения на нагрузке от ЭДС источника, т. е. отношению сопротивления нагрузки к общему сопротивлению: η = R/(r+R). Как можно было и сразу предположить, η→1 при r→0.
Согласование сопротивлений вообще-то про другое. В усилительном каскаде оно позволяет не расходовать энергию источника питания попусту; для какого-нибудь антенного ВЧ усилителя оно критично чтобы не отражать и так хлипкий сигнал обратно в антенну, например.
Я думаю нужно рассматривать не трубку а молекулы. Они и совершают работу, молекулы с краёв трубки передают энергию в центр трубки. Это упрощённое объяснение но думаю вполне доступное.
Ответ на последний парадокс прост. На трубку действует две силы: со стороны винта и со стороны упора. Они равны по величине и противоположны по направлению. Поэтому в нашей движущейся относительно трубки системе отсчёта одна сила совершает положительную работу, другая - такую же по величине, но отрицательную. В сумме получаем ноль. Т.е. и в движущейся системе переноса энергии нет.
@@schetnikov Это старая добрая лошадь с телегой: система рука-палка-банка не является замкнутой - Земля принимает в движении активное участие. Отсюда и перенос энергии. А струбцина с трубкой пассивны и никакая Земля им не помогает двигаться. Энергии взяться неоткуда.
И, кстати, в опыте с банкой перенос энергии будет осуществляться от экспериментатора "наружу" - в сторону движения банки, и в сторону движения Земли (энергия передается Земле), т.е. в сторону, противоположную движению банки.
Я что-то не понял как узнать в какую сторону течет энергия на примере с электричеством. Мы узнали куда направлены магнитные поля с помощью компаса, это ясно. А откуда мы знаем куда направлено электрическое поле, если бы не знали с какой стороны батарейка?
Энергия циркулирует. Это следует из анализа знаков совершаемых работ частями системы. Задняя часть струбцины совершает положительную работу А=FS по перемещению трубки (так как направления силы F и перемещения S совпадают), значит передает энергию трубке. Аналогично, трубка совершает положительную работу по перемещению передней части струбцины, значит энергия передается туда. Струбцина находится в растянутом состоянии. Судя по направлению силы со стороны передней части струбцины на заднюю и по направлению перемещения, передняя часть струбцины совершает положительную работу по перемещению задней. Круг замкнулся.
А циркуляция остановится, если наблюдатель будет неподвижен?
@@DushkinLev Да. В этом случае все работы А=FS равны нулю, так как равны нулю перемещения S
Но циркуляция подразумевает передачу энергии от одной части системы к другой. Получается, когда мы покоились относительно стрежня, энергия не передавалась, но стоило нам сдвинуться с места, как она пошла по кругу. Что же запустило этот процесс, если мы никак не связаны с системой?
@@DushkinLev Не уверен. Возможно, сила инерции. Когда наблюдатель переходит из неподвижного состояния (относительно струбцины) в равномерное движение, он движется с ускорением. При этом всё вокруг выглядит для ускоряющимся, будто он по прежнему находится в инерциальной СО, а на весь остальной мир действует некая сила. В частности, эта сила приводит к тому, что окружающие объекты приобретают ненулевую кинетическую энергию mv^2/2. Предполагаю, что в каком-то смысле эта сила приводит и к циркуляции энергии в струбцине. Если же встать на точку зрения, что никакой силы инерции нет (она «фиктивна»), то непонятно как ответить на ваш вопрос. Но тогда так же непонятно что приводит к изменению кинетической энергии окружающих объектов. Останется просто сказать, что кин.энергия относительна, как и скорость, как и работа и, видимо, передача энергии.
@@DushkinLev , энергия не является инвариантом 🤣
Замечательно. Но у меня возникли сомненья о том, что энергия передается всегда в одну и ту же сторону, сказанное на 4:13. Развернув устройство для просмотра видеоролика на 180°, передаваемая энергия изменила своё направление, на противоположное.
Для идеального маятника кинетическая и потенциальные энергии меняются по гармоническому закону и сдвинуты на четверть фазы относительно друг друга. Таким образом, процесс колебаний механической систем - это по сути процесс циклической трансформации кинетической энергии в потенциальную, а потенциальной - в кинетическую, при этом суммарная энергия идеального маятника в любой момент времени является константой (без затуханий).
Собственно, логично было бы, на мой взгляд, ожидать чего-то подобного и от электромагнитных колебаний, когда энергия электрического поля трансформируется в энергию поля магнитного, и так далее. Но, судя по графику, представленному в ролике (15:30), для электромагнитной волны все несколько иначе, электрическое и магнитное поле совершают колебания в одной фазе, а суммарная энергия волны также изменяется во времени по гармоническому закону, и не является постоянной. Получается, для электромагнитного излучения закон сохранения энергии не выполняется? В течении цикла суммарная энергия электрического и магнитного поля изменяется от нуля до максимального значения. Мне этот момент не понятен.
Я тут вот что подумал - а что если наряду с материей-антиматерией, существует буравчик-антибуравчик? Может ли быть во вселеной такая материя, что магнитное поле в ней распространяется против правила буравчика? Как тогда взаимодействовали бьы между собой частицы и чем могло бы быть обусловлено такое различие в поведении магнитных полей движущихся зарядов?
1:57 Блин при смене полярности тоже провисает сверху ... и тут я увидел красные провода...
Двигатель слева.
"более слабым" сильное выражение)), сильнее по выразительности разве что "страшно красивая". 😁
Если зажать трубку в струбцине, то в трубке, да и в самой струбцине, накопится определенное количество потенциальной энергии. Если мы будем перемещаться относительно струбцины, то накопленная потенциальная энергия будет перемещаться относительно нас, но это ее перемещение будет относительным. Насколько я понял, в этом ролике идет речь не об относительном перемещении энергии, а об абсолютном ее перемещении. Поэтому, если трубка находится в покое, то относительно рассматриваемой потенциальной энергии необходимо считать, что вектор Умова - Пойнтинга равен нулю.
@@schetnikov Рассмотрим лифт, который движется с ускорением вверх. С точки зрения второго закона Ньютона на лифт действуют сила тяжести и сила натяжения троса, эти силы вызывают движение лифта с ускорением. А если подходить к движению лифта с принципом Даламбера, то на лифт действуют те же сила тяжести и сила натяжения троса, эти силы вместе с силой инерции лифта взаимно уравновешиваются. Разные подходы вызывают разное видение явления. Наверное, чтобы понять излагаемую тут теорию, нужно несколько абстрагироваться от других теорий. Любая теория имеет право на существование. Главное, чтобы она не противоречила сама себе и практике, была стройной.
У меня есть огромные сомнения что ЭМ-волна -- результат одновременного изменения Э и М векторов ... .
Они явно должны "шагать" , сосредотачивая энергию то в одном то в другом поле , собственно самоотражаясь ... ввиду того что изменение каждого из них генерирует переток энергии в другое ... !
Интересно были ли достаточные научные эксперименты в этом направлении чтобы визуализировать это ... .
Справа у ножки красные провода видны! Обманка?
0:50 электродвигатель
Хотя, да, обманка. Надо было мне смотреть чуть дольше.
здравствуйте мистер детектив 🤔 запуск двигателя 4:00 и последующая болтанка верхнего каната показывает, что вы, вероятно, правы.
А не путается ли понятие сила и энергия, если взять качели, это аналог этого эксперимента, где там передается энергия? Дам действуют силы,...как-то так.
Никогда не понимал, как пользоваться правилом буравчика. Всегда для определения магнитного поля я сжимал правую руку в кулак.
На времени 15:30 модель электромагнитной волны. В ней "нули" электрической фазы и магнитной совпадают. Простое соображение, - "во что перетекает энергия, (или в чем находится энергия) в моменты когда и электрическая и магнитная часть одновременно равны нулю?"
Энергия находится в местах, где поля не нулевые. А в узлах полей энергия нулевая, в этих областях энергия полей не трансформируется в другую энергию. Представьте импульс из одного колебания, так что в нем только одна пучность. Тогда энергия распространяется вместе с этой пучностью в пространстве. Волну из многих колебаний можно представить как цепочку из таких единичных колебаний.
@@andreykuznetsov7442 Узлы и пучности это из области стоячих волн. Для этого требуется отраженная волна. А тут - либо модель неполна и не отображает "еще чего-то". Либо она неверна. Так как "по идее" полная энергия волны в любой момент времени должна быть одинакова. Этого легко "добиться", просто сдвинув на Пи/2 магнитную и электрическую составляющую. Но модель этого не показывает.
@@igoraverin Ну, наверно я неправильно использовал термины узел и пучность. Скажем, области с нулевыми и ненулевыми полями. Это не влияет на суть. Нет поля - нет и его энергии.
Думаю, вы не сможете найти где либо подтверждение тому, что энергия должна сохраняться в областях, где поля в конкретный момент нулевые.
А если фазу сдвинуть на пи/2, получится другая волна с другим распределением полей и энергии. Во многом эта новая волна ведёт себя как исходная, поэтому их удобно математически описывать одинаковой комплексной амплитудой, где можно сдвигать фазу как угодно, но по сути вашего исходного замечания эти волны различны - у них поля расположены в разных местах, соответственно, энергия тоже
@@andreykuznetsov7442 Такое распределение (со сдвигом на Pi/2 электрической и магнитной части) по крайней мере сохраняет полную энергию волны в любой момент времени одинаковой. Можно считать, что энергия переходит из магнитной в электрическую и наоборот. А вот куда переходит энергия в случае равенства их нулю в один и тот же момент времени - непонятно. Ответы типа "в других местах, где поля ненулевые" - либо неверны, либо тогда должны быть как-то отражены в модели. Иначе (по данной модели) энергия исчезает в "никуда" или берется "ниоткуда".
@@igoraverin Распространение электромагнитных волн описывается уравнениями Максвелла. Из них получается такое распределение полей, как показали авторы ролика на картинке.
Для энергии электрического и магнитного полей есть формула, согласно которой пространственная плотность энергии определяется только напряженностью эл.поля Е и индукцией м.поля В в каждой конкретной точке в конкретный момент времени.
По этой модели полная энергия волны сохраняется и энергия не исчезает и не берется ниоткуда. Энергия волны локализована в областях, где поля ненулевые и непрерывно перемещается с этими областями из одних мест пространства в другие.
Так что нет противоречий вроде изменения полной энергии волны или появления/исчезновения энергии из ниоткуда - энергия просто буквально перемещается в пространстве.
а если запереть светового "зайца" внутри зеркальной коробки, то коробку можно взвесить на гавитационных весах вместе с "зайцем"
но масса зайца проявится только если их больше одного.
Так, например, суммарная масса двух свободных частиц зависит от угла между их импульсами. В частности, масса системы, состоящей из двух фотонов, обладающих энергией Е каждый, равна нулю, если импульсы фотонов сонаправлены, и равна 2E/c2, если их импульсы направлены в противоположные стороны
@@RobotN001 , вариант проекта эксперимента: двухстоечный пресс удерживает своим давлением-напряжением вогнутые зекала устойчивого оптического резонатора, а световой "заяц" пребывает-обращается в этом оптическом резонаторе, целью эксперимена является прецизионное исследование конфигурации гравитационного поля этого пресса вместе со световым зайцем (бладавшим некоторым энергетически могуществом, внесённым в систему в процессе поимки-запирания в резонатор)
если бы оказалось, что световой пучок бегущих или стоячих ЭМ волн создаёт такое же гравитационное поле, как и сфабрикованный из барионного вещества стержень, то тогда была бы возможна гравитационная самофокусировка пучка, и такой нелинейный эффект самогравитационного вязания светового пучка можно бы было использовать для предотвращения дифракционного распучения светового пучка
@@steppeez отражатели для удерживания таких ЭМ волн вносят такое распучение, что проверить на практике будет сложно. нужны космические масштабы установки.
Уточнение, но не в адрес ролика. ЭМП - это поле взаимодействия с каким-то объектом, поле наблюдения. Не оно передаёт энергию, а то что за ним стоит, что наблюдается с его помощью - материальное поле
Как?! Как привить дочке интерес к физике?
В механике эта передача называется ременной.
2:36 То, что нижняя веревка не натянута означает, что и *по нижней веревке энергия также передается от источника энергии к ее потребителю.*
Никакая энергия не возвращается назад. Также как она не возвращается в генератор электроэнергии при подключении нагрузки. Там, в самом статоре, появляется сила совершающая работу против сил вращающих ротор. Но передачи энергии от потребителя к источнику нет.
Нижняя верёвка может и натянута, но она не растянута, а сжата. Здесь ошибка. Правильно: по обеим верёвкам энергия передается к потребителю. Аналогично передачи по проводам.
Все дело в системе отсчета. Трубка относительно струбцины никуда не движется, следовательно, передачи энергии нет
А зачем нам воображаемые положительные заряды если у нас здесь есть вполне реальные отрицательные (электроны) и ток течёт с минуса на плюс. К чему искусственно всё запутывать?)
а что такое энергия?
@@SOME_WORDS я совершаю работу каждый день, я энергия! :)
не учтена реакция опор. не было бы точек опоры и ... все выводы надо было формулировать заново.
Струбцина передает трубке энергию одинаково с обеих сторон, значит вектор этой энергии направлен перпендикулярно оси винта струбцины
@@schetnikov я бы согласился с Вами, но в условии нет внешней точки опоры, а это означает, что с точки зрения винта он опирается на гайку. которая есть часть неподвижной системы корпуса струбцины. то есть винт совершает работу против сил упругости трубки относительно корпуса. а пятка струбцины, не имея внешней опоры, совершает работу относительно винта. Получается, что два человека. которые имеют общую опору на поверхности планеты. не могут быть здесь аналогией. А поскольку трубка - собственно трубка, то есть полая оболочка, любое усилие вдоль оси этой оболочки вызывает сжатие вдоль оси и расширение поперек. А если трубку взять не пластиковую, а резиновую, то мы четко увидим вздутие трубки строго по середине между пяткой винта и пяткой струбцины, что и укажет на направление передачи энергии.
Хорошо бы дать определение тармину " энергия" и тогда станет понятно, что производится работа а энергия никуда не передается..
а в палец попал буравчик - электрической ток опасен 😁
занятие контрабандой опасно
У меня есть еще один пример. Заряженный плоский конденсатор движется в пространстве перпендикулярно плоскости пластин. Т.е. вдоль линий электрического поля. И очевидно, что он переносит вместе с собой энергию. Т.е. энергия переносится вдоль напряженности электрического поля. Где подвох?
@@schetnikov спасибо!
вектора магнитного и электрического полей дефазированые на 90 градуса, ибо уравнения Максвелла говорят что максимум магнитного вектора наступит при максимальной скорости перемен электрического вектора, значит при переходе электрического вектора через ноль. И наоборот максимум электрического поля будет находится там где магнитное поле меняется с самой большой скоростью, при переходе через ноль.
@@schetnikov хорошо, но объясните пожалуйста как работает антенна, скажем классический пример LC контур, где энергия перетекает из катушки к конденсатору и на оборот. максимум магнитного поля в катушку, это когда напряжение на конденсаторе ноль. А максимум напрежения получиться когда магнитное поле катушки переходит через ноль. Если контур вскрыть, переделать в полуволновой диполь увидим что по оси времени напряжение и магнитное поле тоже идут в дефазацию на 90 градуса.
@@schetnikov Если так, то тогда волноводы не будут работать. Понятия близкой и далёкой зоны придуманные только для формирования фронта волны, а сама сущность от этого не меняется.
Рисунок на 10:38 не совсем верен. Поле нарисовано как в "конденсаторе", но система не в равновесном состоянии. Течёт ток, мощность (тепло в данном случае) выделяется на нагрузке (в сопротивлении). Система в стационарном состоянии и линии электростатического поля будут искривляться дугой, горбом в сторону нагрузки.
Если давить на трубку по резьбе, то упор будет её толкать, трубка станет упираться в противоположный упор и преодолевать силу реакции опоры. Т.е. передавать кинетическую энергию по указанному вектору в пятку зажима. Если пятка крепче трубки, то фактически получим два вектора, сжимащих трубку навстречу. Энергия скопится внутри неё и повысит температуру.
Я так-то не грамотный, объясните, где парадокс?
Вроде все понятно, Но ведь магнитное поле не является физический сущностью - это только математическая абстракция, следствие от неравномерного движения зарядов. Выходит "детским языком" для волны электромагнитной движение зарядов(ток в антенне) Х Функцию(от движения зарядов, магнитное поле) = вектор Пойнтинга , что можно преобразовать как ФункцияБолееСложная (от движения зарядов(ток в антенне)) = вектор Пойнтинга. А это уже какой то абсурд математический - заряды в пространстве вообще не покидают антенну - механическая аналогия веревку просто "полощут" в пространстве, второго ролика нет, а энергия уходит - как такто ? Понятно что где то ошибка в рассужденияях иначе вайфай бы не работал ), но можно ли применять механические аналогии и правила буравчиков всяких к току без зарядов(ток смещения) - его ведь тоже нет это тоже абсолютная абстрактная математика...
А со струбциной как раз все просто: трубка в струбцине это "натянутая веревка" а сама скоба струбцины "растянутая веревка", итого тот же стенд с роликами, и неважно что "веревка" не движется. Перемещая струбцину в пространстве передается энергия через весь предмет целиком и неважно что там внутри предмета двигаются ли там какие то части или вот вот что то внутри лопнет.
Вау
Здесь так по-доброму
1. В опыте когда вы толкаете груз с помощью стержня, система стержень + груз выполняет роль проводника энергии. Энергия вложенная вашей рукой, посредствам стержня передается в конечном счете столу в виде тепловой энергии возникающей при трении груза о стол. Система стержень + груз не является замкнутой, в ней есть точка ввода энергии и точка выхода, а внутреннее устройство системы, в данном случае упругие продольные напряжения, определяет путь передачи энергии вдоль указанного вектора. В конечном итоге можно нарисовать вектор передачи энергии между рукой и столом.
2. Струбцина со зажатым в ней стержнем, движущаяся равномерно без ускорения, является замкнутой системой, не потребляющей и не отдающей энергию. Поток энергии внутри нее возникнет лишь когда к струбцине будет приложена сторонняя сила, придающая ей ускорение, то есть когда система престанет быть замкнутой, и начнет принимать или отдавать энергию извне увеличивая или уменьшая собственную кинетическую энергию.
Когда два шкива с тросом движутся по инерции, система тоже является замкнутой. И что? Внутри замкнутой системы также может быть обмен энергиями. Например - маятник в коробке.
Струбцину, кстати, можно сжать, а потом пустить в равномерное движение без ускорения, при этом энергия (потенциальная) перемещается из одного места в другое.
@@RobotN001 Два шкива с тросом, вращающиеся по инерции, через некоторое время остановятся из-за рассеяния энергии вращения в тепло посредством сил трения. Полная внутренняя энергия такой изолированной системы останется прежней, но изменится ее форма. И вот когда система достигнет полного теплового и механического равновесия вы же не будете утверждать что там внутри идет обмен энергиями?
То же и с маятником в коробке, колебания затухнут и наступит механическое и тепловое равновесие.
Дк вот и со струбциной такая же история, она находится в полном тепловом и механическом равновесии. Внутри нет никаких потоков энергии. Не проводя измерений, то есть не взаимодействуя со струбциной или стержнем, вы не сможете отличить их от любой другой такой же системы с меньшими или большими внутренними напряжениям и внутренней энергией.
Замкнутая система не взаимодействует с внешним миром, значит наблюдатель не может делать выводы о потоках энергии внутри нее. А когда наблюдатель вступит с ней во взаимодействие, затормозит или ускорит ее, то есть передаст ей энергию вот тогда и появится условие для возникновения потока энергии внутри системы.
По моему парадокс и заключается в том что в первом опыте наблюдатель взаимодействовал с системой, передавая ей энергию, которая превращалась в работу по перемещению груза и в тепло трения о стол, откуда был сделан обоснованный вывод о направлении потока энергии.
А во втором опыте наблюдатель никак не взаимодействует с системой и говорить о потоках энергии в ней бессмысленно, иначе любое равномерное движение тела в пространстве можно назвать потоком энергии, а это не так! Мы же не говорим что движение электронов вокруг ядра в атоме это поток энергии, мы просто называем всякое такое внутреннее движение внутренней энергией. Так же и электрический ток в сверхпроводящем замкнутом соленоиде (в сверхпроводящем электромагните), например, не является потоком энергии в том смысле, в котором мы о нем рассуждаем в данных опытах.
@@alexeibaz5511 , насчёт перехода в тепло - это просто распределение кинетической энергии макротела по доступным микрокомпонентам. Если рассматривать атомы, то колебания продолжаться бесконечно, до полного охлаждения Вселенной. А по другим вопросам -- надо подумать.
Много комментариев по поводу синфазности электрической и магнитной компонент э/м волны. Объясню максимально понятно. Электрические и магнитные вектора э/м волны строго ортогональны. Первично переменное электрическое поле - именно оно и является основой э/м волны. Магнитное поле получается чисто геометрическим образом. Представьте э/м волну в объеме, а не как на плоскости. Магнитное поле фактически виртуальное, т.к. оно не связано ни с какими электрическими зарядами - в э/м волне их попросту нет. Надеюсь, теперь понятно? И ещё - энергия э/м волны не переходит из электрического поля в магнитное и наоборот, энергия электрического и магнитного поля пульсирует одновременно, т.е. строго синфазно.
Есть квазичастицы, даешь квазиэнергию.
Здравствуйте, Ваши каналы смотрю с интересом, хотелось бы, чтобы и школьные учителя старались вот так просто и понятно строить свои уроки.
!!!!с благодарностью!!!!
есть вот такой интересный двигатель, ну и хотелось бы Вас попросить прокомментировать его работу, думаю это будет многим интересно.
czcams.com/video/bfARRbUc83k/video.html
в видеоролике