Еще раз о терминологии
Я длительное время по независящим от меня причинам не участвовал в работе форума, и дискуссия по данной теме практически прекратилась. Однако нельзя не заметить, что по количеству ответов она занимает первое место за всю историю форума, а по количеству посещений находится в первой пятерке. Такой большой интерес к теме связан с тем, что здесь обсуждается роль и место математики в современной физике
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/...?num=1221138608 . Конечно, без математики невозможно описание физических процессов. Но неправильная интерпретация математических преобразований и стремление математическим путем выводить физические законы и физические понятия наносит большой вред физике. И в данной теме эти вопросы обсуждаются. Полемика по теме поставила три важных вопроса. Первый касается терминологических ошибок, которые имеют место в современной физике. Два других касаются непонимания тех физических процессов, которые имеют место в проводниках и диэлектриках. Эти вопросы мы и обсудим в последующих сообщениях, первое из которых будет касаться терминологических ошибок в трудах по электродинамике материальных сред.
Для лучшего физического понимания сути таких ошибок рассмотрим процессы, имеющие место в цепях с сосредоточенными параметрами, взяв в качестве примера параллельный резонансный контур, когда индуктивность
![\[L\] \[L\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L\])
, емкость
![\[C\] \[C\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[C\])
и сопротивление
![\[R\] \[R\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[R\])
включены параллельно. Если к такому контуру приложено напряжение
![\[
U(t)
\] \[
U(t)
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
U(t)
\])
, то суммарный ток, текущий через него запишется как
![\[
I_\sum (t) = \frac{1}
{R}U(t) + C\frac{{\partial U(t)}}
{{\partial t}} + \frac{1}
{L}\int {U(t)dt}
\] \[
I_\sum (t) = \frac{1}
{R}U(t) + C\frac{{\partial U(t)}}
{{\partial t}} + \frac{1}
{L}\int {U(t)dt}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
I_\sum (t) = \frac{1}
{R}U(t) + C\frac{{\partial U(t)}}
{{\partial t}} + \frac{1}
{L}\int {U(t)dt}
\])
(1).
Для нахождения тока в соответствии с этим уравнением необходимо знание производной по времени от приложенного напряжения в заданный момент времени, а также интеграла от него в заданный промежуток времени. При этом сам вид зависимости приложенного напряжения от времени особого значения не имеет, приведенная формула верна даже в том случае, когда к контуру приложено постоянное напряжение.
В частном случае, когда к контуру приложено гармоническое напряжение
![\[
U = U_0 \sin \omega t\] \[
U = U_0 \sin \omega t\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
U = U_0 \sin \omega t\])
, соотношение (1) имеет вид:
![\[
I_\sum = \frac{1}
{R}U_0 \sin \omega t + \omega CU_0 \cos \omega t - \frac{1}
{{\omega L}}\cos \omega t
\] \[
I_\sum = \frac{1}
{R}U_0 \sin \omega t + \omega CU_0 \cos \omega t - \frac{1}
{{\omega L}}\cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
I_\sum = \frac{1}
{R}U_0 \sin \omega t + \omega CU_0 \cos \omega t - \frac{1}
{{\omega L}}\cos \omega t
\])
(2)
или
![\[
I_\sum = \frac{1}
{R}U_0 \sin \omega t + \left( {\omega C - \frac{1}
{{\omega L}}} \right)U_0 \cos \omega t
\] \[
I_\sum = \frac{1}
{R}U_0 \sin \omega t + \left( {\omega C - \frac{1}
{{\omega L}}} \right)U_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
I_\sum = \frac{1}
{R}U_0 \sin \omega t + \left( {\omega C - \frac{1}
{{\omega L}}} \right)U_0 \cos \omega t
\])
(3)
Величину
![\[
\sigma _R = \frac{1}
{R}
\] \[
\sigma _R = \frac{1}
{R}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\sigma _R = \frac{1}
{R}
\])
(4)
называют активной проводимостью контура, а величину
![\[
\sigma _X = \omega C - \frac{1}
{{\omega L}}
\] \[
\sigma _X = \omega C - \frac{1}
{{\omega L}}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\sigma _X = \omega C - \frac{1}
{{\omega L}}
\])
(5)
его реактивной проводимостью. Отметим, что понятие реактивная проводимость является вполне официальным термином, используемым для описания цепей, содержащих реактивные элементы
http://dvoika.net/education/Golubev/lecture04.htm .
Из соотношения (2) видно, что резистивный ток, текущий через сопротивление синфазен приложенному напряжению, в то время как ток, текущий через емкость опережает по фазе приложенное напряжение на
![\[
\frac{\pi }
{2}
\] \[
\frac{\pi }
{2}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\frac{\pi }
{2}
\])
, а ток, текущий через индуктивность, на столько же отстает от него.
Из соотношения (5) видно, что при заданных значениях индуктивности и емкости при определенном значении частоты реактивная проводимость становится равной нулю. В этой точке имеет место резонанс, а частота, при которой это происходит, называется резонансной и определяется из соотношения
![\[
\omega _0 = \frac{1}
{{\sqrt {LC} }}
\] \[
\omega _0 = \frac{1}
{{\sqrt {LC} }}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\omega _0 = \frac{1}
{{\sqrt {LC} }}
\])
(6)
С учетом этого соотношения реактивная проводимость можно записать следующим образом:
![\[
\sigma _X = \omega C\left( {1 - \frac{{\omega _0 ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\] \[
\sigma _X = \omega C\left( {1 - \frac{{\omega _0 ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\sigma _X = \omega C\left( {1 - \frac{{\omega _0 ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\])
(7)
Такая запись свидетельствует о том, что с математической точки зрения параллельный резонансный контур может быть замещен эквивлентной схемой зависящей от частоты емкости
![\[
C^ * (\omega ) = C\left( {1 - \frac{{\omega _0 ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\] \[
C^ * (\omega ) = C\left( {1 - \frac{{\omega _0 ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C^ * (\omega ) = C\left( {1 - \frac{{\omega _0 ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\])
(8)
Соотношение (7) можно переписать и по-другому
![\[
\sigma _X = - \frac{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _0^2 }} - 1} \right)}}
{{\omega L}}
\] \[
\sigma _X = - \frac{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _0^2 }} - 1} \right)}}
{{\omega L}}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\sigma _X = - \frac{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _0^2 }} - 1} \right)}}
{{\omega L}}
\])
, (9)
и считать, что рассматриваемая цепь вообще не имеет емкости, а состоит только из частотозависимой индуктивности
![\[
L*(\omega ) = \frac{L}
{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _0^2 }} - 1} \right)}}
\] \[
L*(\omega ) = \frac{L}
{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _0^2 }} - 1} \right)}}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
L*(\omega ) = \frac{L}
{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _0^2 }} - 1} \right)}}
\])
. (10)
Используя соотношение (3), а также (8) и (10) запишем
![\[
I_X = \omega C*(\omega )_{} U_0 \cos \omega t
\] \[
I_X = \omega C*(\omega )_{} U_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
I_X = \omega C*(\omega )_{} U_0 \cos \omega t
\])
, (11)
или
![\[
I_X = - \frac{1}
{{\omega L*(\omega )}}_{} U_0 \cos \omega t
\] \[
I_X = - \frac{1}
{{\omega L*(\omega )}}_{} U_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
I_X = - \frac{1}
{{\omega L*(\omega )}}_{} U_0 \cos \omega t
\])
. (12)
Соотношения (11) и (12) совершенно эквивалентны, и по отдельности математически полностью характеризуют рассмотренную цепь. Но с физической точки зрения ни
![\[
C*(\omega )
\] \[
C*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C*(\omega )
\])
, ни
![\[
L*(\omega )
\] \[
L*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
L*(\omega )
\])
емкостью и индуктивностью не являются, хотя и имеют ту же размерность. Физический смысл их названий заключается в следующем:
![\[
C*(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\] \[
C*(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C*(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\])
, (13)
т.е.
![\[
C*(\omega )
\] \[
C*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C*(\omega )
\])
представляет суммарную реактивную проводимость данной цепи, деленную на частоту, а
![\[
L*(\omega ) = \frac{1}
{{\omega \sigma _X }}
\] \[
L*(\omega ) = \frac{1}
{{\omega \sigma _X }}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
L*(\omega ) = \frac{1}
{{\omega \sigma _X }}
\])
(14)
представляет обратную величину произведения суммарной реактивной проводимости на частоту. Величина
![\[
C*(\omega )
\] \[
C*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C*(\omega )
\])
математически сконструирована таким образом, что в нее одновременно входит и
![\[C\] \[C\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[C\])
, и
![\[L\] \[L\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L\])
. То же относится и к
![\[
L*(\omega )
\] \[
L*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
L*(\omega )
\])
.
Мы не будем рассматривать другие примеры, например, последовательный контур или более сложные цепи. Заметим лишь, что, пользуясь рассмотренным методом любую цепь, состоящую из реактивных элементов
![\[C\] \[C\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[C\])
и
![\[L\] \[L\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L\])
, можно представить как частотозависимую индуктивность или емкость. Однако это будет лишь способ математического описания реально существующих цепей с постоянными величинами реактивных элементов.
Хорошо известно, что энергия, запасаемая в емкости и индуктивности, определяется из соотношений
![\[
W_C = \frac{1}
{2}CU^2
\] \[
W_C = \frac{1}
{2}CU^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
W_C = \frac{1}
{2}CU^2
\])
, (15)
![\[
W_L = \frac{1}
{2}LI^2
\] \[
W_L = \frac{1}
{2}LI^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
W_L = \frac{1}
{2}LI^2
\])
. (16)
Но каким образом следует поступать, если в нашем распоряжении имеются
![\[
C*(\omega )
\] \[
C*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C*(\omega )
\])
и
![\[
L*(\omega )
\] \[
L*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
L*(\omega )
\])
? Конечно, вставлять эти соотношения в формулы (15) и (16) нельзя уже хотя бы потому, что эти величины могут быть как положительными, так и отрицательными. Но все же, если для этих целей пользоваться указанными параметрами, то нетрудно показать, что суммарная энергия, накопленная в рассмотренной цепи, определяется выражением
![\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\sigma _X }}
{{d\omega }}_{} U^2
\]
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\sigma _X }}
{{d\omega }}_{} U^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\sigma _X }}
{{d\omega }}_{} U^2
\])
(17)
или
![\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left[ {\omega C*(\omega )} \right]}}
{{d\omega }}_{} U^2
\]
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left[ {\omega C*(\omega )} \right]}}
{{d\omega }}_{} U^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left[ {\omega C*(\omega )} \right]}}
{{d\omega }}_{} U^2
\])
, (18)
или
![\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left( {\frac{1}
{{\omega L*(\omega )}}} \right)}}
{{d\omega }}_{} U^2
\]
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left( {\frac{1}
{{\omega L*(\omega )}}} \right)}}
{{d\omega }}_{} U^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left( {\frac{1}
{{\omega L*(\omega )}}} \right)}}
{{d\omega }}_{} U^2
\])
. (19)
Если мы распишем уравнения (17-19), то получим одинаковый результат, а именно:
![\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}CU^2 + \frac{1}
{2}LI^2 ,
\]
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}CU^2 + \frac{1}
{2}LI^2 ,
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}CU^2 + \frac{1}
{2}LI^2 ,
\])
(20)
где
![\[U\] \[U\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[U\])
- есть величина напряжения на емкости, а
![\[I\] \[I\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[I\])
- ток, текущий через индуктивность.
Из приведенного рассмотрения очевидным является то, что такие математические конструкции как
![\[
C*(\omega )
\] \[
C*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
C*(\omega )
\])
и
![\[
L*(\omega )
\]
\[
L*(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L*(\omega )
\])
с физической точки зрения ничего общего с понятиями емкости и индуктивности не имеют, а те кто будет пытаться их так называть будут совершать физическую ошибку. Представьте себе преподавателя, который студентам радиотехнической специальности пытается доказать, что существует только емкость, зависящая от частоты, а индуктивности и в природе нет.
Теперь вернемся к понятию зависящей от частоты диэлектрической проницаемости, которая вводится во всех без исключения работах по электродинамике плазмы и будем следовать работе Арцимович Л. А. Что каждый физик должен знать о плазме. М.: Атомиздат, 1976, в которой для описания разреженной бесстолкновительной плазмы уравнение движения электронов в ней записывается следующим образом:
![\[
m\frac{{d\vec v}}
{{dt}} = e\vec E
\]
\[
m\frac{{d\vec v}}
{{dt}} = e\vec E
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
m\frac{{d\vec v}}
{{dt}} = e\vec E
\])
, (21)
где
![\[m\] \[m\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[m\])
и
![\[e\] \[e\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[e\])
- масса и заряд электрона,
![\[\vec E\] \[\vec E\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec E\])
- напряженность электрического поля,
![\[\vec v\] \[\vec v\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec v\])
- скорость движения заряда.
Учитывая, что плотность тока
![\[
\vec j = ne\vec v,
\]
\[
\vec j = ne\vec v,
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec j = ne\vec v,
\])
(22)
из (21) получаем
![\[
\vec j_L = \frac{{ne^2 }}
{m}\int {\vec E_{} dt}
\]
\[
\vec j_L = \frac{{ne^2 }}
{m}\int {\vec E_{} dt}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec j_L = \frac{{ne^2 }}
{m}\int {\vec E_{} dt}
\])
. (23)
В соотношении (22) и (23) величина
![\[n\] \[n\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[n\])
определяет удельную плотность зарядов. Введя обозначение
![\[
L_k = \frac{m}
{{ne^2 }}
\]
\[
L_k = \frac{m}
{{ne^2 }}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k = \frac{m}
{{ne^2 }}
\])
, (24)
запишем
![\[
\vec j_L = \frac{1}
{{L_k }}\int {\vec E_{} dt}
\]
\[
\vec j_L = \frac{1}
{{L_k }}\int {\vec E_{} dt}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec j_L = \frac{1}
{{L_k }}\int {\vec E_{} dt}
\])
. (25)
В данном случае величина
![\[L_k \] \[L_k \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L_k \])
представляет удельную кинетическую индуктивность среды . Ее существование связано с тем, что заряд, имея массу, обладает инерционными свойствами.
Для случая гармонических полей
![\[\vec E = \vec E_0 \sin \omega t\] \[\vec E = \vec E_0 \sin \omega t\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec E = \vec E_0 \sin \omega t\])
, и соотношение (25) запишется
![\[
\vec j_L = - \frac{1}
{{\omega L_k }}\vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
\vec j_L = - \frac{1}
{{\omega L_k }}\vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec j_L = - \frac{1}
{{\omega L_k }}\vec E_0 \cos \omega t
\])
. (26)
Соотношения (25) и (26) показывают, что ток
![\[\vec j_L \] \[\vec j_L \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec j_L \])
представляет из себя индуктивный ток.
Уравнения Максвелла для этого случая имеют вид:
![\[
rot_{} \vec H = \vec j_\sum = \vec j_C + \vec j_L = \varepsilon _0 \frac{{\partial _{} \vec E}}
{{\partial _{} t}} + \frac{1}
{{L_k }}\int {\vec E_{} dt} ,
\]
\[
rot_{} \vec H = \vec j_\sum = \vec j_C + \vec j_L = \varepsilon _0 \frac{{\partial _{} \vec E}}
{{\partial _{} t}} + \frac{1}
{{L_k }}\int {\vec E_{} dt} ,
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
rot_{} \vec H = \vec j_\sum = \vec j_C + \vec j_L = \varepsilon _0 \frac{{\partial _{} \vec E}}
{{\partial _{} t}} + \frac{1}
{{L_k }}\int {\vec E_{} dt} ,
\])
(27)
где
![\[
\varepsilon _0
\] \[
\varepsilon _0
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\varepsilon _0
\])
и
![\[
\mu _0
\] \[
\mu _0
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[
\mu _0
\])
- диэлектрическая и магнитная проницаемость вакуума, а величины
![\[\vec j_C \] \[\vec j_C \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec j_C \])
и
![\[\vec j_L \] \[\vec j_L \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec j_L \])
представляют соответственно ток смещения и проводимости. Как мы уже показали, ток проводимости носит индуктивный характер. Из (27) получаем
![\[
rot_{} rot_{} \vec H + \mu _0 \varepsilon _0 \frac{{\partial ^2 \vec H}}
{{\partial _{} t^2 }} + \frac{{\mu _0 }}
{{L_k }}\vec H = 0
\]
\[
rot_{} rot_{} \vec H + \mu _0 \varepsilon _0 \frac{{\partial ^2 \vec H}}
{{\partial _{} t^2 }} + \frac{{\mu _0 }}
{{L_k }}\vec H = 0
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
rot_{} rot_{} \vec H + \mu _0 \varepsilon _0 \frac{{\partial ^2 \vec H}}
{{\partial _{} t^2 }} + \frac{{\mu _0 }}
{{L_k }}\vec H = 0
\])
. (28)
Для случая полей, не зависящих от времени, уравнение (28) переходит в уравнение Лондонов
![\[
rot_{} rot_{} \vec H + \frac{{\mu _0 }}
{{L_k }}\vec H = 0
\]
\[
rot_{} rot_{} \vec H + \frac{{\mu _0 }}
{{L_k }}\vec H = 0
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
rot_{} rot_{} \vec H + \frac{{\mu _0 }}
{{L_k }}\vec H = 0
\])
, (29)
где
![\[\lambda _L ^2 = \frac{{L_k }}
{{\mu _0 }}\] \[\lambda _L ^2 = \frac{{L_k }}
{{\mu _0 }}\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\lambda _L ^2 = \frac{{L_k }}
{{\mu _0 }}\])
- лондоновская глубина проникновения.
Из соотношения (27) легко видеть, что ни диэлектрическая, ни магнитная проницаемости рассмотренной плазмы от частоты не зависит, а равны диэлектрической и магнитной проницаемости вакуума. Кроме того, такую плазму характеризует еще один фундаментальный материальный параметр - удельная кинетическая индуктивность.
Соотношения (27) верны как для постоянных, так и для переменных полей. Для случая гармонических полей
![\[\vec E = \vec E_0 \sin \omega t\] \[\vec E = \vec E_0 \sin \omega t\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\vec E = \vec E_0 \sin \omega t\])
из (27) получаем
![\[
rot_{} \vec H = \left( {\varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{L_{k_{} } \omega }}} \right)\vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
rot_{} \vec H = \left( {\varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{L_{k_{} } \omega }}} \right)\vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
rot_{} \vec H = \left( {\varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{L_{k_{} } \omega }}} \right)\vec E_0 \cos \omega t
\])
. (30)
Обозначив величину, стоящую в скобках, как удельную реактивную проводимость плазмы
![\[\sigma _X \] \[\sigma _X \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\sigma _X \])
, запишем
![\[
rot_{} \vec H = \sigma _{X_{} } \vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
rot_{} \vec H = \sigma _{X_{} } \vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
rot_{} \vec H = \sigma _{X_{} } \vec E_0 \cos \omega t
\])
, (31)
где
![\[
\sigma _X = \varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{\omega L_k }} = \varepsilon _0 \omega \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right) = \omega \varepsilon *(\omega )
\]
\[
\sigma _X = \varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{\omega L_k }} = \varepsilon _0 \omega \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right) = \omega \varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\sigma _X = \varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{\omega L_k }} = \varepsilon _0 \omega \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right) = \omega \varepsilon *(\omega )
\])
, (32)
![\[
\varepsilon *(\omega ) = \varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\]
\[
\varepsilon *(\omega ) = \varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega ) = \varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)
\])
, (33)
где
![\[
\omega _\rho ^2 = \frac{1}
{{\varepsilon _0 L_k }}
\]
\[
\omega _\rho ^2 = \frac{1}
{{\varepsilon _0 L_k }}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\omega _\rho ^2 = \frac{1}
{{\varepsilon _0 L_k }}
\])
(34)
плазменная частота.
Теперь соотношение (31) можно переписать как
![\[
\vec J_\sum = \omega \varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
\vec J_\sum = \omega \varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec J_\sum = \omega \varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _\rho ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right)_{} \vec E_0 \cos \omega t
\])
, (35)
или
![\[
\vec J_\sum = \omega \varepsilon *(\omega )_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
\vec J_\sum = \omega \varepsilon *(\omega )_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec J_\sum = \omega \varepsilon *(\omega )_{} \vec E_0 \cos \omega t
\])
. (36)
Величину
![\[
\varepsilon *(\omega )
\]
\[
\varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega )
\])
принято называть зависящей от частоты диэлектрической проницаемостью плазмы. В действительности же эта величина включает в себя одновременно диэлектрическую проницаемость вакуума и удельную кинетическую индуктивность плазмы и определяется соотношением
![\[
\varepsilon *(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\]
\[
\varepsilon *(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\])
. (37)
Очевидно, что
![\[\sigma _X \] \[\sigma _X \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\sigma _X \])
может быть записана и по другому:
![\[
\sigma _X = \varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{\omega L_k }} = \frac{1}
{{\omega L_k }}\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _\rho ^2 }} - 1} \right) = \frac{1}
{{\omega L_k *}},
\]
\[
\sigma _X = \varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{\omega L_k }} = \frac{1}
{{\omega L_k }}\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _\rho ^2 }} - 1} \right) = \frac{1}
{{\omega L_k *}},
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\sigma _X = \varepsilon _0 \omega - \frac{1}
{{\omega L_k }} = \frac{1}
{{\omega L_k }}\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _\rho ^2 }} - 1} \right) = \frac{1}
{{\omega L_k *}},
\])
(38)
где
![\[
L_k *(\omega ) = \frac{{L_k }}
{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _\rho ^2 }} - 1} \right)}} = \frac{1}
{{\sigma _X \omega }}
\]
\[
L_k *(\omega ) = \frac{{L_k }}
{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _\rho ^2 }} - 1} \right)}} = \frac{1}
{{\sigma _X \omega }}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega ) = \frac{{L_k }}
{{\left( {\frac{{\omega ^2 }}
{{\omega _\rho ^2 }} - 1} \right)}} = \frac{1}
{{\sigma _X \omega }}
\])
. (39)
Записанная таким образом
![\[
L_k *(\omega )
\]
\[
L_k *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega )
\])
также включает в себя и
![\[\varepsilon _0 \] \[\varepsilon _0 \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\varepsilon _0 \])
и
![\[L_k \] \[L_k \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L_k \])
. Соотношения (32) и (38) эквивалентны и мы с одинаковым успехом можем утверждать, что плазма характеризуется не частотозависимой диэлектрической проницаемостью
![\[
\varepsilon *(\omega )
\]
\[
\varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega )
\])
, а частотозависимой кинетической индуктивностью
![\[
L_k *(\omega )
\]
\[
L_k *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega )
\])
.
С использованием параметров
![\[
\varepsilon *(\omega )
\]
\[
\varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega )
\])
и
![\[
L_k *(\omega )
\]
\[
L_k *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega )
\])
уравнение (31) можно записать
![\[
\vec j_\sum = \omega \varepsilon *(\omega )_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
\vec j_\sum = \omega \varepsilon *(\omega )_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec j_\sum = \omega \varepsilon *(\omega )_{} \vec E_0 \cos \omega t
\])
(40)
Или
![\[
\vec j_\sum = \frac{1}
{{\omega L_k *(\omega )}}_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]
\[
\vec j_\sum = \frac{1}
{{\omega L_k *(\omega )}}_{} \vec E_0 \cos \omega t
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\vec j_\sum = \frac{1}
{{\omega L_k *(\omega )}}_{} \vec E_0 \cos \omega t
\])
. (41)
Записи (40) и (41) также эквивалентны.
Таким образом, параметр
![\[
\varepsilon *(\omega )
\]
\[
\varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega )
\])
не является диэлектрической проницаемостью, хотя и имеет ее размерность. То же относится и к
![\[
L_k *(\omega )
\]
\[
L_k *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega )
\])
. Легко видеть, что
![\[
\varepsilon *(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\]
\[
\varepsilon *(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega ) = \frac{{\sigma _X }}
{\omega }
\])
, (42)
![\[
L_k *(\omega ) = \frac{1}
{{\sigma _X \omega }}
\]
\[
L_k *(\omega ) = \frac{1}
{{\sigma _X \omega }}
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega ) = \frac{1}
{{\sigma _X \omega }}
\])
. (43)
Эти соотношения и определяют физический смысл параметров
![\[
\varepsilon *(\omega )
\]
\[
\varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega )
\])
и
![\[
L_k *(\omega )
\]
\[
L_k *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega )
\])
.
Конечно, пользоваться
![\[
\varepsilon *(\omega )
\]
\[
\varepsilon *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon *(\omega )
\])
и
![\[
L_k *(\omega )
\]
\[
L_k *(\omega )
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
L_k *(\omega )
\])
для нахождения энергии по формулам
![\[
W_E = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2
\]
\[
W_E = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_E = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2
\])
(44)
![\[
W_j = \frac{1}
{2}L_k j_0^2
\]
\[
W_j = \frac{1}
{2}L_k j_0^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_j = \frac{1}
{2}L_k j_0^2
\])
(45)
нельзя. Поэтому Ландау (Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М: Физматгиз, 1973.- 454 с.) и была получена формула типа соотношения (18), а именно :
![\[
W = \frac{1}
{2} \cdot \frac{{d\left( {\omega \varepsilon *(\omega )} \right)}}
{{d\omega }}E_0^2
\]
\[
W = \frac{1}
{2} \cdot \frac{{d\left( {\omega \varepsilon *(\omega )} \right)}}
{{d\omega }}E_0^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W = \frac{1}
{2} \cdot \frac{{d\left( {\omega \varepsilon *(\omega )} \right)}}
{{d\omega }}E_0^2
\])
. (46)
Из соотношения (46) получим
![\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2 + \frac{1}
{2}_{} \frac{1}
{{\omega ^2 L_k }}_{} E_0^2 = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2 + \frac{1}
{2}L_k j_0^2
\]
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2 + \frac{1}
{2}_{} \frac{1}
{{\omega ^2 L_k }}_{} E_0^2 = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2 + \frac{1}
{2}L_k j_0^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W_\Sigma = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2 + \frac{1}
{2}_{} \frac{1}
{{\omega ^2 L_k }}_{} E_0^2 = \frac{1}
{2}\varepsilon _0 E_0^2 + \frac{1}
{2}L_k j_0^2
\])
. (47)
И мы видим, что энергия в данном случае заключена в электрическом поле и в кинетическом движении носителей тока.
Тот же результат получаем, воспользовавшись формулой
![\[
W = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left[ {\frac{1}
{{\omega L_k *(\omega )}}} \right]}}
{{d\omega }}_{} E_0^2
\]
\[
W = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left[ {\frac{1}
{{\omega L_k *(\omega )}}} \right]}}
{{d\omega }}_{} E_0^2
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
W = \frac{1}
{2}_{} \frac{{d\left[ {\frac{1}
{{\omega L_k *(\omega )}}} \right]}}
{{d\omega }}_{} E_0^2
\])
. (48)
Как и в случае параллельного контура, аналогично
![\[C^ * (\omega ) \] \[C^ * (\omega ) \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[C^ * (\omega ) \])
и
![\[L^ * (\omega ) \] \[L^ * (\omega ) \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L^ * (\omega ) \])
величины
![\[\varepsilon ^ * (\omega ) \] \[\varepsilon ^ * (\omega ) \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\varepsilon ^ * (\omega ) \])
и
![\[L_k ^ * (\omega ) \] \[L_k ^ * (\omega ) \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[L_k ^ * (\omega ) \])
по отдельности полностью характеризуют электродинамические свойства плазмы.
Теперь обсудим ту терминологическую ошибку, которая допущена во всех трудах по электродинамике материальных сред, которая касается
![\[\varepsilon ^ * (\omega ) \] \[\varepsilon ^ * (\omega ) \]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=\[\varepsilon ^ * (\omega ) \])
. Эта величина названа в этих работах зависящей от частоты диспергирующей диэлектрической проницаемостью плазмы (ДДПП). Правильно ли это, поскольку у этого параметра имеется вполне официальное физическое название, а именно, это реактивная проводимость плазмы, деленная на частоту. Конечно этого делать нельзя, т.к. в таком случае мы становимся на позицию того преподавателя, который хочет доказать, что в природе не существует такого понятия как индуктивность. Почему вреден такой подход? Во-первых, мы имеем дело с присвоением уже имеющейся физической величине другого метафизического (не соответствующего действительности) названия, которое не соответствует ее физическому значению. Во-вторых, мы сопоставляем этот параметр с уже известным физическим понятием, которое к данной величине никакого отношения не имеет. Это приводит к тому, что все начинают думать, что диэлектрическая проницаемость действительно может зависеть от частоты, и несколько поколений физиков действительно воспитаны на основе такого метафизического подхода. И оказывается, что переубедить их в неправомочности такого подхода очень трудно. Более того, поскольку диэлектрическая проницаемость это вполне определенное понятие, касающееся физики диэлектриков, то они эти свои убеждения начинают переносить и на диэлектрики, что как показано в заключительной восьмой лекции тоже неверно. Многие не понимают того, что такие представления о зависимости диэлектрической проницаемости диэлектриков от частоты это путь к признанию возможности создания вечного двигателя. Вот к чему может привести казалось бы безобидная терминологическая ошибка. И очень досадно, что ее совершили такие признанные авторитеты, как Друде, Хевисайд, Ландау, Гинзбург и многие другие. Конечно, спорить с такими авторитетами очень трудно, более того, если к науке в данном случае примешивается еще и политика.
Но в науке на первом месте должна стоять истина, а не политика или религиозное преклонение перед святыми. Поэтому я и ставлю этот вопрос
http://fmnauka.narod.ru/link2.html http://fmnauka.narod.ru/link3.html http://arxiv.org/abs/physics/0402084 http://fmnauka.narod.ru/qwertry/landau.html http://fmnauka.narod.ru/asd/asd.html http://fmnauka.narod.ru/4/ve4.html и считай данное обстоятельство величайшим заблуждением физики нашего времени
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/...=1224840601/0#0 . Нельзя также не отметить, что брошенные семена уже начали прорастать, и у меня появились сторонники, которые в полной мере понимают пагубность сложившейся ситуации
http://sceptic-ratio.narod.ru/po/pn-8.htm и это движение будет шириться, вне зависимости от того, хотят этого или нет политические менеджеры от науки.
Одной из важных задач преподавательского корпуса в процессе обучения разъяснять студентам сложившуюся ситуацию. А при издании новых трудов, касающихся этого вопроса, не допускать подобных оплошностей. При переиздании же уже имеющихся монографий в них должны быть соответствующие редакционные разъяснения.
И в заключение этого сообщения хочу участникам обсуждения темы задать три вопроса:
1. Считаете ли вы правильным тот факт, что физическому параметру
![\[
\varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _p ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right) = \frac{{\sigma _x }}
{\omega }
\]
\[
\varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _p ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right) = \frac{{\sigma _x }}
{\omega }
\]](http://www.dubinushka.ru/form/formact.php?math=
\[
\varepsilon _0 \left( {1 - \frac{{\omega _p ^2 }}
{{\omega ^2 }}} \right) = \frac{{\sigma _x }}
{\omega }
\])
, который уже имеет свое физическое название (реактивная проводимость, деленная на частоту) присвоено другое название (зависящая от частоты диэлектрическая проницаемость), несоответствующее его физическому смыслу?
2. Следует ли и в дальнейшем пользоваться уже принятым названием?
3. Нужно ли при переиздании фундаментальных трудов, в которых уже используется этот термин, сделать разъяснения по поводу его физического смысла?