Теорема Мотовилова

Материал из Большой Форум

Перейти к: навигация, поиск
Дмитрий Николаевич Мотовилов
Дата рождения:

4 декабря 1946 г.

Место рождения:

г. Пенза

Гражданство:

Флаг России

Научная сфера:

электродинамика, электротехника, энергофизика

Место работы:

Интернет, международный эксперт (Энергофизика, Новая цивилизация, Право)

Альма-матер:

Пензенский Завод-ВТУЗ, Аспирантура ВЭИ им. Ленина

Научный руководитель:

чл.кор. Владимир Николаевич Лисин

Знаменитые ученики:

Кедров, Забелин, Денисов, Лаверов, Трапезников, Моин, Чобанян, Полесских

Награды и премии


Серебряная медаль м/народн.

Салона новаций, Женева-96

- Медаль Человек года 2007

- Медаль Славы

Содержание

Фундаментальные предпосылки новации

Уравнениями Максвелла в самом общем представлении принято называть исторически сложившуюся в работах различных учёных группу из пяти дифференциальных уравнений, четыре из которых в выделенном применении связывают значения напряжённостей Е и Н электромагнитного (ЭМ) поля в одной точке и носят такое же название, а пятое представляет собой баланс потоков ЭМ энергии через замкнутую поверхность и носит название "Теорема Умова-Пойнтинга". Такая система уравнений составляет фундаментальную математическую группу, считающуюся необходимой и достаточной для вывода всех основных законов, представлений и правил расчёта электротехники в целом.

Тем не менее, вплоть до настоящего времени, в последней сохранился ряд актуальных парадоксов в области теории цепей, теории электрических машин и теории ЭМ поля, которые принципиально не разрешаются даже усилиями всего научного сообщества, в том числе на уровне академических и отраслевых журналов (Электричество, Электротехника и др.).

Теорема Мотовилова

Общее решение было найдено в 1985 году в рамках диссертации автора по силовым трансформаторам постоянного тока (СТПТ) в заочной аспирантуре московского ВЭИ им. Ленина (научный руководитель - В.Н.Лисин, обративший внимание аспиранта на "формализм" потока вектора Умова-Пойнтинга и незавершённые работы предшественников - Теслы, Яблочкова, Крона, Лейтеса, Тамма, Капицы, Лаверова). Сами же СТПТ были получены в ходе практического приложения "техногенетики", начатой в 1971 году в дипломном проекте автора.

Было показано, что исходное представление ЭМ поля по ГОСТ как совокупности двух напряжённостей Е и Н одного поля, связанных преобразованиями Максвелла ("единого поля"), является недостаточным, и необходимо расширение понятия ЭМ поля за счёт учёта также и совокупностей (суперпозиции) "перекрёстных" напряжённостей Е и Н множества разных единых полей.

На основе этой новой парадигмы была доказана Теорема Мотовилова, которая явилась обобщением классической теоремы Умова-Пойнтинга и впервые привела к научно обоснованному представлению о составном, или аддитивном ЭМ поле, уже давно и безуспешно обсуждавшемся в книгах ак. Тамма, д.т.н. Лейтеса и других авторов, известных в этой области знания.

В первоначальной редакции [Л.5] Теорема Мотовилова излагалась следующим образом:

Поток энергии суммарного ЭМ поля в поверхность S состоит из суммы потоков энергии максвелловских (i i) и составных (ij) ЭМ полей, и превращается внутри поверхности S в сумму составляющих потерь ( дивергенции) ЭМ энергии в объёме V этой поверхности :

- энергии wʹ , взятой магнитными и электрическими полями Нj и Е i ;

- электрической энергии , взятой j –ми источниками напряжения uj при протекании через них токов ĵi , созданных i -ми источниками тока ;

- электрической энергии, переходящей в тепло в проводящей среде посредством наведённых в ней токов ĵi .

В дальнейшем, в связи с определением только составного ЭМ поля как вида материи, М-теорема приобрела более простой логичный вид (из первой части баланса исключены потоки энергии максвелловского поля (i i), не имеющие во второй части баланса соотносимого с ними описания перекрёстного (i i) превращения энергии):

Поток энергии ЭМ поля в поверхность S состоит из суммы потоков энергии составных (ij) ЭМ полей, и превращается внутри поверхности S в сумму составляющих потерь ( дивергенции) ЭМ энергии в объёме V этой поверхности :

- энергии wʹ , взятой магнитными и электрическими полями Нj и Е i ;

- электрической энергии , взятой j –ми источниками напряжения uj при протекании через них токов ĵi , созданных i -ми источниками тока ;

- электрической энергии, переходящей в тепло в проводящей среде посредством наведённых в ней токов ĵi .

Модернизация теории электромагнетизма

Новая теорема позволила по сути создать новое изложение базовых основ всей электротехники, включая теорию цепей, электрические машины и радиотехнику. В итоге были объяснены и разрешены имевшиеся недостатки классической электротехники и показаны новые физические феномены, существенно развивающие представление о физической картине мира на уровне его фундаментальных категорий:


1. Составной характер потоков энергии между обмотками электрических машин (двигателей, генераторов, трансформаторов).


2. Потоки энергии составного ЭМ поля и неволновая форма излучения ЭМ энергии в свободное пространство.


3. Составной характер ЭМ поля в волновом ЭМ излучении, то есть "групповая" структура ЭМ волны

(в виде группы из двух "неклассических" волн, волн нового типа).


4. Явления отражения, огибания, прилипания, преломления потоков энергии

составного ЭМ поля в магнитных средах.


5. Два противоположно направленных напряжения в электрических цепях,

связанные соотношениями баланса, аналогичного

3-му закону Ньютона в механике.


Из полученных таким образом представлений следуют фундаментальные выводы для философских основ физики:


1. Единого электромагнитного поля, как самостоятельного вида материи,

способного переносить энергию в виде излучения,

в природе не существует


Классическое математическое описание ЭМ поля в виде уравнений Максвелла является описанием только одного поля (поля одного источника), а не двух полей (не полей двух разных источников). В то же время, графическое 3D изображение ЭМ волны показывает именно составное ЭМ поле (два поля от двух источников, то есть полученное наложением двух полей, различающихся по фазе на четверть периода). Последнее подтверждается в настоящее время также и работами д.т.н. Ф.Ф.Менде, преподающими всю классическую теорию ЭМ поля исключительно в терминах описания лишь одного поля (магнитное поле сведено к электрическому, как форма его проявления) и впервые выявляющего таким образом в ЭМ волне разницу фаз классического представления части электрического поля и его магнитной интерпретации в пространстве. [Л.7]


2. Переносить энергию, то есть быть видом материи, оказывающим влияние на измерительные приборы,

может только составное ЭМ поле, как совокупность двух ЭМ полей,

не связанных в каждой точке пространства

преобразованиями Максвелла


3. Существует четыре формы передачи энергии составным электромагнитным полем как видом материи:

- статическим полем, по замкнутому пути (при наложении поля неподвижного электрического заряда на поле постоянного магнита)

- стационарным и квазистационарным ЭМ полем (в электрических цепях и механике; последнее подтверждается анализом механической схемы

передачи в плане электромагнитных взаимодействий на уровне атомно-молекулярной решётки механических тел)

- стационарно-переменным составным ЭМ полем (между обмотками электрических машин),

особенно наглядно - в трансформаторах)

- волновым составным ЭМ полем ("радиоизлучением" в свободное пространство)


При этом в трансформаторах, как показано вычислением интегрального потока энергии по замкнутой поверхности, окружающей обмотку [Л.5], поток составного поля в пространстве между обмотками образован наложением вихревого электрического поля, возбуждённого основным магнитным потоком в магнитопроводе трансформатора, и магнитного поля рассеивания силового тока катушки, замыкающегося вне магнитопровода.

Другими словами, переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора возбуждает вокруг него вихревое электрическое поле.

Данное вихревое электрическое поле накладывается на магнитное поле рассеивания силовых токов обмоток и образует поток вектора Умова-Пойнтинга между обмотками.

Интеграл данного вектора У-П по всей поверхности, окружающей обмотку, показывает, что он равен мощности трансформатора.

Апробации:

1. В 1987-1988 г.г. работа получила поддержку общесоюзного научного семинара учёных и преподавателей на кафедре "Электрические машины" МЭИ


2. В 1989 году новая теорема и концепция потоков энергии на её основе были защищены в ВЭИ им. Ленина на заседании Учёного совета,

а концепция второго вида ЭМ поля опубликована в трудах Токийского университета (симпозиума URSI)


3. В 1993 году научный доклад на конференции учёных и специалистов в Санкт-Петербурге

отмечен почётным дипломом международной выставки "Сварка-93"


4. В 1996 году новая теория ЭМ поля и трансформаторов отмечены Международным жюри Женевского салона новаций (серебряная медаль)


5. В 2002 году системное изложение новации опубликовано в монографии "Теория потоков энергии" [Л.5]

Пояснения

  • 1. КТО БЫЛ ПРЕДШЕСТВЕННИКОМ И ОТРИЦАТЕЛЕМ КОНЦЕПЦИИ СОСТАВНОГО ПОЛЯ В АН СССР? Это обсуждалось на форуме[1]

Вопрос: Хотелось бы подтверждений, что теорема Умова-Пойнтинга где-то включается в уравнения Максвелла. Также, дайте, пожалуйста, ссылки, где у Тамма в основах теории электричества обсуждается составное ЭМ поле. [2] Ответ:

1. Я читал у одного из классиков такое мнение о полной системе уравнений электромагнетизма.

В любом случае моё мнение вполне обосновано, так как теорема Умова-Пойнтинга не только лежит в основе представлений о передаче энергии в теории электромагнетизма и электротехники, но и отражает царящую концепцию множественности ЭМ полей. Классическая концепция на базе теоремы У-П предполагает достаточным для решения задач рассматривать в реальности лишь одно поле, то есть униполевое множество полей. Новая концепция на базе теоремы М - рассматривает всегда многополевое, а в основах теории - двоичное множество ЭМ полей.


2. По Тамму: Тамм. ОТЭ.М.1976

- с.427. п. Цитата
...в постоянном поле, возбуждаемым неподвижным электрическим зарядом, и неподвижным постоянным магнитом, вектор Пойнтинга... отличен нуля.... Таким образом, мы приходим к, казалось бы, бессодержательному представлению о беспрерывной циркуляции энергии по замкнутым путям в статическом электромагнитном поле.
- с.496.Цитата
Таким образом, мы приходим к представлению о беспрерывной циркуляции энергии по замкнутым путям в статическом ЭМ поле. Представление это не приводит к каким-либо следствиям, могущим быть непосредственно проверенным на опыте, а потому лишено физического смысла.

Как видите, Тамм действительно рассматривал частный вид составного поля (термин мой) и действительно не признавал за ним физического смысла и возможности их обнаружения на опыте. Мне удалось показать существование и использование составных полей в цепях, в трансформаторах и ЭМ волнах, а также показать эффекты преломления, отражения, прилипания и обтекания потоков составного поля в магнитных средах. Это позволяет сказать, что и в примере Тамма указанные им потоки энергии вполне реальны и имеют физический смысл. Дополним мнение Тамма ещё более ранним заключением Брона, сделанным им по результатам авторитетных академических обсуждений, в том числе с участием зарубежных учёных (Брон. Госэнергоиздат. М-Л.1962) :

- с.133.Цитата
"...вектор Пойнтинга применим только к таким электрическим и магнитным полям, которые связаны взаимным превращением на основе законов ЭМ и МЭ индукции. Статические поля этому условию не удовлетворяют. Они не могут переносить энергию, несмотря на их наложение друг на друга."
Таким образом, исследование трансформаторов, электрических цепей и волнового излучения на основе теоремы Мотовилова показывает существование нового вида ЭМ поля - составного ЭМ поля.

Она также позволяет сделать вывод, что единого ЭМ поля, взятого за основу АН СССР и РАН согласно трудам Тамма, Брона и других специалистов:

- Брон.с.85.Цитата
"ЭМП, как вид материи, характеризуется наличием двух полей - магнитного и электрического, связанных непрерывным взаимным превращением на основе явлений ЭМ и МЭ" , как вида материи в природе не существует.

Взамен него мы впервые даём здесь следующее определение ЭМ поля как вида материи:


Электромагнитное поле - вид материи, образованный совмещением в пространстве двух электрических полей,

одно из которых интерпретируется в качестве магнитного поля,

не связанных между собой преобразованиями

Максвелла.


Электрические поля (в том числе и магнитные представления электрических полей) при этом могут быть статические, стационарные, стационарно-переменные (квазистационарные) и волновые.

Соответственно, каждое из них, обладая разными специфическими свойствами, способны обспечивать:

- циркуляцию потока электромагнитной энергии по замкнутому пути,

- передачу потока ЭМ энергии вдоль электрической цепи,

- передачу энергии через свободное пространство

(между обмотками трансформатора и других

электрических машин),

- излучение потока энергии в виде ЭМ волн в неограниченное свободное пространство.


  • 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ КАК ВИД МАТЕРИИ

Существующая парадигма ЭМ поля, окончательно утвердившаяся на рубеже 50-60 годов 20-го века, истолковывает ЭМ поле как вид материи и видит его лишь "единым" (максвелловским) и не переходящим в энергию. Известно, что Эйнштейн последний тезис не разделял (что вовсе не означает безупречность СТО, а лишь обозначает его как символ оппозиции, который выбрали себе создатели старой парадигмы ЭМ поля).

Классическую точку зрения на ЭМ поле даёт Тамм и ещё более ранний своими работами Брон, по результатам авторитетных академических обсуждений, в том числе с участием зарубежных учёных (Брон. Госэнергоиздат. М-Л.1962. с.133) :

"...вектор Пойнтинга применим только к таким электрическим и магнитным полям, которые

связаны взаимным превращением на основе законов ЭМ и МЭ индукции.

Статические поля этому условию не удовлетворяют.

Они не могут переносить энергию, несмотря

на их наложение друг на друга."

Таким образом, создатели старой парадигмы ЭМ поля категорически отрицают существование составных ЭМ полей.


Однако исследование трансформаторов, электрических цепей и волнового излучения на основе теоремы Мотовилова показывает существование нового вида ЭМ поля - составного ЭМ поля: Энциклопедия (ссылка, нажать)

Более того, оказывается, что единого ЭМ поля, взятого за основу АН СССР и РАН согласно трудам Тамма, Брона и других специалистов

(Брон, с.85) "ЭМП, как вид материи, характеризуется наличием двух полей - магнитного и электрического, связанных непрерывным взаимным превращением на основе явлений ЭМ и МЭ"

в природе не существует.

Здесь необходимо пояснение. Уравнения Максвелла вовсе не отвергаются. Однако они показывают немного иное, нежели преобразование векторов Е и Н одного и того же поля. На самом деле они всегда и без исключения показывают в каждой точке пространства с вектором Е или Н в ней одного электрического поля - формирование также и второго вектора (В или Н соответственно) другого, второго электрического поля. Каждое из электрических полей при этом не является видом материи, и лишь при наложении их в пространстве образуется материя в виде составного ЭМ поля и потока энергии.

Взамен классического единого поля мы видим теперь следующее корректное определение ЭМ поля как вида материи:


Электромагнитное поле - вид материи, образованный совмещением в пространстве двух электрических полей,

одно из которых интерпретируется в качестве магнитного поля (концепция д.т.н.Ф.Ф.Менде),

не связанных между собой преобразованиями Максвелла


Электрические поля (в том числе и магнитные представления электрических полей) при этом могут быть статические, стационарные, стационарно-переменные (квазистационарные) и волновые. Соответственно, каждое из них, обладая различными специфическими свойствами, способны обеспечивать:

- циркуляцию потока энергии по замкнутому пути,

- передачу энергии вдоль электрической цепи,

- передачу энергии через свободное пространство между обмотками трансформатора и других электрических машин,

- излучение в виде ЭМ волн в неограниченно свободное пространство.


Но что же всё-таки за вид материи представляет собой данное составное ЭМ поле? Эфир? Физический вакуум?

Единственная фундаментальная, несводимая ни к чему характеристика составного ЭМ поля как вида материи - это способность нести энергию.

Тогда, возможно, данный вид материи

и есть, на самом деле, именно

поток энергии?

  • 3.
  • 4.
  • 5.

Литература

  • 1. Д.Н.Мотовилов. Исследование и разработка новых принципов оптимального управления. Дипломный проект. Защита с отличием. Пенза, ВТУЗ. 1971

Ссылки

Личные инструменты