8. Tření, magnetizmus, elektřina

 

 

8.1.       Teplo (tlak) a tzv. elektřina mají stejnou podstatu. Elektřina a magnetismus (elektromagnetizmus) je forma tlaku. Elektrotechnická (mechanická) zařízení (generátory, dynama) umožňují přeměňovat mechanický pohyb na tlak a obráceně. Elektrotechnická zařízení také umožňují akumulovat (vysoký) tlak v kondenzátorech, nebo akumulátorech a vytvářet umělé kanály (dobré vodiče tlaku), kterými se tlak přivádí od zdroje (vysokého tlaku) do míst spotřeby (nízkého tlaku).

 

 

Obr. 8.1.

 

8.2.       Povrchovou plochu složených těles z atomů (hmotných těles) tvoří částice, povrchového tlaku. Na (Obr. 8.1. a) jsou dva hmotné kvádry, které se dotýkají svými povrchovými plochami. Vrchní kvádr tlačí na spodní kvádr mechanickým tlakem (P). Pohybujeme-li povrchovou plochou vrchního kvádru vůči povrchové ploše spodního kvádru, zvětšuje se tlakový impulz, kterým mohou částice povrchového tlaku působit. Čím je větší tlak (P) a čím je rychlost pohybu vyšší, tím větším tlakovým impulzem částice povrchového tlaku působí.

8.3.       Mění se povaha částic. „Studené“ částice povrchového tlaku se postupně transformují na (horké) částice (T), které působí vyšším tlakovým impulzem. Část částic tepla (T) proniká díky velkému tlakovému impulzu, kterým nyní disponují přes povrchový tlak hmotného tělesa mezi horní vrstvy atomů. To znamená, že částice pronikají mezi atomy, ale nikoliv dovnitř atomů. Těleso se zahřívá od třecích ploch směrem do svého středu. Část částic tepla a také světla (T, S) je tlačena směrem od horkého tělesa do studeného prostředí. Těleso září.

 

8.4.       Příklad 8.1. Na (Obr. 8.1. b) je rotující kotouč s naznačenými částicemi povrchového tlaku atomů kotouče. Kotouč je vyroben ze špatného vodiče tlaku. Rotační pohyb zvyšuje tlakový impulz, kterým mohou částice vysokého povrchového tlaku působit. V prostředí kolem rotujícího kotouče se postupně vytváří „mrak“ částic vysokého tlaku, původem z atomů obalu kotouče a okolního prostoru (molekul vzduchu). Kotouč tvoří pro mrak částic kondenzační jádro. Mrak částic je spojitou součástí prostředí. Přestaneme-li otáčet kotoučem, vysoký tlak z mraku částic se postupně vyrovná s tlakem v prostředí kolem kotouče.

8.5.       Do blízkosti mraku částic (VT) umístíme dobrý vodič tlaku, který je propojen s oblastí nízkého tlaku („spotřebičem tlaku“ NT). Poměry v tlakovém poli prostředí se změní (Obr. 8.1. c). Na ploše částic se směrem k nízkému tlaku vytvoří „špička“. To vede k předávání tlakových impulzů mezi částicemi směrem od (VT) k (NT) a také k pohybu částic (ve směru špičky).

8.6.       Kolem vnější povrchové plochy dobrého vodiče se vytvoří tlakový kanál, kterým se tlak vyrovnává. [1] Částice (VT) jsou tlačeny (po spirále) směrem k vnější povrchové ploše kanálu nízkého tlaku (NT). Rychlost pohybu částic se zvyšuje a dochází k transformaci „studených“ částic na „horké“ (S, T) částice s vyšším tlakovým impulzem. Pozorujeme světlo a záblesk.

 

8.7. Magnetizmus

 

8.7.       Na (Obr. 8.2. a) je mezi dvěma kovovými deskami slabě polární atom v přirozeném tlakovém poli Země (modré šipky OT). Když k deskám připojíme zdroj tlaku (akumulátor), vznikne mezi nimi umělé tlakové pole (červené šipky). Částice plazmy prostředí mezi deskami reagují změnou tvaru (Obr. 6.2. b) a působí zvýšenými orientovanými tlakovými impulzy na povrchovou plochu atomu. Také částice obalu atomu mění svůj tvar. To vede k změně tvaru celého atomu.

8.8.       Velký tlakový spád mezi kovovými deskami se projeví zploštěním „severní“ plochy atomu. Na „jižní“ ploše atomu se vytvoří špička. Atom se mění z „kuličky“ na „vajíčko“. Změna tvaru vnější plochy atomu má za následek také změny uvnitř atomu. Jádro se posune směrem ke špičce. Když není atom na „pevné“ hmotné podložce, projeví se tlak na jeho plochu pohybem ve směru špičky.

 

 

Obr. 8.2.

 

8.9.       Na „severním pólu“ atomu je vysoký tlak a na „jižním pólu“ je nižší tlak. Na ploše atomu vzniká mezi jeho póly orientované tlakové pole. Atom se mění na tlakový dipól (Obr. 8.2. b). Když vnější tlakové pole odpojíme, tvar atomu se vrátí do původního stavu.

8.10.    Tvar jádra atomu má vliv na tvar jeho povrchové plochy. Tvar povrchové plochy má vliv na průběh tlakového pole na povrchové ploše atomu a v jeho bezprostředním okolí. Když má jádro atomu tvar „pyramidy“, atom má tvar „vajíčka“ i za normálních podmínek (Obr. 8.2. c, e). Na ploše takového atomu je (přirozené) silně orientované tlakové pole. Tuto skutečnost lze využít ke konstrukci permanentních magnetů. [2]

8.11.    Pyramidální jádra se vyskytují u tzv. „feromagnetických“ prvků. Když jsou tyto látky v přirozeném stavu (v horninách), je orientace jejich atomů většinou chaotická. Roztavíme je a vystavíme vnějšímu orientovanému tlakovému poli (Obr. 8.2. c). V kapalném skupenství se mohou atomy natočit ve směru největšího tlakového spádu. Orientovaná tlaková pole na jejich povrchu se synchronizují. Po ztuhnutí získáme hmotné těleso (permanentní magnet), které trvale deformuje tlakové pole ve svém okolí i když je vnější zdroj tlakového spádu odpojen (Obr. 8.2. d).

8.12.    Je třeba rozlišovat mezi permanentním magnetem a elekromagnetem. Permanentní (trvalé) magnety, jsou hmotná tělesa (prostorové anomálie), která svojí přítomností deformují tlakové pole základního prostředí. Permanentním magnetům nedodáváme „energii“ z vnějšího zdroje. Elektromagnety jsou hmotná tělesa aktivní (stroje), které získávají „energii“ z externího zdroje. Magnety se nepřitahují, ani neodpuzují!

 

8.13.    Příklad 8.2. Na (Obr. 8.2. f) je proud široké řeky a v něm loď. Loď má tvar „vajíčka“ a je tlačena proudem řeky ve směru své špičky. V proudu řeky je soutěska. Loď je proudem řeky tlačena (tlakem na její plochou stranu) směrem do soutěsky. Loď není soutěskou přitahována! Obdobně magnetem deformované tlakové pole základního prostředí tlačí feromagnetický atom (tlakem na jeho plochou stranu) směrem k magnetu (Obr. 8.2. g). Magnet atom nepřitahuje!

 

 

Obr. 8.3.

 

8.14.    Příklad 8.3. Tlak z „trvalého“ zdroje tlaku se šíří v neuzavřených spirálních plochách (Obr. 8.3. a). [3] Vodič (V) je připojen na „trvalý“ zdroj tlaku (akumulátor). Vodič (N) je připojen k měřicímu přístroji (ke spotřebiči tlaku). Když k vodiči (V) přiblížíme vodič (N), jsme svědky indukce (Obr. 8.3. b). Kolem (V) vzniká spirální tlakové pole. Částice vysokého tlaku ze zdroje (V) předávají tlakový impulz přes prostředí do mezifází spotřebiče (N), kde je nízký tlak. Jedná se o klasický vztah mezi tlakovou výší a tlakovou níží.

8.15.    Vytvoříme z drátu závit a připojíme ho na zdroj vysokého tlaku (Obr. 8.3. c). Mezi dvěma protilehlými oblastmi (V1) a (V2) vodiče vzniká orientované tlakové pole. Spojíme-li několik jednoduchých závitů za sebou, dostáváme cívku (Obr. 8.3. d). Princip z (Obr. 8.3. c) se multiplikuje. Uprostřed cívky se vytváří silné orientované tlakové pole. Za pozornost stojí oblasti nízkého tlaku (N), které zákonitě vznikají mezi jednotlivými závity (V1, V2, ... Vn).

8.16.    Vložením vhodného dobrého vodiče tlaku (jádra) do středu cívky, můžeme orientované tlakové pole ve středu cívky odvést potřebným směrem. Na (Obr. 8.4. a) je příklad jednoduché indukce v prostoru. Tlakové pole cívky (V) se v takovémto jednoduchém systému uzavírá přes okolní prostředí. Tlakový impulz může být prostředím silně zeslabován. Účinnost indukce v takovém uspořádání je nízká (např. vzduch = špatný vodič tlaku).

8.17.    Když jádro cívky (dobrý vodič tlaku) uzavřeme do smyčky, dostaneme základní schéma transformátoru (Obr. 8.4. b). Orientované tlakové pulzy se šíří pouze vnější plochou jádra. Proto se na jádro používají transformátorové plechy, neboť se takto podstatně zvětší plocha mezifází jádra a indukce probíhá s vyšší účinností.

 

8.18.    Poznámka 8.1. Vodič nelze přirovnávat k potrubí, kterým něco teče, ale spíše k sekáči, kde na straně zdroje působíme kladivem tlakovými rázy, a na druhé straně jsou tyto rázy předávány do spotřebiče. Částice na vnější straně mezifází vodiče si předávají orientované tlakové impulzy od zdroje ke spotřebiči. „Poslední částice“ předá tlakový impulz spotřebiči, který reaguje např. pohybem (viz Newtonova houpačka). Nejedná se o žádný „proud volných elektronů“ ve vodiči.

 

 

Obr. 8.4.

 

8.19.    Tlak (tzv. „elektřina“) se šíří po vnější (odstředné) straně povrchové plochy vodiče (Obr. 8.4. f). Povrchová plocha vodiče má dvě strany. Vnitřní (dostředná) strana povrchové plochy působí tlakem dovnitř vodiče. Vodič (hustý kovový drát = NT) je možno považovat za formu středového kanálu (kumulu) uvnitř vysokém tlaku na povrchu vodiče. V centru vodiče (kumulu) je zákonitě oko, kde je opět vysoký tlak (teplota). Teplo se šíří směrem od centra vodiče k povrchu (proti vnějšímu tlakovému poli). To následně způsobuje zvýšení teploty na povrchu vodiče.

8.20.    Teplota vodiče má vliv na účinnost přenosu tlakového impulzu. Se zvyšující se teplotou roste nesymetrie částic na ploše vodiče (tlakovém poli mezi plochou vodiče a prostředím) a tím je vnášen do přenosu tlaku dodatečný chaotický tlakový impulz. Účinnost přenosu tlakového impulzu vodičem klesá (tzv. elektrický odpor roste). Naopak se snižující se teplotou se objevuje tzv. supravodivost.

8.21.    Tzv. „elektřina“ je předávání tlakových impulzů z oblasti s vysokým tlakem (zdroje) do oblasti s tlakem nízkým (spotřebiče). Šíření tlaku (dobrým) vodičem je ovlivněno typem tzv. „elektrického proudu“. Tlakové pole stejnosměrného proudu má charakter jednoho tlakového impulzu. Tlakový impulz povrchových částic vodiče působí pouze jedním směrem a postupně klesá. Přenos tlaku na velkou vzdálenost je neefektivní. Lze ho přirovnat k Newtonově houpačce s velmi dlouhou řadou kuliček. Střídavý proud se přenáší na velké vzdálenosti s mnohem vyšší účinností. U střídavého proudu se špička částic plazmy na vnější ploše vodiče a s ní i orientace přenášeného tlakového impulzu periodicky mění (Obr. 8.4. f).

8.22.    Když zafixujeme cívku způsobí tlak ploch částic, tvořících orientované tlakové pole uvnitř cívky na plochu atomů feromagnetického jádra pohyb atomů jádra ve směru jejich špiček. Po přepólování zdroje dochází k opačnému pohybu (Obr. 8.4. c, d). Obráceně, budeme-li pohybovat feromagnetickým jádrem uvnitř nepohyblivé cívky, bude tlakové pole jádra vyvolávat na povrchu drátů cívky střídavé tlakové („elektrické“) pole (Obr. 8.4. e).