Способ определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел

 

Использование: при определении взаимодействия материальных тел, при расчетах магнитной напряженности вращающихся тел, объектов, тяжелых деталей, аппаратов, вращающихся с большой скоростью. Сущность: измеряют массу тела, используя ее в качестве параметра, определяющего взаимодействие тел, затем вычисляют электрический заряд из соотношения: q = 8,614741·10^-11m, где q - электрический заряд, Кл; m - масса тела, кг; 8,614741·10^-11 - удельная плотность заряда, Кл/кг. Технический результат: упрощение способа измерения некомпенсированного электрического заряда тел, снижение затрат при физической реализации измерений, универсальность способа измерений.

Изобретение относится к геофизике (гравиметрии, геомагнетизму), к общей физике и может быть использовано при определении взаимодействия материальных тел, при расчетах магнитной напряженности вращающихся тел, объектов, тяжелых деталей аппаратов, вращающихся с большой скоростью.

Известен способ определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел, включающий измерение электрического заряда по углу отклонения подвижного элемента от другого элемента, заряженных одноименным зарядом (см. Фриш С.Э. и Тиморева А.В. Курс общей физики, том 2 /Гос. изд-во технико-теоретической литературы, М., 1953, с. 9).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу является способ определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел, включающий измерение параметра, характеризующего взаимодействия тел, в качестве которого используют силу взаимодействия и расстояниями между ними (см. Н.И. Карякин, К.Н. Быстров, П. С. Киреев Краткий справочник по физике. Второе издание, изд-во Высшая школа, Москва, 1964, с. 78, 208).

Недостатками способов являются сложность измерения некомпенсированного электрического заряда тел, большие затраты при реализации прямого измерения, не универсальность способа измерения и низкая точность измерения для тел, имеющих малую массу.

Техническая задача изобретения - упрощение способа измерения некомпенсированного электрического заряда тел, в снижении затрат при физической реализации измерений и универсальность способа измерения.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел, включающем измерение параметра, характеризующего взаимодействие тел, измеряют массу тела и используют ее в качестве параметра, определяющего взаимодействие тел, при этом электрический заряд вычисляют из следующего соотношения: q=8,614741·10^-1m, где q - электрический заряд, Кл; m - масса тела, кг.

Способ определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел осуществляется следующим образом. Определяют массу тела и вычисляют электрический заряд из следующего соотношения: q=8,614741·10^-1m, где q - электрический заряд, Кл; m - масса тела, кг; 8,614741·10^-11 - удельная плотность заряда, Кл/кг массы (ρ).

Физический смысл некомпенсированного заряда состоит в том, что, так как все материальные тела состоят из атомов, состоящих в свою очередь из электронных облаков и ядер, имеющих соответственно отрицательный и положительный электрические заряды, пространственно разнесенные друг от друга, указанные заряды компенсируют друг друга не абсолютно до нуля, а с точностью до 10^-17. Остаточный некомпенсированный заряд присущ всем материальным телам.

Способ определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел может быть осуществлен на примере определения магнитного поля планет без использования космических аппаратов, которые стоят огромных денег. Массы планет определены еще Кеплером. Поэтому достаточно вычислить некомпенсированный заряд q планеты по формуле (5) и вычислить напряженность магнитного поля H по периоду вращения T и радиусу R планеты по известной формуле [1]: Способ может быть использован для определения магнитных полей планет, Солнца и других космических объектов. Большинство других космических объектов вообще недоступны для прямых измерений магнитных полей (звезды, галактики и т. п.). В техники имеются задачи по физическому поведению массивных турбин для электростанций, турбин, имеющих высокие скорости вращения (авиатехника). Среди этих задач имеют место и определение влияния возникающих от вращения магнитных полей на электронную аппаратуру соответствующих устройств.

Способ проверен экспериментально на примере магнитного поля Земли. Земля имеет расчетный по предложенному способу заряд 5,1506·10¹⁴ Кл. Луна и Солнце как тела, имеющие свой заряд, вызывают повышенную концентрацию заряда Земли в экваториальной области. Поэтому при расчете магнитного поля Земли можно приближенно принять, что указанный заряд при вращательном движении Земли располагается на расстоянии радиуса от ее центра. Это позволяет воспользоваться известной формулой из пособий по электричеству и магнетизму [1, 2] для определения магнитной напряженности H для вращающегося заряда по кругу радиуса R с периодом T:

H = 37,24·0,012 = 0,45 Э [СГС],
где M=5,98·10²⁴ кг - масса Земли;
T=24·3600 сек - период обращения Земли;
R=6·37·10⁶ м - радиус Земли.

Средняя измеренная с помощью магнетометров напряженность на магнитном полюсе составляет величину H = 0,5 Э, которая не остается постоянной по причине влияния других геофизических факторов. Результат применения способа совпадает с результатом магнитометрических измерений. Данный эксперимент подтверждает правильность способа определения некомпенсированного заряда.

В качестве примера возьмем тело, измерим его массу. Масса данного тела 200 кг. Вычислим некомпенсированный заряд
q = 8,614741·10^-11 x 200 = 1,72·10^-8 Кл.

Указанный заряд используем для определения с какой скоростью надо вращать тело, чтобы получить измеряемую напряженность магнитного поля. Предел измеряемой напряженности магнитного поля составляет величину 10^-7 Э. Используя формулу расчета, аналогичную формуле для Земли, получаем, что для напряженности 1,15^-7 Э надо вращать тело с частотой 700 Гц или 42000 об/мин.

Литература
1. Фриш С.Э. и Тиморева А.В. Курс общей физики, том 2 /Гос. изд-во технико-теоретической литературы, М., 1953, с. 9).

2. Н.И. Карякин, К.Н. Быстров, П.С. Киреев Краткий справочник по физике. Второе издание, изд-во "Высшая школа", Москва, 1964, с. 208.

3. Энциклопедия "КОСМОНАВТИКА", Москва, изд-во "Советская энциклопедия", 1985.

Формула изобретения

Способ определения некомпенсированного электрического заряда материальных тел, включающий измерение параметра, характеризующего взаимодействие тел, отличающийся тем, что измеряют массу тела и используют ее в качестве параметра, определяющего взаимодействие тел, при этом электрический заряд вычисляют из соотношения
q = 8,614741 · 10^-11m,
где q - электрический заряд, Кл;
m - масса тела, кг;
8,614741 · 10^-11 - удельная плотность заряда, Кл/кг.