Na wstepie witam, po długiej przerwie w pisaniu notek. W sumie miałem napisać o czyms innym, ale zmieniłem zdanie. Zacznę może od początku. Natrafiłem w sieci na taki oto adres:
http://phet.colorado.edu/en/simulations/translated/pl
Stronka ma w swoich zasobach całkiem sporo róznych symulatorów, przeróznych doświadczeń i procesów. Fajna zabawa. Polecam wszystkim lubiacym takie fajerwerki. Pośród nich moja ciekawośc na dłużej zatrzymał konkretnie ten:
http://phet.colorado.edu/sims/charges-and-fields/charges-and-fields_pl.html
Można w nim bawić się ładunkami jak klockami lego. Układać w dowolne konfiguracje i sprawdzać wektory pola. Bawiłem się tym symulatorem całe niedzielne popołudnie. Z tej zabawy nakręciłem parę filmików.
Ładunek elektryczny (elektron i jego pole). Jako nieruchomy obiekt, otoczony jest przez pole wektorowe. Symulacja oparta jest o napięcia, więc to pole jest polem potencjalnym. Poruszę temat potencjału pola elektrycznego innym razem. Przechodząc do sedna, najbardziej interesuje mnie ruch, czyli dynamika. Za pomocą myszki można dowolnie poruszać ładunkiem, obserwując zmiany kierunku wektorów. Na filmiku możemy zobaczyć że wektory, zawsze, ale to zawsze w takim przypadku kierują się ku ładunkowi. Nie widzę w tym nic nadzwyczajnego. Założenie MS o emisji wirtualnych fotonów to zakłada. Nie będę wchodził w aspekty różnicy faz, pomiędzy ładunkami dodatnimi i ujemnymi. Nie to jest tematem notki. Na poniższym filmiku widać moje eksperymenty na symulatorze, z ładunkiem ujemnym, nie będącym w żadnym polu elektrycznym. Dla mnie oznacza to nie mniej, ani nie więcej, że w omawianej przestrzeni występują tylko i wyłącznie wirtualne fotony związane z tymże ładunkiem. Oczywiście jest to wytwór matematyczny i realnie nigdy nie występuje. W naturze możemy taka sytuację zasymulować, poprzez takie dobranie parametrów, żeby w każdym miejscu pola, suma wektorów WF była równa zero. W symulatorze taka opcja też jest możliwa, jednak obraz robi się bardzo nieczytelny.
Oto filmik:
2/ Kolejnym doświadczeniem będzie badanie dipola elektrycznego. Ogólnie jego wygląd przedstawia rysunek poniżej:
Po rozmieszczeniu ładunków w symulatorze, obraz w jaki ułożyły się wektory pola jest niemal identyczny. Możemy w tym miejscu powiedzieć że symulator działa prawidłowo. Kolejnym testem dla symulatora będzie ruch jednego ładunku w dipolu. Zastosowałem dwie metody. Jedna polegała na przesuwaniu ładunku po linii prostej. W realnym świecie to się raczej nie zdarza. Dla tego obraz ten możemy traktować poglądowo.
Drugim rodzajem, jest ruch po okręgu. Na ile mi się udało, starałem się poruszać ładunki po okręgach. Niedokładności moim zdaniem nie miały wpływu na efekty obrazu. Możemy w tym doświadczeniu wyróżnić dwa zbiory wektorów. Jeden zbiór jest taki, jak w poprzednim filmiku. Wektory ustawiają się w kierunku do środka ładunków. Drugi rodzaj, to wektory obracające się wokół własnej osi.
Zainteresowanie budzi właśnie ten drugi zbiór. Utworzył on nam nowe pole, różniące się parametrami od pierwszego zbioru. Jak widzimy powstało pole wirowe. W naturze występuje takie pole i jest ono ściśle związane z polem elektrycznym. Oczywiście wszyscy wiedzą że chodzi tutaj o pole magnetyczne. Tak więc nasz symulator pola elektrycznego, był w stanie wygenerować obraz pola magnetycznego.
Ciekawym faktem jest też to, że ładnie widać rozchodzącą się fale EM. Widać że powstałe pole ExB rozchodzi się od ładunku będącego w ruchu. Można bez problemu zauważyć, że zmiana wektorów równo odległych od centrum dipola, jest taka sama dla obydwóch pól. Fizycy nazywają to, pola są o tej samej fazie. Na gruncie matematycznym było to dla mnie trudne do zrozumienia.
Jak widzimy, symulator jest zgodny z modelem standardowym, tak samo jak z teorią JCM. Co jakiś czas słyszy się głosy że światło nie jest falą EM, że pole ExB to bujda. Podstawowym argumentem oponentów jest dualizm światła. Przedstawię swój pogląd na tą sprawę na gruncie tego symulatora. Moim zdaniem dualność jest mechanizmem stosunkowo prostym. Postaram się to wyjaśnić w poszczególnych symulacjach. Wcześniej jednak chciał bym przedstawić jeszcze jeden film. Będzie on oparty na dokładnie tych samych założeniach co poprzedni. Jednak elektron nie będzie poruszał się wokół protonu, ale po okręgu do jakiego proton nie należy. Efekt jaki uzyskałem, jest częściową wersją z poprzedniego filmiku. Wektory pola co prawda wykonują ruch wirowy, ale ograniczony. Przypomina on ruch wahadła. Mimo wszystko nadal mamy do czynienia z zmiennym polem ExB, czyli z falą EM. Jest jednak ona ukierunkowana (ograniczona przez proton od dołu animacji). Przypomina mi to działanie anteny dipolowej o kierunkowym charakterze promieniowania. Mogę uznać ten eksperyment za zgodny z prawdą i potwierdzony empirycznie. Można pobawić się w rozkład protonów dla różnych modeli anten. Nie jestem w tej dziedzinie specjalistą, więc pozostawię tą zabawę komuś, kto zna temat lepiej.
Najbardziej interesującą animacją, jaką udało mi się zrobić, jest zależność wektorów od dwóch ładunków jednoimiennych. Na jednej animacji pokaże dwa rodzaje testu. Jeden to ruch po okręgu, gdzie środkiem okręgu jest drugi elektron. Druga część filmiku pokaże jak elektron nieruchomy znajduję się poza okręgiem. Co ciekawe, nie ma to zbytniego wpływu na interesujący mnie element.
Co mnie zaciekawiło w tej animacji? Już odpowiadam. Wektory pola zachowują się podobnie jak w poprzednim filmiku. Jednak nie wszystkie. O ile większość wykazuje ruch wahadłowy, to zawsze można wskazać taki, który wykonuje pełen obrót wokół swojej osi. Mamy w tym wypadku do czynienia z typowym polem magnetycznym z filmu drugiego. Ciekawe tez jest to, że w odróżnieniu od drugiego filmu, nie jest wymagane, by ładunek nieruchomy leżał wewnątrz okręgu po jakim porusza się drugi elektron.
Mamy w tym wypadku do czynienia z dwoma polami magnetycznymi, gdzie jedno jest rozciągnięte zgodnie z równaniami JCM, oraz z drugim polem magnetycznym, ograniczonym przez stosunek odległości ładunków do średnicy zataczanego okręgu. Obydwa pola różni faza w jakiej zachodzą, a konkretnie to nowe pole jest przesunięte o 90 stopni względem pola elektrycznego. Dla czego o 90 stopni? Spróbuje to wytłumaczyć w następnej notce.
Tymczasem czekam na zauważone błędy, nieścisłości itp. Może są powody dla których popełniłem jakąś gafę. Może sam proces jest dokładnie znany i opisany, a ja o tym nie wiem. Może w ogóle wiem bardzo mało o zjawiskach empirycznych. W końcu to moje hobby a nie praca.
Miło mi będzie bronić mojego doświadczenia. Nie będę jednak robił tego za wszelką cenę. na pewno nie za cenę niezgodności z faktami empirycznymi. Przecież to tylko symulator.
Pozdrawiam czytelników.
