Distribuția de sarcini si legea Coulomb

 Electrostatica şi absurdităţile fizicii moderne

Distribuţia sarcinilor electrice şi legea Coulomb

Explicaţia actuală

Prin separarea sarcinilor electrice, mai precis a electronilor de atomi, se produce electrizarea corpurilor materiale. Încărcarea electrică a unui corp se poate prezenta sub două forme definite convenţional pozitivă si negativă. Corpurile încărcate negativ prezintă un exces de sarcini negative iar corpurile încărcate pozitiv prezintă un deficit de sarcini negative. Pe baza experimentală s-a dedus că sarcinile electrice interacţionează între ele; sarcinile electrice de acelaşi semn se resping iar sarcinile electrice de semne contrare se atrag.
Pe baza proprietăților electrice, materialele se clasifică in: conductori, izolatori si semiconductori. Pentru a explica această clasificare este necesar să se facă apel la mecanica cuantică si la interpretarea oferită de aceasta pentru legăturile chimice. Materialele conductoare au electronii de valență delocalizați si cu posibilitatea de a circula liber în rețea. Izolatorii sunt materialele care conțin foarte puțini electroni liberi si nu permit libera circulație a electronilor în material. Semiconductorii ocupă o poziție intermediară între conductori si izolatori.
Legea lui Coulomb afirmă că forța electrică care se manifestă intre două sarcini electrice este direct proporțională cu mărimea sarcinilor si invers proporțională cu pătratul distanței dintre sarcini.
Expresia matematică:
F = (kq1q2)/r2
unde q1 și q2 sunt valorile sarcinilor electrice măsurate în Coulombi, r este distanța dintre ele măsurată în metri și k este o constantă a cărei valoare este 8,99 x 109 Nm2/C2 în aer sau vid. Constanta k poate fi exprimată in funcție de permitivitatea mediului astfel:

Dupa cum este bine știut, forța este o mărime vectorială, iar direcția forței electrostatice este orientată după linia ce unește cele două sarcini, fiind repulsivă pentru sarcini de aceelasi semn si atractivă pentru sarcini opuse.
În cazul corpurilor de formă neregulată se cunoaște că sarcinile electrice se acumuleaza preponderant în zona vîrfurilor ascuțite sau în zonele unde curbatura materialului este mare asa cum este indicat in fig. 1.

Figura 1. Distribuția de sarcină si forma corpului electrizat

Acest ,,efect” este cunoscut de mult timp, de cand electricitatea nu era încă o știință. În 1747, într-o scrisoare, B. Franklin descrie că un obiect ascuțit produce descărcarea unui corp electrizat. Pe baza acestui fapt, B. Franklin construieste paratrăsnetul. Este rămasă prima mărturie scrisă despre folosirea paratrăsnetului la casa comerciantului West in Filadelfia în jurul anului 1760. Invenția paratrăsnetului a fost primită cu destulă reticență. În Europa, în jurul anului 1778, Veneția este primul oraș care aplică la scara largă paratrăsnetul nu numai la protecția clădirilor dar și la protecția navelor maritime. În Anglia, dispozitivul a fost primit cu o mai mare reticență, pentru ca savanții din metropolă nu puteau admite ca un colonist știe si face lucruri mai presus decat ei.

De ce actuala explicație e absurdă......

Au trecut mai mult de două secole de la formularea legii lui Coulomb și nimeni nu și-a pus problema verificării validității ei. Așa cum va fi prezentat în continuare, nu este necesară formularea unor costisitoare și noi experimente care să contrazică această lege. Principiul de funcționare al paratrăsnetului intră in contradicție flagrantă cu legea lui Coulomb.
De fapt, la modul general, distribuția de sarcină a unui corp electrizat cu formă neregulată intră in contradicție cu legea Coulomb.
În mod normal cînd un corp este electrizat, sarcinile care apar tind să aibă o împrăștiere maximă pentru a minimiza interacția dintre ele.
Daca distribuția de sarcini prezentată în fig. 2 este analizată în detaliu, se poate constata că interacția intre sarcina B si vecinii ei apropiați A și C este mult mai mică decît interacția între sarcina E si vecinii ei apropiați D și F. Pentru simplificarea situaţiei nu s-a luat in consideraţie interacţia unei sarcini electrice cu toate celelalte sarcini prezente în sistem, însă situaţia și concluzia formulată rămîne aceaşi chiar şi în acest caz.

Figura 2 Interacțiunea diferențiată a sarcinilor electrice

Pe suprafaţa conductorului, sarcinile electrice sunt mobile şi ,,în principiu” ele au posibilitatea să îşi schimbe poziţia pentru a echilibra repulsia lor diferenţiată şi în final să ajungă la un minim al interacţiei dintre ele.
În contradicţie cu aceast concept unanim acceptat în fizică, în cazul unui corp cu o formă neregulată, sarcinile electrice preferă să ocupe anumite poziţii preferențiale pe suprafaţa acestuia avand drept consecinţă o energie de interacţie mai mare decat minimum posibil.
De aceea, în cadrul fizicii actuale, este necesar să fie inventat un ,,simţ special” al sarcinilor electrice, capabile de a recunoaşte curbatura unei suprafeţe, si apoi sa se adune acolo unde această curbatură este mare. Einstein visase si lucrase mult timp la o legatură între fizică şi geometrie fără a ajunge la un rezultat concret. Poate actualii teoreticieni sunt mai abili de a realiza visul lui Einstiein şi în acest caz comportamentul sarcinilor electrice prezentat mai sus poate servi ca punct de reper.
De fapt acest comportament straniu al sarcinilor electrice nu e singular în domeniul fizicii; modelul unui foton care ,,ştie” să aprecieze care e cel mai scurt drum între doua puncte în spaţiu este deja cunoscut fizicienilor.
Avînd în vedere cele discutate mai sus, legea Coulomb îşi pierde valabilitatea cînd se descrie interacţiunea între sarcini electrice situate pe o aceeaşi suprafaţă şi fizica actuală ar trebui să ţină cont de acest fapt. .
În cadrul teoriei propuse, electrizarea corpurilor nu este cauzată de separarea de sarcini electrice. Nouă interpretare a fenomenlor electrostatice este bazată pe interacţiunea între momentele magnetice ale electronilor de valenţă.
Ca o remarcă finală nu există o explicaţie serioasă a distribuţiei sarcinii electrice doar la suprafaţa unui conductor şi acest subiect va fi analizat de asemenea în carte.

The direction of the electrostatic force is along the line connecting the two charges. It is repulsive if they are alike and attractive if they are opposite.
If we consider the elutriation process of a sphere by contact, the final distribution of electrical charges on the sphere is such that a minimum interaction between them is attainted (this means maximum spread) as in fig. 1.

Figure 1.  charge redistribution on a sphere

But as soon the shape of the electrized body is changed, this principle of minimum interaction is not respected.
For irregular shaped conductors, more charges accumulates near sharp points as in fig. 2.

Figure 2. Irregular shape conductor and charge density

This ,,effect” was known from the beginning of electricity as science. In 1747 in a letter B. Franklin describes how a sharp object can produce the discharge of a charged body. On this principle he will build the lightning rod.
The first written indication about the use of lightning rod regards the West family house in Philadelphia around 1760.
In Europe, arround 1778, Venice was the first city which applied at large scale the invention; not only the buildings but seaships were equiped with this device too.
In England, the device was used with retard. English sheeps will adopt this measure of protection ten years later, in 1788, because they were not able to admit that a ,,colonial” can do and know more then ,,scientists” from metropole.

Why the actual state of things is absurd....

For more then two centuries physicists have been accepted Coulomb law without questioning its validity. As it is presented here, it is not necessary to design special and expensive experiments which question its validity. The working principle of lightning rod contradicts in an evident way the Coulomb law.
If distribution of charge on an irregular shape is analyzed it can be observed that Coulomb law it is not respected. When charges are spread out on a certain body and they have the possibility to change position, according to the Coulomb law (and other analytical principles), it is a must to arrive at a certain distribution which minimize their reciprocal interactions.
If the distribution from fig. 3 is analyzed again, the interaction between B charge and its closest neighbor A and C charges is weaker then interaction between E charge and its closest neighbor D and F. Of course for simplification only the interaction direct interaction between closest charges is counted; taking in consideration the interaction between B charge respectively E charge and all the other charges the situation remain the same; only the mathematical treatment is more complicated.

Figure3  Differential interaction of electric charges

On the surface charges are mobile and, ,,in principle”, they have the possibility to change their position in order to equilibrate their repulsion and to arrive a minimum interaction energy.
Contrary to this ,,common sense” assumption, these charges situated around edges don’t know the principle of minimum energy, don’t like the Coulomb law and they like a strange distribution with a higher interaction energy.
In the frame of actual physics, it is necessary to invent a special sense for electric charges able to recognize the curvature of the surface and to have a charge density related to geometrical curvature. I don’t know if actual physicists are aware of possibility to fulfil Einstein dream related to the connection between geometry and physics. Of course, Einstein intention was to connect gravitation with geometry. In the meantime, as far theoreticians have ,,hardly” worked to unify all physics fields, the up presented charges comportment represents a favorable starting point.
In fact this strange comportment of electric charge is not singular in physics; a photon which knows to appreciate a certain path is already a well appreciated model in quantum physics.
Actual physics should set a limit for the validity of Coulomb law only as describing the interaction between separated bodies.
In frame of proposed theory, a new interpretation of electrostatic phenomena will be detailed in the book.
Only as a reminder, the new theory is able to explain why ,,electric charges” remain only at the surface of an electrized body and this item will be analyzed in the book too.