Sztuka w idei fizyki przestrzennej

Elektryzowanie powierzchni wypukłej i wklęsłej

Start-up: "inżynieria hydroelektronowa":
Jak myśleć w idei materialnymi elektronami swobodnymi i cząsteczkami wody?
Rzecz: przedmiot materialny, elektron cząstka materii, H₂O cząsteczka materii.
Jak obliczyć ile elektronów swobodnych można zgromadzić w zbiorniku z wodą?
Wirtualna konfrontacja idei hydroelektronowej w naturze ułożeń niemożliwych.

W poprzedniej notce ("Fizyka rzeczy niemożliwych" - link) SNAFU dokonał przełomu w ułożeniu "magii hydroelektronowej", podając szkic wybranych praktycznych uwarunkowań w zakresie zgromadzenia w zbiorniku elektronów wprowadzonych do niego z zewnątrz (naelektryzowania jego powierzchni wewnętrznej), otwierając kolejne komnatę wiedzy w labiryncie idei. Zatem wchodzimy:

Kluczowe jest to, że ułożenie Q = C * V jest niezależne od tego czy naładowana jest powierzchnia wewnętrzna, czy zewnętrza kulistego zbiornika zamkniętego. Zatem czy pojemność elektrostatyczna zależy od tego, od której strony krzywizny powierzchni zamkniętej jest ona naelektryzowana?

Podręcznik:

[ 1. ] - "Fizyka dla szkół wyższych. Tom 2 , 6.4 Przewodniki w stanie równowagi elektrostatycznej" (elektryzowanie powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej w doświadczeniu Plimptona i Lawtona)  - link. "Pokazujące niezbicie, że wszystkie ładunki wprowadzone do metalowego obiektu o kształcie pustej w środku kuli gromadzą się na zewnętrznej powierzchni".

[ 2. ] "W fizyce, pojęcie pola oznacza przypisanie każdemu punktowi przestrzeni określonej wielkości fizycznej" - Zintegrowana Platforma Edukacyjna MEN - link.

[ 3. ] - Google:

- "rozkład ładunku na powierzchni przewodnika" - ( grafika - link )

- "Ładunki na powierzchni przewodnika nie rozmieszczają się równomiernie. Im mniejszy jest promień krzywizny (czyli im bardziej zakrzywiona powierzchnia), tym większa jest gęstość powierzchniowa ładunku. Gęstością powierzchniową ładunku nazywamy stosunek ładunku zgromadzonego na pewnej powierzchni do pola tej powierzchni."

- "Jak rozkłada się ładunek na przewodniku?
W naładowanym przewodniku, ładunki znajdują się na powierzchni, a wewnątrz przewodnika natężenie pola elektrycznego jest równe zero. Ładunki gromadzą się w okolicach powierzchni przewodnika o największej krzywiźnie. Powoduje to powstawanie w tych okolicach najsilniejszego pola elektrycznego."

[ 4. ] - "Zgromadzony na naelektryzowanym obiekcie ładunek osiądzie zawsze w pobliżu powierzchni. Warstwa tak zgromadzonego ładunku ma zazwyczaj grubość rzędu 10^-10 m." (Teoria Elektryki, Elektryka i automatyka od podstaw - "Przewodniki, izolatory i polaryzacja" - link )

*

Elektryzujemy wewnętrznie "zbiornik hydroelektronowy" (w tym ułożeniu jest bez wody, pusty - próżnia) w świetle internetowego światła SNAFU (pamiętając, że SNAFU pisze w kontekście do tego co mannet napisał oraz ma dużą wyrozumiałość dla kreacji zmyślonych ułożeń).

"Każdy obiekt, jeżeli mu przekazać jakiś ładunek elektryczny (naelektryzować, jak to się czasem mówi, albo "naładować"), wytwarza wokół siebie pole elektryczne. Im więcej ładunku, tym pole silniejsze. Jeśli ładujemy obiekt elektronami, to uzyskuje on ładunek ujemny i pole przez niego wytworzone będzie odpychać elektrony znajdujące się na zewnątrz obiektu. Im więcej tego ładunku będzie w danym obiekcie,  tym silniej będą takie "zewnętrzne" elektrony odpychane -- w szczególności, elektrony nadlatujące z "działka elektronowego". I w pewnym momencie odpychanie stanie się na tyle silne, że nowe elektrony już nie będą mogły do obiektu dotrzeć" - SNAFU

"Naładowany obiekt uzyskuje elektryczny potencjał -- innymi słowy, napięcie. Jeżeli to napięcie osiągnie wartość 20 000 Voltów, to elektron, żeby do obiektu "wniknąć", musi mieć energię większą, niż 20 000 elektronowoltów (eV). Każdy elektron o energii niższej, niż 20 000 eV, już zostanie odepchnięty, "zawrócony z drogi". Zatem, jeśli używany działka wytwarzającego elektrony o energii kinetycznej 20 000 eV, to możemy obiekt naładować do potencjału (czyli napięcia w odniesieniu do ziemi) 20 000 Voltów"  - SNAFU.

*

Rysunek 1.

Na rysunku podrzucana jest piłka. Nie jest hamowana przez powietrze. Im ma większą prędkość początkową, tym wyżej się wzniesie. Maksymalna wysokość dla danej wartości prędkości v, to pełna przemiana energii kinetycznej w energie potencjalną.

W tym ułożeniu w idei hydroelektronowej dla przypadku działa elektronowego wszystkie wyemitowane elektrony swobodne do zbiornika dla danej wartości Ek mają taką samą energię kinetyczną po przeniknięciu przez okienko próżniowe. W zbiorniku przekazują energię kinetyczną materii jego konstrukcji w zderzeniu ze ścianką wewnętrzną zbiornika. Zatem energia kinetyczna elektronów została w zbiorniku przemieniona w elektrostatyczną energię potencjalną, a tym samym potencjał elektrostatyczny - link ( V = Ep /q, q = e):

Ek → V_e (P1) ------- R -------  Q (P0)

Ładunek Q stanowi umownie sumę ładunku elektrycznego wprowadzonych z zewnątrz do zbiornika elektronów (Q = Σe^-). Energia potencjalna związana z ładunkiem Q^- w punkcie P0 i ładunkiem e^- w punkcie P1, który jest ostatnim elektronem, jaki przeniknął przez okienko próżniowe, jest staje się równa Ek. I następne elektrony nie przemieszczą się już do zbiornika. Wówczas ich Ek musiałaby być zwiększona, czyli być większa do danej energii potencjalnej.

SNAFU napisał prawdę, a prawda to wiedza, której nie można zmienić.

*

Rysunek 2.

Na rysunku 2A ukazana jest idea, że po przeniknięciu elektronów przez okienko próżniowe, elektrony te odpychają się, zatem działają wzajemnie na siebie siłą F_el poza układem działa elektronowego. Zatem wzrasta składowa ich prędkości V_x i powinny przekazać większą energię kinetyczna w zderzeniu ze ścianką wewnętrzną zbiornika. W idei prawa Gausa przemiany energetyczne kumulują się względem ładunku Q, który jest zawarty wewnątrz powierzchni Gaussa.

Na rysunku 2B narysowane są dwa przykłady naelektryzowania powierzchni zewnętrznej (wypukłej) i wewnętrznej (wklęsłej). Problem w tym, że [ 1.] - "Powierzchnia Gaussa leży tuż poniżej rzeczywistej powierzchni przewodnika, dlatego wewnątrz niej nie ma wypadkowego ładunku, co oznacza, że cały wprowadzony ładunek musi znajdować się na powierzchni przewodnika." Linia sfery, powierzchni Gaussa "ma kształt taki, jak rzeczywista powierzchnia przewodnika i jest umieszczona w nieskończenie małej odległości pod nią".

Fragment zamkniętej powierzchni Gausa ds ( ozn. )I" ), obejmujący elektrony e^- i wektor n normalny (link) do ds.

e-)|→ n

Na rysunku 2B wektor n jest przeciwnie skierowany względem wnętrza zbiornika. Jest to związane z mową, że ładunek Q stanowi zamiennie sumę ładunku zgromadzonych elektronów na powierzchni wewnętrznej zbiornika. Idea ułożenia tej umowy powinna nie zależeć od kształtu wklęsłego czy wypukłego powierzchni ciała rzeczywiście naelektryzowanej.

"Natomiast, jeśli ładunek uda się pozostawić na wewnętrznej powierzchni -- czyli kula musi wtedy być zrobiona z materiału izolującego -- a dodatkowo zewnętrzną powierzchnię takiej kuli się pokryje warstwą metalu (może być całkiem cieniutka, np. napylona na zewnętrzną powierzchnię -- jakby np. zrobić coś w rodzaju bombki choinkowej, tylko posrebrzonej od zewnątrz, a nie od środka -- to pojemność takiego układu może wzrosnąć w stosunku do pojemności kuli "naelektryzowanej od zewnątrz"  -- i to wzrosnąć niebagatelnie, nie tylko kilka, kilkanaście, czy kilkadziesiąt razy -- tylko ten wzrost pojemności może być rzędu MILIONA razy! Ja wcale nie żartuję!" -  SNAFU

SNAFU napisał prawdę, a prawda to wiedza, której nie można zmienić.

Powierzchnia Gaussa S_a jest wobec naelektryzowania powierzchni wklęsłej - tak natura nie lubi.
Powierzchnia Gaussa S_b jest wobec naelektryzowania powierzchni wypukłej - tak natura rządzi.

"Wszystkie ładunki wprowadzone do metalowego obiektu o kształcie pustej w środku kuli gromadzą się na zewnętrznej powierzchni, zaś na wewnętrznej powierzchni ich wcale nie ma. Ten fakt fizyczny ma też liczne zastosowania praktyczne -- np. w znanych generatorach elektrostatycznych van der Graafa (w "profesjonalnych wersjach" służących do wytwarzania bardzo wysokich napięć, do kilku milionów woltów) właśnie ładunek elektryczny wprowadza się do kulistej, lub podobnego kształtu elektrody, OD ŚRODKA -- próba zdeponowania go na zewnętrznej powierzchni nie mogła by się powieść." - SNAFU

Powierzchnia Gaussa nie posiada materialnej postaci. Jest wyrażona wzorem matematyczno - fizycznym. W idei fizyki jest rysunkiem w przestrzenni. I zawsze w tej idei zmieści się pomiędzy powierzchnią rzeczywistą naelektryzowanego ciała a elektronami tego naelektryzowania.

Zatem:

Zwiększenie ilości zgromadzenia elektronów w zbiorniku poprzez naelektryzowanie nimi zamkniętej powierzchni wewnętrznej można uzyskać za pomocą metody wzrostu energii kinetycznej emisji elektronów swobodnych, emitowanych z działa elektronowego, oraz za pomocą metody inżynierii materiałowej konstrukcji zbiornika (np. poprzez napylenie bardzo cieniutką warstwą metalu powierzchni zewnętrznej zbiornika). Ilość zgromadzonych elektronów na wewnętrznej powierzchni zbiornika zależy od jej pola powierzchni i nie zależy od kształtu tej powierzchni.

Idea hydroelektronowa ukierunkowana jest na ułożenie w internecie szkicu rozważań uwarunkowań wynikających z fizyki w zakresie możliwości i ilość zgromadzenia w zbiorniku elektronów swobodnych dostarczonych do niego z zewnątrz.

Rysunek 3.

Wewnątrz zbiornika względem siebie część powierzchni jest wklęsła a część wypukła, gładka i ostra.

*

W idei hydroelektronowej jest ułożenie "Słońce - układ techniczny - Ziemia":

Słońce → { układ elektroenergetyczny /e-panele/ →  układ mechaniczno-elektrostatyczny /"kopalnia uzyskania elektronów z gruntu" metodą maszyny elektrostatycznej A ( naelektryzowanie + , neutralizacja uziemieniem ) ~ B ( naelektryzowanie -,  przekazanie elektronów )  } → { układ hydroelektronowy /OH₂ ~ e ~ H₂O/ } → uziemienie zbiornika

Czy elektrony zgromadzone na powierzchni wewnętrznej zbiornika "elektrostatycznie doznają wpływu", w którym miejscu powierzchnia zewnętrzna zbiornika jest połączona do uziemienia?

Przyłączenie do uziemienia sprawi, że grunt jest dla zbiornika otoczeniem nie tylko jako miejsce jego posadowienia.

Układ techniczny pochodzi z "ziemi" (pierwiastków i związków chemicznych) poprzez ułożenie jego konstrukcji przez naukowców i inżynierów.

*

Ile w ramach idei rozważań byłoby elektronów w zbiorniku, gdyby był naładowany napięciem rzędu 1 MV?

Zatem energia kinetyczna elektronów równa się elektrostatycznej energii potencjalnej Ek = Ep (~10⁶ eV).  Dla energii kinetycznej elektronów 1 MeV zasięg elektronów swobodnych w wodzie (promieniowanie β^-) wynosi  ~0,4 cm.

Obiekt kulisty niczym nieotoczony o promieniu R = 1 m ma pojemność 1,112 * 10-10 Farada. Zatem kula naładowana do napięcia 1 000 000 V zawiera ładunek elektryczny równy:

Q = 1 000 000 Volt * 1,112 * 10^-10 Coulomb / Volt = 111,2 * 10^-6 Coulomba, czyli 111,2 mikro-coulomba.

Aby otrzymać ilość elektronów n (e) trzeba podzielić otrzymaną wartość przez ładunek pojedynczego elektronu: e = 1,602 * 10^-19 C.

n (e) = 111,2 * 10^-6 C / 1,602 * 10^-19 C

n (e) = 69,4 * 10¹³

W idei zbiornika o objętości 1dm³ oraz przyjętej "miary jonowej", jako ilość wprowadzonych elektronów 10^-7 mol/dm³ (to miara w związku do miary stężenia jonów H⁺ w ramach jonu H₃O⁺ w wodzie w temp. 25 ℃, która wynosi w stanie równowagi 10^-7 mol/dm³), ilość elektronów wynosi:

n (e, H+) = 10^-7 * 6,023 *10²³ = 6,023 * 10¹⁶

W tej idei dodatkowy wzrost pojemności "MILION razy!" inną metodą niż wzrost Ek wprowadzonych do zbiornika elektronów swobodnych umożliwia porównywalne względne ułożenie:

n (e) = ~10¹³ → n ( H⁺) = ~10¹⁶

W idei na rysunku 1 oznaczałoby to, że piłki po osiągnięciu maksymalnej wysokości (Ek = 0) z jakiegoś powodu byłyby przesunięte wyżej, na wyższy pułap w "przestrzeni rysunku".

*

Załóżmy zatem w idei alchemii hydroelektronowej ("Nie róbcie tego w garażu..."), że ta ilość elektronów w skali n (e) = x * 10¹³ przyczynia się do przemian w wodzie ( H⁺ + e^- = H ), w wyniku których powstają atomy wodoru w ilości n ( H ) = x * 10¹³ i odpowiednio atomy tlenu, oraz również cząsteczki wodoru n (H₂ ) = 1/2 * x * 10¹³ i odpowiednio cząsteczki tlenu, ponadto zachodzi impuls czyniący reakcję cząsteczek wodoru i tlenu ze sobą:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Całkowita energia wiązania cząsteczek wody jest większa niż energia wiązania reagentów, dlatego w tej reakcji następuje uwolnienie energii w ilości 5,7 eV. W idei "alchemii hydroelektronowej":

4H₂O + 4H₂O ⇌ 4H₃O⁺ + 4OH⁻ + 4e^- → 4H₂O + 2H₂ + 4OH⁻  → 6H₂O + 2H₂ + O₂ + 4e^- → 8H₂O + 4e^- 

Dodane 4 elektrony swobodne odbierają 4 protony z jonów H₃O⁺. Dwa jony OH^- tworzą jedną cząsteczkę wody i jeden atom tlenu. Zatem 4 jony OH^- tworzą 2 cząsteczki wody i 2 atomy tlenu, z których powstaje cząsteczka tlenu. W reakcji 2 cząsteczek wodoru z cząsteczką tlenu powstają dwie cząsteczki wody (pary wodnej).  "Z 8 cząsteczek wody w stanie ciekłym powstają 2 cząsteczki H₂O w stanie gazowym (para wodna)". Uwalniane są 4 elektrony swobodne oraz energia.

Zatem dla n (e) w skali ilości rzędu 10¹³, ilość tej energii E_w (H₂O) wynosi:

E_w (H₂O) = 1/4 * x * 10¹³ * 5,7 eV = 1,425 * x * 10¹³ eV.

1 eV = 1,602 * 10^-19 J

E_w (H₂O) = 1,425 * x * 10¹³ * 1,6 * 10^-19 J = x * 2,28 * 10^-6 J

*

18.03.2018 r.

Demonstracja na AGH "Ucieczka ładunku na powierzchnię zewnętrzną" - link