Возникновение задачи. 
Магнитодинамика суперпозиции полей в радиотехнических задачах

После интенсивных экспериментальных исследований в начале XIX века результаты опытов Х. Эрстеда, А. Ампера, М. Фарадея и других исследователей были использованы Дж. Максвеллом в качестве аксиоматической основы электродинамики в виде известных уравнений Максвелла:

(1),.

(2),.

(3),.

(4).

Так как в период создания классической электродинамики природа магнетизма была неизвестна, до создания теории атомно-молекулярной структуры вещества, на основе которой и была в начале XX века разработана теория ферромагнетизма, феномен магнетизма воспринимался самостоятельно, то направление магнитной стрелки около провода с током было воспринято Х. Эрстедом непосредственно как ориентация магнитных сил. Именно вследствие этой неадекватности одной из аксиом в основаниях классической электродинамики сразу же возник так называемый «электромагнитный парадокс», заключающийся в несоответствии направления электромагнитного взаимодействия электрических токов третьему закону динамики И. Ньютона. Многочисленные попытки объяснить или снять этот «парадокс» за всю историю электродинамики лишь запутывали сущность вопроса и приводили к новым противоречиям в ней.

После замены в фундаментальной системе уравнений классической электродинамики неадэкватного положения, что:

(4),.

которое означает отсутствие источников магнитного поля, на соответствующий действительности принцип, что:

(5),.

оказалось возможным не только снять «электромагнитный парадокс», но и решить многие теоретические проблемы электродинамики и практические задачи электротехники.

Сводя полученные результаты с известными уравнениями Максвелла для стационарного тока, получим систему:

(6),.

(7),.

(8),.

на основе которой оказалось возможным решение задач в трехмерном пространстве («электромагнитный парадокс», взаимодействие тороидальных обмоток, взаимодействие длинных соленоидов и др.).

Одной из ярких иллюстраций изложенному является самоочевидный вывод магнитодинамики об электромагнитной индукции при изменении магнитного натяжения вблизи проводника с изменением тока во времени:

,.

.

В традиционном электродинамическом анализе этот выражение (10) можно получить лишь путем длительных преобразований по избавлению из выражений самой величины силовой характеристики — магнитной напряженности H через многоэтапные замены переменных параметров, заранее зная на основании эмпирического закона Фарадея о существовании такой величины — электродвижущей силы электромагнитной индукции. То есть, если в законе Фарадея:

принять во внимание, что.

.

Где:

.

а по закону Био-Савара-Лапласа.

.

то можно величину ЭДС выразить:

.

обозначив через константуА все постоянные коэффициенты всех предыдущих преобразований. Тогда лишь, выполнив дифференцирование выражения, получим, что.

.

которое отличается лишь масштабной константойА. К сказанному по выражениям для ЭДС электромагнитной индукции можно добавить, что величина ЭДС состоит из двух частей:

.

где:

Ясно, что Е1 возникает вследствие изменения тока I со временем, а E2 возникает в результате взаимодействия вторичного тока I2 с первичным I1 при изменении расстояния между ними. Данное обстоятельство, выраженное в зависимости необходимо отметить здесь особенно. Дело в том, что с позиций классической электродинамики эта функциональная зависимость не является самоочевидной, а нами выше она выявлена уже по заранее эмпирически известному выводу. Но зависимость ЭДС от () означает принципиальную возможность создания сверхвысоких напряжений в непосредственной близости от первичных проводников с переменными токами.

Так, например, электролиты, проводимость которых на 5−6 порядков меньше проводимости металлических проводников, традиционной электротехникой не рассматриваются в качестве возможных электрических цепей. Вместе с тем, из выражения непосредственно следует, что при погружении первичной обмотки в электролит возможно образовать в нем значительные токи и, следовательно, вызвать заметные электромагнитные (см. патенты РФ № 2 041 779, № 2 026 768 и др.) электромеханические (см. патенты РФ № 1 424 998, № 1 574 906 и др.) или электрохимические (см. патенты РФ № 2 147 555, № 2 197 550 и др.) и другие эффекты. На последних научно-практических конференциях «Сибресурс» и др. мне уже пришлось докладывать о технических решениях на основе этих принципов, поэтому ниже я лишь кратко напомню суть дела.