Страница 1 из 11

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 13 окт 2015, 21:43
peregoudov
Чем в стопицотый раз жевать всякую чушь в "СТО --- глазами полудурков", предлагаю подумать над неизбитым парадоксом.
По замкнутому контуру течет ток. Как обычно, чтобы упростить рассмотрение до одномерного, сильно вытянем контур в каком-то направлении и не будем интересоваться, что там на концах, тем более, что увеличением вытянутых сторон (без изменения конфигурации концов) всегда можно свести влияние концов на нет. В общем, есть два параллельных бесконечных провода, по которым текут равные и противоположно направленные токи. И пусть сечение одного провода больше сечения другого. Парадокс возникает, когда мы поинтересуемся, как в проводах движутся электроны.
Рассмотрим сначала ситуацию с классической точки зрения. Плотность тока $$j=env$$ в проводах должна быть разной, поскольку различно сечение, и может быть разной только из-за различной скорости электронов. Для определенности примем, что слева направо электроны движутся со скоростью $$v$$, а справа налево --- со скоростью $$2v$$. Понятно, в равных по длине кусках проводов первых электронов вдвое больше, чем вторых. Поинтересуемся теперь импульсом электронов. Поскольку импульс одного электрона равен $$mv$$, то полный импульс всех электронов равен в точности нулю: слева направо электроны движутся с вдвое меньшей скоростью, зато и самих их вдвое больше. И это вполне согласуется с тем, что как целое система электронов никуда не движется: электроны просто бегают по кругу.
Положение меняется, если мы рассмотрим ситуацию с точки зрения СТО. Выражение для тока остается тем же самым, тем же самым остается и соотношение количества летящих направо и налево электронов: первых вдвое больше. А вот с импульсом выходят чудеса, поскольку импульс в СТО равен $$mv/\sqrt{1-v^2\!/c^2}$$. В расчете на один летящий слева направо электрон система электронов имеет нескомпенсированный импульс $$mv/\sqrt{1-v^2\!/c^2}-\frac12m(2v)/\sqrt{1-(2v)^2\!/c^2}=mv(3v^2\!/2c^2+\ldots)$$. Но ведь если система электронов имеет отличный от нуля импульс, то она обязана как целое двигаться! А у нас электроны просто бегают по кругу.
Вот такой парадокс.
 

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 06:20
12d3
Ellipsoid писал(а):Source of the post поскольку импульс в СТО равен
Почему такая формула? Мне неочевидно, что усредненный по времени импульс электрона(он же беспорядочно движется) будет таким, если v - это дрейфовая скорость.

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 06:25
Сергей Сергеев
В замкнутом проводнике электроны движутся только хаотически. В электрической цепи там, где проводник  имеет меньшее сечение сопротивление, больше и потеря импульса электронами в форме выделения ими тепла (фотонов)..

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 07:38
zykov
Ellipsoid писал(а):Source of the post если система электронов имеет отличный от нуля импульс, то она обязана как целое двигаться
Какой-то странный вывод... Во-первых суммарный поток заряда через сечение равен нулю, значит и ток равен нулю. Причем тут импульс - не понятно.
Во-вторых, если уж рассматривать релятивистский импульс, то нужно это делать для всей системы, включая и поле.

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 08:50
peregoudov
Вывод не странный, а общеизвестный. Если система имеет импульс P и энергию E, то ее центр масс движется со скоростью P/E --- это просто закон сохранения лоренцева момента (смешанных компонент 4-момента импульса).

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 09:04
Анж
peregoudov писал(а):Source of the post Вывод не странный, а общеизвестный. Если система имеет импульс P и энергию E, то ее центр масс движется со скоростью P/E --- это просто закон сохранения лоренцева момента (смешанных компонент 4-момента импульса).
Для фотона не соблюдается. Например, $$\frac{p}{E}=\frac{5.52*10^{-27}}{1.656*10^{-18}}=3.333*10^{-9}$$

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 09:25
peregoudov
Соблюдается. Это вы в единицах измерения запутались.

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 09:34
Анж
peregoudov писал(а):Source of the post Это вы в единицах измерения запутались.
Да я в них, вообще, не лезла. Как-то так выходит:$$\frac{p}{E}=\frac{mv}{mvv}=\frac{1}{v}$$, а $$\frac{1}{v}$$ - время затрачиваемое на 1 метр ходу с такой скоростью. Кстати, фотон метр за столько и преодолевает.

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 09:39
Анж
можно и в единицах  - $$\frac{kgm}{c}/\frac{kgm^{2}}{c^{2}}=\frac{c}{m}$$

Новый парадокс СТО или Парадокс замкнутого тока

Добавлено: 14 окт 2015, 11:04
Bulatos
как электрик, со своей стороны: тонкий проводник имеет большее сопротивление. Разная степень нагрева проводов не может разрешить парадокс?
Во-вторых, а почему бы и не быть нескомпенсированному импульсу? Может, и будет двигаться система...