Curentul electric şi energia electrică

Autor: ing. Constantin Teodorescu

Articolul Curentul electric şi energia electrică este preluat din studiul Structură şi evoluţie şi, pe baza concepţiei elaborată în studiu, explică şi demonstrează în ce constă curentul electric şi energia electrică şi calea cea mai eficientă de obţinere a a cesteia.

Cuprins:

1   Reţeaua cristalină a conductorilor metalici

2   Molecula de formă cubică compactă

3   Crearea fluxului de electroni prin conductorul metalic

4   Energia electrică

1   Reţeaua cristalină a conductorilor metalici

De-a lungul întregului studiu [1] nu s-au făcut referiri la electricitate sau la curentul electric, deoarece aspectele analizate nu au presupus asemenea legături. Cum însă electricitatea face parte nemijlocită din viaţa noastră cotidiană, abordarea acesteia nu poate fi evitată şi este făcută ca aplicaţie. 

Aşa cum am procedat de-a lungul întregului studiu, începem abordarea, şi în acest caz, prin preluarea câtorva date de definiţie, referitoare la curentul electric.

În [2], la curent electric, se spune: „1. Deplasarea sarcinilor electrice într-o anumită direcţie, sub acţiunea unui câmp electric. O caracteristică de bază, utilă în aplicaţii tehnice, a curentului electric o constituie transportul de energie. ... După natura particulelor încărcate, curentul electric poate fi: de conducţie, de convecţie, de deplasare, de polarizaţie sau molecular. Deplasarea dirijată a sarcinilor elementare (electronii) sau a particulelor microscopice încărcate electric constituie curentul electric de conducţie. După natura particulelor în mişcare (numite purtători de sarcină), există curent ionic, electronic sau lacunar (de goluri). Curentul electric de convecţie constă în deplasarea dirijată, relativă la mediul considerat, a unor sisteme de particule încărcate electric. Curentul de deplasare este denumirea dată oricărui flux electric variabil în timp, capabil să producă un câmp magnetic rotaţional. Deplasarea relativă a purtătorilor de sarcină legaţi, care duce la polarizarea electrică a corpurilor, se numeşte curent electric de polarizaţie. Curentul molecular (sau amperian) constă în mişcarea pe orbite închise, de dimensiuni submoleculare, sau rotaţia în jurul axelor proprii a particulelor elementare încărcate electric.”

În [3], la metale, se arată: „Datorită faptului că legătura metalică nu este dirijată în spaţiu, majoritatea metalelor cristalizează în reţele cu structurile cele mai compacte (reţea cubică compactă, hexagonală compactă şi, mai rar, reţea cubică centrată intern). Astfel metalele Cu, Ag, Au, Al, Pb, Ni, Rh, Pd etc. cristalizează într-o reţea cubică cu feţe centrate; metalele Be, Mg, Zn, Cd, Ti, Zr, Cr, Co etc. cristalizează într-o reţea hexagonală compactă. ... Metalele sînt bune conducătoare de căldură şi electricitate (conductori de ordinul I) şi se deosebesc de ceilalţi conductori, electroliţi, prin valoarea mult mai mare a conductibilităţii lor electrice, prin mecanismul însuşi al transportului electricităţii, cît şi prin variaţia conductibilităţii electrice cu temperatura. Trecerea curentului electric prin metale are loc fără migrare de materie (prin intermediul electronilor), iar conductibilitatea electrică a metalelor creşte cu scăderea temperaturii. La temperaturi foarte joase, conductibilitatea electrică a metalelor atinge valori foarte mari (fenomenul de supraconductibilitate). Cei mai buni conductori electrici şi termici sînt Ag, Cu, Au, Rh, Ir, Zn, Co, Ni etc.”

În fine, în [4], paragraful 160, Cauza rezistenţei electrice, se explică circulaţia curentului electric în metale: „Rezultatele experienţelor, ..., au arătat că în metale există electroni capabili să se deplaseze prin metal. Astfel de electroni sânt denumiţi electroni de conducţie. Existenţa electronilor mobili condiţionează conductivitatea electrică a metalelor.

Deoarece în lipsa curentului, sarcinile de volum nu se manifestă (în conductorul de secţiune constantă acestea nu se manifestă nici în prezenţa curentului), de aci se poate conchide că în metale există şi sarcini pozitive, care, totuşi, nu participă la formarea curentului. Sarcinile pozitive din metal sânt ionii, aflaţi în poziţii de echilibru determinate, care formează reţeaua cristalină a metalului. ...

Electronii de conducţie nu  se mişcă în metal liberi, ci se izbesc de reţeaua de ioni. În absenţa câmpului electric exterior, electronii execută numai mişcarea termică dezordonată. Prin aceasta, fiecare electron descrie o traiectorie complexă, asemănătoare traiectoriei atomului de gaz sau particulei care execută o mişcare browniană. Ca urmare a dezordinii termice, numărul electronilor care se mişcă într-o direcţie oarecare, în medie, este totdeauna egal cu numărul electronilor care se mişcă în direcţia contrară. De aceea, în lipsa câmpului exterior, sarcina totală deplasată pe oricare direcţie este nulă, adică, în metal, lipseşte curentul.

La aplicarea unui câmp electric exterior, electronii capătă o mişcare ordonată suplimentară, în direcţia opusă direcţiei câmpului (deoarece sarcina electronului este negativă). Astfel, în prezenţa câmpului exterior, mişcarea efectivă a electronilor reprezintă suma mişcărilor ordonată şi dezordonată şi, prin urmare, apare o mişcare preponderentă a electronilor. În acest caz, numărul electronilor care se mişcă în sensul contrar direcţiei câmpului depăşeşte numărul electronilor care se mişcă pe direcţia câmpului, astfel că apare un transport de sarcini electrice, adică apare curentul electric.”   

Ca un prim aspect, să constatăm că există mai multe tipuri de curent electric, care se deosebesc după natura şi felul sarcinilor electrice deplasate, după felul de deplasare sau după caracterul câmpului magnetic creat prin variaţia în timp a fluxului electric.

Există însă şi o trăsătură comună tuturor acestor tipuri de curent electric. În definiţia reprodusă mai sus din [2], se face menţiunea că „o caracteristică de bază, utilă în aplicaţii tehnice, a curentului electric o constituie transportul de energie”.

Prin urmare, existenţa oricărui curent electric, indiferent de forma şi natura sa, înseamnă efectuarea unui transport de energie, de-a lungul traseului acestuia.

Al doilea aspect constă în faptul că nu toate corpurile materiale şi nu toate elementele naturale sânt bune conducătoare de electricitate. Aşa cum rezultă din citatul din [3], metalele sânt bune conducătoare de energie electrică deoarece, neavând legătura metalică dirijată în spaţiu „... majoritatea metalelor cristalizează în reţele cu structurile cele mai compacte (reţea cubică compactă, hexagonală compactă şi, mai rar, reţea cubică centrată intern)”.

Cum cei mai buni conductori electrici şi termici sânt metale care cristalizează în reţea cubică compactă, cu atomi în toate colţurile şi în toate centrele feţelor cubului, cum sânt Ag, Cu, Au, Rh, rezultă că reţeaua cubică compactă este cea care permite cel mai bun transport de energie electrică sau termică.

Al treilea aspect se referă la modul cum se face transportul energiei electrice prin conductor. În citatul din [3], se arată că „trecerea curentului electric prin metale are loc fără migrare de materie (prin intermediul electronilor)”, adică reţeaua cristalină rămâne (se menţine) tot timpul intactă şi se deplasează doar electronii.

Iar în citatul din [4], se precizează că „în prezenţa câmpului exterior, mişcarea efectivă a electronilor reprezintă suma mişcărilor ordonată şi dezordonată şi, prin urmare, apare o mişcare preponderentă a electronilor. În acest caz, numărul electronilor care se mişcă în sensul contrar direcţiei câmpului depăşeşte numărul electronilor care se mişcă pe direcţia câmpului, astfel că apare un transport de sarcini electrice, adică apare curentul electric.”

Prin urmare, din toate citatele prezentate mai sus, se desprinde ideea că transportul de energie este efectuat de curentul electric, prin mişcarea numai a electronilor liberi de-a lungul reţelei cristaline a conductorului, reţeaua cristalină rămânând permanent intactă. Iar mişcarea electronilor se produce din aproape în aproape, din moleculă în moleculă, în sensul de propagare.

2   Molecula de formă cubică compactă

Să reluăm ideea exprimată mai sus, precum că cei mai buni conductori electrici şi termici sânt metalele care cristalizează în reţea cubică compactă. Totodată, să remarcăm că în reţeaua cubică compactă se află câte un atom în fiecare dintre cele opt colţuri ale cubului şi în fiecare dintre cele şase centre ale feţelor cubului, ca în figura 1. În colţuri sânt atomii A₁, A₂, ..._, A₈, în centrele feţelor faţă şi spate – atomii A₉, A₁₀, feţelor jos, sus – atomii A₁₁, A₁₂, feţelor stânga, dreapta – atomii A₁₃, A₁₄.

Pentru a nu aglomera figura inutil, pe fiecare faţă a fost trasată câte o diagonală, iar pe feţele paralele şi diagonalele sânt paralele.

E uşor de observat că atomii moleculei cubice compacte sânt dispuşi în patru straturi:

-        două straturi exterioare, dispuse pe două feţe paralele ale cubului, fiecare cu câte patru atomi dispuşi în colţurile feţei, A₁, A₂, A₃, A₄ şi A₅, A₆, A₇, A₈, figura 1, 

-        un strat interior complet, care este format din patru atomi dispuşi în cruce, între feţele straturilor exterioare, A₁₁, A₁₂, A₁₃, A₁₄  şi

-        un strat interior incomplet, care este format doar din doi atomi dispuşi în centrele feţelor ce conţin straturile exterioare, A₉ şi A₁₀.

Să analizăm, pe rând, aceste straturi şi să începem cu unul dintre straturile exterioare. Ne folosim de figura 2.

Notăm cu P punctul curent al unei linii echipotenţiale, cu r distanţa punctului P la centrul feţei, marcat cu 0, cu r₁, r₂, r₃ şi r₄ distanţele la atomii A₁, A₂, A₃ şi A₄, cu a distanţele dintre atomi şi centrul feţei şi cu (fi) unghiul format de distanţa r cu dreapta A₂A₄. Cu aceste notaţii, distanţele dintre atomii vecini, laturile cubului, sânt egale cu „aradicaldindoi”.

Conform relaţiei (8.9), din capitolul 8 din [1], potenţialul liniei echipotenţiale pe care se roteşte un electron în jurul nucleului este exprimat prin relaţia

U(r) = – ez – e[(z³/3) + (z²/2)]/(r_z)²,                 (1)

în care r este distanţa la centrul nucleului, r_z este distanţa la axa de rotaţie giroscopică a nucleului, iar z este cota faţă de planul ecuatorial.

Dacă, la fel ca în capitolul 8, admitem că electronul se roteşte într-un plan paralel cu planul ecuatorial al atomului, adică admitem că z = const., ceea ce corespunde liniilor echipotenţiale din jurul nucleului atomului, care sânt cercuri concentrice în jurul axei z, obţinem simplificarea relaţiei (1), astfel:

U(r) = – ec_z1 – ec_z2/(r_z)²,           (2)

unde

c_z1 = z ;   c_z2 = [(z³/3) + (z²/2)].                        (3)

În punctul P, figura 2, potenţialele celor patru atomi ai stratului se exprimă prin relaţiile:

U_A1(r₁, z = const.)  = – ec_z1 – ec_z2/(r₁)² ;

U_A2(r₂, z = const.)  = – ec_z1 – ec_z2/(r₂)² ;           (4)

U_A3(r₃, z = const.)  = – ec_z1 – ec_z2/(r₃)² ;

U_A4(r₄, z = const.)  = – ec_z1 – ec_z2/(r₄)² .

Punctul P fiind la aceeaşi cotă pentru toţi cei patru atomi, coeficienţii c_z1 şi c_z2 sânt aceiaşi pentru toţi atomii, iar potenţialul sumă în punctul P este suma celor patru potenţiale, adică:

U_P(z = const.)  = – ec_z1 – ec_z2[1 /(r₁)² + 1 /(r₂)² + 1 /(r₃)² + 1 /(r₄)²].                  (5)

După cum se vede, potenţialul sumă al celor patru atomi, într-un punct oarecare P, este o sumă de doi termeni, dintre care primul termen este constant iar al doilea termen are ca variabilă produsul pătratelor distanţelor r₁, r₂, r₃ şi r₄. Rezultă că punctul P descrie o linie echipotenţială, în câmpurile de energie ale celor patru atomi, dacă este satisfăcută condiţia

(r₁)²(r₂)²(r₃)²(r₄)² = const,         rezultă                         U_P(z = const.)  = const.           (6)       

Să revenim la figura 2 şi să observăm că distanţele r₁, r₂, r₃ şi r₄ pot fi exprimate, în funcţie de r, a şi (fi), prin teorema cosinusului:

(r₁)² = r² + a² + 2ar sin(fi);

(r₂)² = r² + a² – 2ar cos(fi);

(r₃)² = r² + a² – 2ar sin(fi);                   (7)

(r₁)² = r² + a² + 2ar cos(fi).

Produsul pătratelor distanţelor punctului P la centrele celor patru atomi, după efectuarea calculelor, se obţine sub forma:

(r₁)²(r₂)²(r₃)²(r₄)² = r⁸ – 2a⁴r⁴ cos[4(fi)] + a⁸.                 (8)

Relaţia (8) reprezintă relaţia (6.2.12) din subcapitolul 6.2 din [1], caracteristică ovalelor Cassini:

r⁴ – 2a²r² cos[2(fi)] + a⁴ – b⁴ = 0.         (9)

Aceasta înseamnă că produsul (r₁)²(r₂)²(r₃)²(r₄)² reprezintă o constantă de forma

(r₁)²(r₂)²(r₃)²(r₄)² = b⁸ ,  (10)

adică, liniile echipotenţiale din jurul stratului celor patru atomi sânt ovale Cassini.

În mod absolut identic şi în cel de al doilea strat exterior, dispus pe faţa paralelă primului strat, liniile echipotenţiale sânt tot ovale Cassini, care înconjoară pe toţi cei patru atomi.

Stratul interior complet de atomi diferă de straturile exterioare doar prin faptul că este rotit în plan vertical cu (pi) /4 şi are latura pătratului egală cu a_i = a radicaldindoi/2. Analiza executată în [1] a arătat că şi liniile echipotenţiale ale stratului interior complet sânt tot de forma ovalelor Cassini. 

În stratul interior incomplet, cei doi atomi sânt focarele ovalelor Cassini tot de parametrul a_i.

Rezultă că, în toate cele patru straturi de atomi ale moleculei cubice compacte, două exterioare paralele şi două interioare ortogonale, liniile echipotenţiale sânt ovale Cassini.

Prin urmare, pentru molecula cubică compactă a metalelor bune conducătoare electric şi termic, desprindem următoarele concluzii:

1)      În ordonarea lor cubică, cei 14 atomi ai moleculei sânt dispuşi în patru straturi: două straturi exterioare, formate din câte patru atomi dispuşi pe feţe paralele ale cubului, cu atom în fiecare din cele patru colţuri, şi două straturi interioare, ortogonale, plasate între straturile exterioare, unul complet format din patru atomi dispuşi în cruce, în centrele celor patru feţe ale cubului dintre feţele ce conţin straturile exterioare, şi unul incomplet format din doi atomi dispuşi în centrele feţelor ce conţin straturile exterioare.

2)      Electronii periferici ai atomilor din toate straturile, exterioare şi interioare, se mişcă pe traiectorii comune, de forma ovalelor lui Cassini, corespunzătoare liniilor echipotenţiale, şi înconjoară toţi atomii din compunerea stratului respectiv.

În continuare, să mai analizăm câteva aspecte ale moleculei cubice compacte.

În paragraful precedent, este citată, din [4], afirmaţia potrivit căreia

„ În absenţa câmpului electric exterior, ... fiecare electron descrie o traiectorie complexă, asemănătoare traiectoriei atomului de gaz sau particulei care execută o mişcare browniană. Ca urmare a dezordinii termice, numărul electronilor care se mişcă într-o direcţie oarecare, în medie, este totdeauna egal cu numărul electronilor care se mişcă în direcţia contrară. De aceea, în lipsa câmpului exterior, sarcina totală deplasată pe oricare direcţie este nulă, adică, în metal, lipseşte curentul”.

Acum, ne pare evidentă contradicţia dintre structura perfect ordonată a moleculei cubice compacte şi presupusa mişcare dezordonată (browniană) a electronilor din interiorul său. Şi, aşa cum intuitiv era de aşteptat, analiza a arătat că unei structuri perfect ordonate îi corespunde, de asemenea, o mişcare perfect ordonată a electronilor.

Dar deşi ordonată, mişcarea electronilor în cadrul moleculei cubice compacte se produce astfel încât este satisfăcut integral efectul presupusei mişcări dezordonate (browniene) a electronilor, anume că „numărul electronilor care se mişcă într-o direcţie ... este totdeauna egal cu numărul electronilor care se mişcă în direcţia contrară”, ceea ce arată că afirmaţiile din citatul reprodus sânt corecte, deşi au la bază o ipoteză nu tocmai corectă. 

Totodată, trebuie avut în vedere şi faptul că, în cadrul mişcării perfect ordoante a electronilor în molecula cubică compactă, pe fiecare dintre traiectoriile corespunzătoare liniilor echipotenţiale ale celor patru straturi de atomi, electronii care le populează sânt uniform distribuiţi, sub influenţa forţelor reciproce de atracţie dintre ei, şi alcătuiesc o structură stabilă de mişcări giroscopice.

(Fenomenul este asemănător celui descris în subcapitolul 6.1 din [1], la stabilitatea mişcării giroscopice a galaxiilor).

Cum traiectoriile sânt  ovale Cassini şi cum distribuirea electronilor de-a lungul fiecăreia dintre traiectoriile ocupate este uniformă, este absolut evident că, în permanenţă, numărul de electroni care se mişcă într-o direcţie este egal cu numărul de electroni care se mişcă în direcţia opusă.

Să mai remarcăm că, în fiecare dintre cele două straturi exterioare ale moleculei cubice compacte, mişcările giroscopice ale celor patru atomi componenţi sânt sincrone, au axele de rotaţie giroscopică paralele şi au vitezele de rotaţie unghiulare paralele şi de acelaşi sens, fiecare strat formând o structură giroscopică unitară.

Sincronismul mişcărilor giroscopice se manifestă şi între cele două straturi exterioare ale moleculei cubice compacte, numai că vitezele de rotaţie unghiulare ale celor două straturi sânt de sensuri opuse.

Atomii din centrele feţelor care conţin straturile exterioare au axele de rotaţie  giroscopică, deci şi vitezele de rotaţie unghiulare, în planul feţei, adică perpendiculare pe axele de rotaţie ale atomilor straturilor exterioare. Din această cauză, aceşti atomi nu aparţin straturilor exterioare.

Mişcările giroscopice ale atomilor sânt sincrone şi în straturile interioare. În ambele straturi, complet şi incomplet, atomii au axele de rotaţie giroscopică paralele şi planele ecuatoriale coplanare, adică electronii atomilor din strat se rotesc în acelaşi plan.

Sincronismul mişcărilor giroscopice ale atomilor moleculei cubice compacte este condiţionat de uniformitatea atomilor ce compun molecula, de energia mediului înconjurător şi de rigiditatea legăturilor în cadrul moleculei.

În fine, să remarcăm că între cele patru straturi de atomi ce compun molecula cubică compactă sânt patru spaţii libere, patru canale, ca în figura 3.

Şi, să încheiem paragraful, cu concluziile:

3)      Atomii moleculei cubice compacte au mişcările giroscopice sincrone, ca urmare a identităţii lor, a legăturilor rigide în cadrul moleculei şi a mediului exterior comun.

4)      Vitezele unghiulare de rotaţie giroscopică sânt paralele şi de acelaşi sens în fiecare dintre straturile exterioare, sânt paralele şi de sensuri opuse între straturile exterioare şi sânt paralele şi de acelaşi sens şi în fiecare dintre straturile interioare complet şi incomplet.

5)      Electronii care au o traiectorie comună sânt distribuiţi uniform de-a lungul acesteia. Ca urmare şi a simetriei moleculei, numărul electronilor care se mişcă pe o direcţie este egal, în permanenţă, cu numărul electronilor care se mişcă pe direcţia contrară, dacă din exterior nu se impune o altă ordine.

6)      Între straturile de atomi ale moleculei cubice compacte sânt patru spaţii (canale) libere.

12.2.3   Crearea fluxului de electroni prin conductorul metalic

Dispunerea ordonată a atomilor şi fixarea sincronă a acestora în straturi reciproc ortogonale, în molecula cubică compactă, conduc la formarea de câmpuri de energie cu liniile echipotenţiale dispuse în plane reciproc ortogonale. Ca urmare, în conductorul metalic cu o astfel de structură moleculară, două molecule vecine se vor dispune, una faţă de alta, astfel încât liniile echipotenţiale ale câmpurilor de energie similare să fie situate în acelaşi plan, pentru a se realiza sincronizarea mişcărilor giroscopice ale atomilor şi straturilor componente, la nivelul ansamblului celor două molecule.

Din aceleaşi considerente, procesul de aranjare ordonată a moleculelor nu se reduce doar la câteva molecule vecine, ci se produce la scara întregului conductor metalic, încă din momentul fabricării acestuia, astfel că, de-a lungul său, sânt dispuse, unul lângă altul, şiruri de molecule identice ca structură şi cu câmpuri de energie identic orientate. În felul acesta, canalele din cadrul moleculelor aceluiaşi şir, aşa cum sânt prezentate în figura 3, au continuitate de-a lungul întregului şir de molecule, de la un capăt la altul al conductorului. La nivelul conductorului, acesta este străbătut, de la un capăt la altul, de un număr de canale continue egal cu numărul de şiruri de molecule înmulţit cu patru. 

Într-un şir de molecule, straturile exterioare sânt dispuse unul în continuarea altuia, de la moleculă la moleculă, astfel că formează două laturi continue. Pe fiecare latură a şirului de molecule, vitezele de rotaţie unghiulare ale straturile exterioare ale moleculelor vecine sânt de sensuri opuse, astfel că rotaţia electronilor, pe ovalele echipotenţiale Cassini, are sensuri diferite de la o moleculă la alta, ca în figura 4.


În lipsa unei cauze exterioare, prin toate şirurile de molecule ale unui conductor metalic format din molecule cubice compacte, nu circulă nici electroni şi nici energie, mişcarea electronilor limitându-se doar la cadrul molecular. Aşa cum s-a arătat mai sus, fiecare atom din conductor are o mişcare giroscopică proprie, dar sincronizată cu mişcările giroscopice ale atomilor din cadrul stratului şi moleculei în care este rigid legat, şi mişcarea electronilor săi nu depăşeşte limitele moleculei, astfel că, de-a lungul întregului conductor, nu se manifestă nici o schimbare sau transport de energie.

Să admitem că energia creşte brusc, la un capăt al conductorului, şi se aplică numai acestuia, nu şi mediului înconjurător. La capătul conductorului, energia crescută brusc se aplică, simultan, tuturor şirurilor de molecule ce compun conductorul.

Întrucât nu există nici o oprelişte ca energia să pătrundă în şirurile de molecule cubice compacte, pătrunde în spaţiile (canalele) libere ale acestora şi se răspândeşte de-a lungul întregului conductor.

La trecerea printr-o moleculă cubică compactă, o parte din energie este preluată de atomii acesteia. Creşterea energiei atomilor moleculei conduce la amplificarea mişcărilor giroscopice şi la creşterea forţelor de atracţie ale structurilor de energie ale acestora, deci, implicit, conduce la creşterea potenţialelor fiecărui atom. Ca efect, liniile echipotenţiale ale straturilor de atomi se alungesc şi se micşorează distanţele dintre liniile echipotenţiale ale moleculelor vecine, astfel că electronii pot trece de la o moleculă la alta, în sensul curgerii energiei, având în vedere şi creşterea vitezelor de rotaţie liniare ale acestora.

Cum pe o linie echipotenţială nu poate fi mărit numărul de electroni, electronii proaspăt veniţi alungă electronii vechi, în continuare, spre moleculele vecine, ca în figura 5.

                                                              

În acest fel, se formează un flux de electroni care se propagă de-a lungul conductorului.

Fluxul de electroni care străbate un şir de molecule nu este unitar, ci este format din trei fascicule situate, câte unul, în planele straturilor exterioare de atomi şi în planul stratului interior complet de atomi.

Straturile interioare incomplete nu participă la fluxul de electroni, deoarece planele de rotaţie a electronilor ale acestora sânt perpendiculare pe canalele şirurilor. 

La creşterea energiei transmise prin conductor, traiectoriile electronilor, corespunzătoare liniilor echipotenţiale, se alungesc continuu, tinzând să ia forma lemniscatei (fundei lui Bernoulli), şi tot mai mulţi electroni îngroaşă fasciculele ce se propagă în lungul conductorului.

Când energia transmisă prin conductor atinge valoarea care transformă traiectoriile ovale ale electronilor în lemniscate, se produce ruperea moleculelor de formă cubică compactă şi distrugerea conductorului. Este cazul scurtcircuitelor sau arderii siguranţelor fuzibile.

Prin urmare, există o limită a energiei pe care un conductor o poate transmite. Limita de energie ce poate fi transmisă este direct proporţională cu secţiunea conductorului, adică cu numărul de şiruri de molecule pe care îl conţine.

Este evident că nu toată energia aplicată la intrarea conductorului ajunge la ieşire. Aşa cum s-a arătat mai sus, o parte din energie este preluată de moleculele străbătute şi produce mărirea energiilor giroscopice ale atomilor şi creşterea potenţialelor acestora, ceea ce duce la alungirea traiectoriilor electronilor, care sânt linii echipotenţiale de tipul ovalelor Cassini. Fenomenul este perceput prin încălzirea conductorului, (a se vedea capitolul 4 din [1] şi postările „Căldura şi temperatura particulei” şi „Căldura şi temperatura în atomi şi molecule”). Totalul energiei preluate de atomii conductorului este interpretată drept rezistenţa conductorului la transmiterea energiei.

Dacă, în mod artificial, temperatura conductorului este scăzută atât de mult încât traiectoriile electronilor, care sânt linii echipotenţiale de tipul ovalelor Cassini, devin circulare, energia pe care atomii moleculelor o preiau din energia transmisă prin conductor este aproape nulă, adică conductorul îşi pierde rezistenţa, fenomen numit superconductibilitate. Starea de superconductibilitate este menţinută atâta vreme cât temperatura conductorului este menţinută scăzută, fiind o stare artificial indusă şi nu o stare naturală, permanentă.

Explicaţia stării de superconductibilitate este simplă: Cum mişcarea pe o traiectorie circulară se produce fără consum de energie, fără executarea de lucru mecanic, şi cum traiectoriile tuturor electronilor din conductor sânt de formă circulară, la temperatura scăzută de superconductibilitate, atât mişcările circulare ale electronilor cât şi mişcările giroscopice ale nucleelor tuturor atomilor din conductor se produc fără consum suplimentar de energie, se menţin la valori constante. De fapt, consumul de energie se produce prin menţinerea conductorului la temperatura scăzută.

Curgerea energiei prin conductor este însoţită şi de un alt fenomen. În secţiunea conductorului, energia se prezintă sub formă de fascicule, corespunzătoare canalelor din moleculele cubice compacte, aşa cum este arătat în figura 3. Fasciculele de energie sânt separate de goluri, prin care circulă fluxul de electroni (şi el sub formă de fascicule). Prin urmare, într-o secţiune a conductorului, energia se prezintă sub forma unor zone separate de goluri. Conform analizei din capitolul 5 din [1], structura de energie din secţiunea conductorului străbătut de energie acţionează asupra energiei din exteriorul conductorului, prin forţe radiale pe axa conductorului. Sub acţiunea forţelor radiale, energia din exteriorul conductorului este restructurată într-un câmp de energie cu linii de forţă de formă circulară, perpendiculare pe forţele radiale şi cu densitatea de energie descrescătoare radial.

La întreruperea transmiterii energiei prin conductor, electronii din toate fasciculele îşi reiau rotaţiile pe liniile echipotenţiale închise din cadrul moleculelor, fiecare în molecula în care a fost surprins şi în stratul căruia îi aparţine.

Cum dispunerea electronilor de-a lungul fasciculelor este uniformă, la întreruperea transmiterii energiei, redistribuirea electronilor pe molecule este, de asemenea, uniformă, astfel că dispare orice transfer de electroni între molecule.

Treptat, energia acumulată în plus în molecule este cedată mediului înconjurător  şi conductorul revine la starea iniţială.

De asemenea, câmpul de energie restructurat în jurul conductorului se disipă în câmpul de energie din mediul înconjurător.

În concluzie:

7)      Conductorul metalic format din molecule cubice compacte are, de-a lungul său, şiruri de molecule care au identic orientate atât structura atomică cât şi câmpurile de energie cu planele liniilor echipotenţiale ale acestora. În fiecare şir de molecule, rotaţia electronilor din straturile exterioare şi din stratul interior complet alternează între moleculele vecine.

8)      La aplicarea unei creşteri de energie la un capăt al conductorului, aceasta se transmite tuturor şirurilor de molecule şi, prin canalele acestora, parcurge întregul conductor. La trecerea printr-o moleculă, creşte energia giroscopică a atomilor acesteia, cresc potenţialele câmpurilor de energie şi se alungesc ovalele liniilor echipotenţiale, cresc şi vitezele liniare de rotaţie a electronilor pe ovalele echipotenţiale, astfel că electronii periferici trec către moleculele vecine, în sensul propagării energiei prin conductor, formând un flux de electroni.

9)      Energia consumată de moleculele conductorului diminuează energia transmisă prin conductor şi este percepută ca rezistenţa conductorului.

10)  Energia transmisă prin conductor, prin forţe radiale,  restructurează energia din jurul conductorului într-un câmp de energie cu linii de forţă de formă circulară şi cu densitatea de energie descrescătoare radial.

11)  În conductor există atâtea fluxuri de electroni, câte şiruri de molecule există. Fluxul de electroni al fiecărui şir de molecule este format din trei fascicule, corespunzătoare celor două straturi exterioare de atomi şi stratului interior complet, existente în fiecare moleculă a şirului. De-a lungul fluxului, electronii sânt distribuiţi uniform în fiecare fascicul.

12)  La creşterea energiei peste o anumită limită, ovalele liniilor echipotenţiale se alungesc atât de mult că iau forma lemniscatei (fundei lui Bernoulli), ceea ce produce desfacerea moleculei. Este cazul scurtcircuitului sau arderii siguranţei fuzibile.

13)  La dispariţia creşterii de energie de la capătul conductorului, electronii întregului flux rămân în moleculele în care au fost surprinşi şi îşi reiau mişcarea de rotaţie pe ovalele liniilor echipotenţiale. Treptat, energia acumulată în molecule este cedată mediului înconjurător, iar câmpul de energie restructurat în jurul conductorului este disipat în câmpul de energie din mediul înconjurător.

4   Energia electrică

Până aci, am evitat, intenţionat, folosirea termenilor de curent electric, de energie electrică şi de câmp magnetic. A sosit momentul să ne explicăm.

Deşi s-a demonstrat, în paragraful precedent, formarea fluxului de electroni într-un conductor străbătut de energie, nu considerăm curentul electric ca fiind doar un flux de electroni. Ba dimpotrivă, în paragraful precedent, s-a demonstrat că fluxul de electroni este el însuşi o consecinţă a propagării energiei prin conductor.

Prin urmare, fenomenele electrice nu sânt cauzate de electroni, ci sânt manifestări ale unor concentrări de energie peste anumite structuri materiale, ceea ce schimbă nu numai abordarea, dar ne dezvăluie alte perspective de a obţine energie.

În capitolul 4 din [1], s-a arătat că energia termică, numită şi căldură, nu este altceva decât energie acumulată treptat într-un corp material, sub formă de energie giroscopică, la nivelul atomilor şi moleculelor, de energie de mişcare ale unor părţi ale corpului faţă de altele şi de mişcare a corpului în raport cu alte corpuri.

Spre deosebire de căldură, energia electrică este o manifestare bruscă a energiei asupra corpului material, iar forma manifestării depinde de structura corpului material.

Ca să înţelegem corect fenomenul electric, să asemuim energia cu un fluid, de exemplu cu apa.

Privitor la modul de manifestare, apa revărsată peste o pajişte, de o ploaie măruntă, liniştită, este imediat absorbită de sol, prin vasele capilare ale acestuia. În schimb, apa revărsată de o ploaie torenţială produce băltoace, torente şi chiar  inundaţii.

La fel şi energia: când se manifestă, asupra unui corp, treptat şi în cantităţi mici, produce încălzirea acestuia; iar când manifestarea este bruscă, produce efecte electrice.

Privitor la structura corpului asupra căruia se acţionează, apa căzută pe sol se infiltrează prin vasele capilare ale acestuia, în timp ce apa căzută pe un acoperiş de tablă, se scurge imediat. La deschiderea robinetului unei cişmele fără canalizare, apa se va împrăştia în spaţiul din jur. Dar dacă se cuplează un furtun, la robinet, apa este dusă fie la răzoarele care trebuie udate, fie la focul ce trebuie stins, fie la altă destinaţie dorită.

La fel şi energia, este absorbită de corpul asupra căruia acţionează sau este transportată de acesta, către alte destinaţii.

Analogia dintre energie şi apă ne arată că între un conductor electric şi furtunul grădinarului sau pompierului nu este decât o diferenţă de construcţie internă: în timp ce furtunul are un singur canal prin care curge apa, conductorul metalic are o structură de canale prin care curge energia.

În lumina celor arătate mai sus, coroborate şi cu analiza structurii de energie efectuată în capitolul 5 din [1], să desprindem concluziile:

14)  Energia electrică constă în structuri de energie care se manifestă în mediul înconjurător sau în corpurile materiale, sub diferite forme:

-        Energia electrostatică este energia acumulată în structurile de energie ale moleculelor corpurilor izolatoare electric, în exces sau în deficit, în funcţie de structura corpului material izolator, în procesul de electrizare.

-        Curentul electric este un mănunchi de fluxuri de energie ce curg prin canalele moleculelor cubice compacte ale conductorului electric, conform celor arătate în subparagraful 3 şi figura 3. Cum de-a lungul axei centrale a mănunchiului de fluxuri de energie e o gaură lipsită de energie, curentul electric este de fapt o structură de energie transversală, ce se deplasează de-a lungul conductorului, însoţită de o restructurare a energiei exterioare conductorului, sub formă de câmp magnetic.

15)  Unda electromagnetică de lumină este o structură de energie cu mişcare giroscopică, care se propagă rectiliniu în mediul înconjurător. (A se vedea şi paragraful 12.5 din [1] şi postarea „Fotonul”).

O astfel de înţelegere a fenomenelor energetice (termice, electrice sau de orice altă formă) este nu numai simplă, dar este şi revoluţionară, pentru că deschide perspective nebănuite de utilizare a energiei.

De exemplu: Trăim într-un câmp de energie. N-am putea oare să ne luăm energia direct din acest câmp? Aşa cum ne luăm oxigenul, din aerul pe care îl inspirăm. Pentru a prelua oxigenul din aerul inspirat, avem un organ specializat – plămânul, ajutat de diafragmă şi de sistemul muscular.

Avem oare şi posibilitatea de a prelua direct energie din câmpul înconjurător? Se pare că da.

Ca orice fiinţă, avem, şi noi oamenii, o aură care ne înconjoară. Aura este o structură de energie şi, ca atare, poate fi conectată la câmpul de energie înconjurător. Trebuie doar să învăţăm s-o facem. Ştiu, poate părea o fantezie. Dar mulţi dintre noi am auzit sau am citit despre cazuri de supravieţuire în condiţii deosebite. Oare explicaţia nu poate fi tocmai o astfel de cuplare miraculoasă la câmpul de energie din jur? Nu e rău să mai medităm. Şi, totodată, să experimentăm şi să învăţăm. Cu siguranţă, vom reuşi!

Şi, dacă tot sântem la fantezii, iată încă una: N-am putea folosi energia din câmpul înconjurător pentru confortul casnic? Să ne încălzim sau să ne răcorim locuinţa folosind gerul sau zăpuşeala de afară? La o asemenea fantezie nici Jules Verne nu s-a gândit.

Este evident că realizarea unei asemenea fantezii ar face ca omul să poată trăi confortabil, în orice loc de pe planetă, atât în nisipurile toride ale Saharei cât şi în tundrele îngheţate ale Arcticii. Dar e posibil? Desigur!

Scepticilor, în mod cert sânt şi sceptici, le sugerez să meargă la paragraful 12.1 din [1] şi să-l citească cu atenţie. În paragraful 12.1, s-a demonstrat că stabilitatea mişcării giroscopice a unui corp material este asigurată de câmpul de energie acumulat în jurul său, din care îşi înlocuieşte energia consumată cu propria mişcare. Prin urmare, cu ajutorul unui giroscop, se poate acumula energie, din câmpul de energie ce ne înconjoară. Nu rămâne decât ca o parte din această energie să o dirijăm spre locul şi destinaţia dorite. Cum? Cu conductori cu molecule cubice compacte sau cu alte mijloace pe care le vom inventa. Teoretic este simplu, dar practic? Sânt şi se găsesc soluţii. [1] oferă şi alte surprize.

Bibliografia

1  CONSTANTIN TEODORESCU: Structură şi evoluţie. Editura MATRIX ROM. Bucureşti 2015.

Ediţia a 4 – a revizuită şi adăugită. Existentă la Biblioteca Naţională, la Biblioteca Centrală Universitară Carol I şi la Biblioteca Centrală a Universităţii Politehnica Bucureşti.

2  ION DIMA (coordonator): Dicţionar de fizică. Editura enciclopedică română, Bucureşti, 1972.

3  CONSTANTIN D. ALBU,            MARIA BREZEANU: Mică enciclopedie de chimie. Editura enciclopedică română, Bucureşti, 1974.

4  KALAŞNIKOV S. G.: Elektricestvo. Izdanie vtoroe, pererabotannoe. Izdatelstvo „Nauka”. Moskva, 1964.