1.14: Asili ya kitenseli ya sifa za chembe

Nyumbani ／ Sura ya 1: Nadharia ya Nyuzinyuzi za Nishati

Utangulizi
Sifa zinazojulikana za chembe — misa, chaji, uga wa umeme/uga wa sumaku, mkondo wa umeme, mzunguko/kipimo cha mzunguko, maisha na ngazi ya nishati — katika mtazamo wa “nyuzi za nishati—bahari ya nishati” si vibandiko kutoka nje. Badala yake huchipuka kwa pamoja kutokana na jiometri ya nyuzi (mkunjo, kufungwa katika kitanzi, kufunga awamu kwa mpigo) na kutokana na uundaji wa kitenseli ndani ya kimediumu (nguvu, mwelekeo, mteremko na ulinganifu). Katika Nadharia ya Nyuzi za Nishati (EFT) istilahi hutumika kwa mtiririko mmoja.

I. Misa: uimara wa ndani + uundaji wa nje

• Inertia: Vitanzu vilivyokazwa na kufunga-awamu kwa nguvu huimarisha mpangilio wa ndani; ili kubadili mwendo, nguvu ya nje haina budi kuandika upya zaidi ya jiometri na usanifu wa kitenseli wa ndani—ndiyo maana chembe ni vigumu “kusukumwa”.
• Uvutano: Muundo huo huo hutunga upya ramani ya kitenseli ya bahari ya nishati kuelekea nje na kutengeneza mteremko mpole unaoelekea chembeni, unao ongoza na kuikusanya milipuko/miili inayopita.
• Isotropia ya mbali: Midundo ya mviringo iliyo na kufunga-awamu, urejesho-laini wa kimediumu, na wastani wa muda (kuruhusu mipapatiko midogo bila sharti la mzunguko mgumu wa 360°) vinaacha mbali mvuto wa kitenseli ulio isotropiki.

Kiini: Ukubwa wa misa unahusiana na mchanganyo wa msongamano wa mstari, vizuizi vya jiometri na uundaji wa kitenseli; fikiria “inertia ≈ uimara wa ndani; uvutano ≈ nguvu ya kuunda nje” kama nyuso mbili za mchakato mmoja.

II. Chaji → uga wa umeme: uhalalisho wa upinzani wa mwelekeo wa kitenseli kwa miale

• Asili ya karibu: Nyuzi zina unene fulani; ikiwa mtiririko-helikisi uliofungwa-awamu katika sehemu mtambuka ni mkali ndani—dhaifu nje, huchora kwenye karibu-uga tekstuta ya kitenseli ya mirija inayotazama ndani; kinyume chake (mkali nje—dhaifu ndani) hutokeza tekstuta inayotazama nje.
• Ufafanuzi wa upolo: Kuelekea ndani = hasi, kuelekea nje = chanya (bila kujali mtazamo).
• Umbo la uga wa umeme: Uga ni uendelezaji wa anga wa tekstuta hii ya mirija; jusho la vyanzo vingi hutoa mvutano wa kuvutana/kusukumana na mwelekeo wa nguvu jalala.

Dokezo: Nadharia ya Nyuzi za Nishati (EFT) hutumia kwa umoja dhana ya “tekstuta/ upendeleo wa mwelekeo wa kitenseli kwa miale” kueleza chanzo cha chaji, na si sitiari ya “viringe”.

III. Chaji → uga wa sumaku: “mfuniko toroidali” baada ya kuvutwa kwa pembeni tekstuta iliyoelekezwa

• Uhamo au mzunguko wa ndani: Chembe yenye chaji ikihama kwa kasi thabiti, tekstuta ya karibu yenye miale huburutwa kwa pembeni kufuata kasi; ili kudumisha mwendelezo, tekstuta hufunga miduara kuzunguka njia na kuunda mfuniko wa toroidali — jiometri ya uga wa sumaku.
• Momenti ya sumaku ya spini: Hata bila uhamo, mzunguko wa ndani uliofungwa-awamu unaweza kuandaa mfuniko wa eneo la karibu, unaojitokeza kama momenti ya sumaku asili.
• Nguvu na mwelekeo: Huamuliwa kwa pamoja na alama ya chaji, mwelekeo wa uhamo (au ukia wa mzunguko) na kiasi cha ulinganifu (sawasawa na kanuni ya mkono wa kulia).

Kiini: Chaji iliyosimama hutawaliwa na tekstuta ya miale; chaji/ mkondo wa thabiti husukuma pembeni kwa kudumu na kuunda mfuniko thabiti; spini inaweza kujenga mfuniko wa karibu.

IV. Kutoka chaji hadi mkondo: tengeneza potensheli, panga mwelekeo, burudisha njia

1. Kutengeneza tofauti ya potensheli (tofauti ya kitenseli): Weka ncha mbili zikiwa na hali tofauti za mwelekeo wa miale ili kutoa msukumo kandokando ya njia (volti).
2. Kutandaza njia (ulinganifu wa mwelekeo): Wabeba-chaji wanaohama na vitengo vinavyoweza kukutubishwa hunganisha ncha-kwa-ncha vipande vifupi vya mwelekeo ili kuunda mlolongo endelevu wenye mwelekeo (njia ya kupitisha mistari ya uga ndani ya kimediumu).
3. Kuchochea mtiririko (kuburudisha njia): Wabeba-chaji huhama na kujaza nafasi kwenye mlolongo, hivyo kuburudisha njia mfululizo; kwa ukubwa wa makro hii ndiyo mkondo wa umeme.

• Indaktansi: Mfuniko wa toroidali uliosimikwa una “inertia ya kudumisha hali”; mkondo unapokatwa ghafla, mfumo hupinga kwa muda mfupi.
• Kapasitansi: Tofauti ya mwelekeo kati ya ncha mbili inaweza kuhifadhiwa katika jiometri (kwa mfano kati ya sahani), kama nishati ya uga inayoweza kuachiwa.
• Resistansi: Mlolongo wa ulinganifu si kamilifu; mpangilio upya wa ndani/ mapengo hugeuza mpangilio kuwa joto.

Kiini: Volti = tofauti ya kitenseli; uga wa umeme = mwongozo wa mwelekeo; mkondo = kuburudisha njia; uga wa sumaku = mfuniko toroidali unaosababishwa na msukumo wa pembeni unaodumu.

V. Jedwali fupi “sifa ↔ muundo”

• Misa: Ujazo imara + faselok → inertia; mteremko mpole nje → uvutano; isotropia ya mbali hutokana na wastani wa muda.
• Chaji: Upendeleo wa mwelekeo wa kitenseli kwa miale katika karibu-uga; inayoingia = hasi, inayotoka = chanya.
• Uga wa umeme: Uendelezaji wa anga na jusho la tekstuta za miale.
• Uga wa sumaku: Mfuniko toroidali wakati tekstuta iliyoelekezwa inavutwa kwa pembeni katika uhamo/spini.
• Mkondo wa umeme: Kuburudisha kwa mwendelezo njia yenye mwelekeo chini ya tofauti ya potensheli; huambatana kiasili na mfuniko (indaktansi), hifadhi ya nishati (kapasitansi) na hasara (resistansi).
• Spini/kipimo cha mzunguko: Mzunguko wa ndani uliofungwa-awamu ukifungamanishwa na jiometri ya helikisi ya sehemu mtambuka hutoa momenti ya sumaku asili na alama bainifu za uunganishi teuliwa.
• Maisha/ngazi ya nishati: Kizingiti cha utulivu, mwiano wa kijiometri na dirisha la koherensi ya kitenseli huweka pamoja mizani; miundo ya ndani iliyokazwa/kasi zaidi → ngazi ya juu ya nishati na madaraja tofauti ya maisha.

VI. Kwa muhtasari

• Misa si “vigumu kuisukuma” tu: pia huunda mteremko wa bahari ya nishati kuelekea yenyewe; isotropia ya mbali hutokana na kitanzi cha awamu + urejesho + wastani wa muda.
• Chaji na uga wa umeme huchipuka kutoka upendeleo wa mwelekeo wa kitenseli kwa miale na uendelezaji wake wa anga.
• Uga wa sumaku ni mfuniko toroidali kandokando ya njia baada ya kuvutwa kwa pembeni kwa tekstuta iliyoelekezwa.
• Mkondo wa umeme ni mchakato wa mara kwa mara wa kuburudisha njia iliyoelekezwa, hivyo kiasili hubeba sura za makro za indaktansi, kapasitansi na resistansi.

Kwa msingi huo, misa, chaji, uga wa umeme, uga wa sumaku, mkondo na spini vinaweza kufafanuliwa kwa mwonekano mmoja na kwa uwazi, juu ya msingi uleule wa “jiometri ya nyuzi + uundaji wa kitenseli”.