На первой странице обложки представлены результаты двух опытов. 1. Пропустим через стальную проволоку постоянный электрический ток и раскалим ее добела. Свечение охватит всю поверхность. Увеличим плотность тока до некоторого предела, и вдруг проволока-проводник станет полосатой, как зебра. Полоски холодного и раскаленного металла размером до нескольких миллиметров перекроют ее с загадочной периодичностью, как будто в раскаленных сечениях проволоки есть ток, а между ними его нет. 2. Один конец вольфрамовой спирали нагреем, а другой охладим. Неожиданно металл начнет таять, как сахар в воде, в тех зонах, где градиент температуры имеет максимальное значение, хотя температура проволоки здесь намного ниже точки плавления вольфрама. Зоны растаявшего и твердого металла образуют периодическую цепочку, как и в первом опыте. Авторами показано экспериментально, что результаты, казалось бы, известных электрических и тепловых процессов, осуществленных в определенных условиях, не удается объяснить с позиций классической механики. Они согласуются с принципами квантовой механики, учитывающей волновую природу электронных потоков, возникающих в металле под действием электрического и теплового полей.
Ларисе Ивановне Марахтановой,
ее заботе, доброте и терпению авторы посвящают эту книгу Опыт – это единственное доказательство, которое убедительно
для всех и до конца.
П.Л.Капица В этой книге мы расскажем о неожиданных явлениях, замеченных нами в металлических проводниках электрического тока. Их странный характер мы связываем с квантовой природой электронов проводимости, которые, как принято считать, заполняют металл подобно газу свободных частиц. Для своих опытов мы выбрали электрическую лампу накаливания, которая, несмотря на кажущуюся простоту, заключает в себе массу полезных качеств. Например, ее электрическая цепь содержит несколько последовательных проводников, выполненных почти из десятка различных металлов. В работающей лампе эти проводники имеют температуру от 450 до 2900 К. Плотность тока в каждом из них различна и порой соответствует электрическому взрыву металла. Металлы этих проводников обладают разной теплопроводностью, а сами проводники окружены различными газами или остаточным вакуумом (в зависимости от конструкции лампы). Параметры лампы легко измерить. Ее прозрачная колба позволяет наблюдать изменение температуры проводников и вести их скоростную киносъемку. Наконец, лампа есть под рукой у каждого, кто захочет повторить наши опыты. Давно замечено, что электрический ток и металл иногда взаимодействуют необъяснимым образом. Поразительны в этом смысле опыты французского физика Георга Вертгейма (G.Wertheim). В 1844–1848 гг. он показал, что небольшой электрический ток (примерно в 10 раз более сильный, чем в обычной электропроводке) существенно меняет характеристики металлов. Их сопротивление на разрыв уменьшается, а модуль упругости снижается примерно на 20 % [В.1]. Получается так: если нет тока и свободные электроны в металле движутся хаотически, они защищают металл от разрыва, обеспечивают его высокую упругость. Но стоит сформировать из них направленный поток, как металл становится податливым к воздействию внешней силы. Сведения о результатах работы Вертгейма и побудили нас к написанию данной книги. В 1931 г. Вернер Клен (W.Kleen) в Германии показал, что тонкая металлическая проволока превращается в красивую гирлянду бусинок и взрывается, когда плотность тока в ней достигнет определенного предела. Довольно крупные осколки взорванной проволоки несут в себе электрические заряды различных знаков: одна часть становится положительной, другая – отрицательной. Более того, долю осколков с зарядом того или другого знака можно регулировать, изменяя параметры источника электропитания [В.2]. В 2004 г. группа американских ученых зафиксировала кинетическую энергию атомов металлического пара, возникающего в результате электрического взрыва проволоки в вакууме. Она оказалась того же порядка, что и энергия металлической связи взорванной проволоки, оставаясь в 2–6 раз ниже последней [В.3]. В своих исследованиях мы повторили многие опыты наших предшественников. Вместе с тем мы установили, что изменения формы и структуры проводника связаны со скоростью дрейфа потока свободных электронов внутри его металла [В.4, В.5]. Оказалось, что для деформации неважно, каким полем сформирован этот поток: электрическим или тепловым. Стало очевидным, что деформацию металла и даже перевод его в жидкое состояние можно вызвать, сообщив дополнительную энергию лишь электронам проводимости, а не всей массе металла, как это требуется, например, при традиционной ковке или плавлении. При таком воздействии затраты энергии на деформацию металла намного меньше, чем при традиционном способе обработки. Неожиданно проволока превращалась в жидкость при температуре намного ниже точки плавления ее металла [В.6]. И тогда металл становился своеобразным источником энергии, которая помогала изменить его фазовое состояние при определенной скорости потока свободных электронов [В.7]. Не существует вакуумных приборов, в которых электронный поток имел бы столь высокую плотность, как в металлической проволоке. Кроме того, скорость движения (скорость дрейфа) электронного потока в металле настолько мала, что ее не создашь в упомянутых приборах. Не возникнут ли неожиданные явления, если малую скорость дрейфа этих квантовых частиц начать плавно регулировать внутри металла? А если они возникнут, то можно ли воспользоваться уравнениями квантовой механики применительно к столь малым скоростям электрона, и на какие принципы следует опереться в подобном анализе, – де Бройля, Гейзенберга? Нам помог случай. Однажды мы пропустили электрический ток по молибденовой проволоке, превратив ее в гирлянду бусинок. Затем измерили период Delta x чередования возникших бусинок и вычислили скорость дрейфа upsilon D электронов в протекавшем токе. Произведение трех величин: периода Delta x, массы электрона m и скорости upsilon D, – оказалось близким к значению постоянной Планка h. Исходя из этого экспериментального факта, мы обратились к принципу неопределенностей Гейзенберга, который, по нашему убеждению, наиболее соответствовал физическому смыслу наблюдаемых явлений. Согласно этому принципу значение Delta x эквивалентно протяженности волнового пакета электрона [В.8]. Понятие волнового пакета дало нам повод предположить, что волновые пакеты свободных электронов появляются в металле всякий раз, когда скорость дрейфа электронного потока достигает определенного значения. Затем отдельные пакеты объединяются в участки когерентности, захватывающие весь проводник по сечению. Поток электронного газа перестает быть однородным и принимает дискретные свойства. Его воздействие на металл проявляется в виде периодических деформации, нагрева и/или плавления проводника. Результаты наших опытов мы относим к явлениям квантовой макроэлектроники, поскольку они, во-первых, согласуются с принципами квантовой механики, во-вторых, имеют протяженность, соответствующую размерам макромира (Delta x 0,001 м), и, в-третьих, вызваны движением электронов. Примером их технического применения может стать процесс обращения металла в жидкость при температуре намного ниже точки плавления или размерная обработка металла (ковка, штамповка, волочение) также при сравнительно низкой температуре [В.9]. Это обещает снижение затрат энергии в операциях металлообработки. Книга написана таким образом, чтобы результаты представленных в ней опытов можно было проверить в любой лаборатории. Те выводы, которые основаны на принципах квантовой механики и которые еще не удалось проверить опытным путем, названы здесь гипотетическими. Однако мы надеемся, что большинство из них подтвердится в будущих экспериментах. Авторы выражают искреннюю признательность за сотрудничество своим коллегам по работе и учебе в МГТУ им.Н.Э.Баумана. Особую благодарность мы приносим В.А.Сухорукову, Ю.А.Хохлову, Г.К.Клименко, Д.В.Кириллову, Д.В.Духопельникову, Н.В.Ветчинкину, В.В.Яминскому, В.В.Синявскому, А.В.Жукову, В.В.Сидоренкову, Ю.А.Быкову, В.Э.Котову, В.В.Гвоздеву, М.А.Курзанову, И.С.Иванову, Н.С.Кашаеву и Н.В.Назиной, без любезной помощи которых вряд ли появилась бы эта книга. 15 ноября 2009 г.
Михаил Константинович МАРАХТАНОВ Доктор технических наук, профессор. Окончил МВТУ
им. Н.Э.Баумана в 1964 г. Автор проектов и разработчик
электроракетных двигателей и вакуумно-плазменной техники.
Доктор философии (PhD, University of California,
Berkeley). Окончил МГТУ им. Н.Э.Баумана в 1997 г.
Разработчик вакуумно-плазменной техники.
|
2023. 720 с. Твердый переплет. 21.9 EUR
Книга «Зияющие высоты» – первый, главный, социологический роман, созданный интеллектуальной легендой нашего времени – Александром Александровичем Зиновьевым (1922-2006), единственным российским лауреатом Премии Алексиса де Токвиля, членом многочисленных международных академий, автором десятков логических... (Подробнее) URSS. 2023. 272 с. Мягкая обложка. 15.9 EUR
Настоящая книга посвящена рассмотрению базовых понятий и техник психологического консультирования. В ней детально представлены структура процесса консультирования, описаны основные его этапы, содержание деятельности психолога и приемы, которые могут быть использованы на каждом из них. В книге... (Подробнее) URSS. 2024. 800 с. Мягкая обложка. 37.9 EUR
ВЕРСАЛЬ: ЖЕЛАННЫЙ МИР ИЛИ ПЛАН БУДУЩЕЙ ВОЙНЫ?. 224 стр. (ТВЁРДЫЙ ПЕРЕПЛЁТ) 11 ноября 1918 года в старом вагоне неподалеку от Компьеня было подписано перемирие, которое означало окончание Первой мировой войны. Через полгода, 28 июня 1919 года, был подписан Версальский договор — вердикт, возлагавший... (Подробнее) 2023. 696 с. Твердый переплет в суперобложке. 119.9 EUR
Опираясь на новейшие исследования, историк Кристофер Кларк предлагает свежий взгляд на Первую мировую войну, сосредотачивая внимание не на полях сражений и кровопролитии, а на сложных событиях и отношениях, которые привели группу благонамеренных лидеров к жестокому конфликту. Кларк прослеживает... (Подробнее) URSS. 2024. 704 с. Твердый переплет. 26.9 EUR
В новой книге профессора В.Н.Лексина подведены итоги многолетних исследований одной из фундаментальных проблем бытия — дихотомии естественной неминуемости и широчайшего присутствия смерти в пространстве жизни и инстинктивного неприятия всего связанного со смертью в обыденном сознании. Впервые... (Подробнее) URSS. 2024. 344 с. Мягкая обложка. 18.9 EUR
Мы очень часто сталкиваемся с чудом самоорганизации. Оно воспринимается как само собой разумеющееся, не требующее внимания, радости и удивления. Из случайно брошенного замечания на семинаре странным образом возникает новая задача. Размышления над ней вовлекают коллег, появляются новые идеи, надежды,... (Подробнее) URSS. 2024. 576 с. Мягкая обложка. 23.9 EUR
Эта книга — самоучитель по военной стратегии. Прочитав её, вы получите представление о принципах военной стратегии и сможете применять их на практике — в стратегических компьютерных играх и реальном мире. Книга состоит из пяти частей. Первая вводит читателя в мир игр: что в играх... (Подробнее) URSS. 2024. 248 с. Мягкая обложка. 14.9 EUR
В книге изложены вопросы новой области современной медицины — «Anti-Ageing Medicine» (Медицина антистарения, или Антивозрастная медицина), которая совмещает глубокие фундаментальные исследования в биомедицине и широкие профилактические возможности практической медицины, а также современные общеоздоровительные... (Подробнее) URSS. 2024. 240 с. Твердый переплет. 23.9 EUR
Предлагаемая вниманию читателей книга, написанная крупным биологом и государственным деятелем Н.Н.Воронцовым, посвящена жизни и творчеству выдающегося ученого-математика, обогатившего советскую науку в области теории множеств, кибернетики и программирования — Алексея Андреевича Ляпунова. Книга написана... (Подробнее) 2023. 416 с. Твердый переплет. 19.9 EUR
Вам кажется, что экономика — это очень скучно? Тогда мы идем к вам! Вам даже не понадобится «стоп-слово», чтобы разобраться в заумных формулах — их в книге нет! Все проще, чем кажется. Автор подаст вам экономику под таким дерзким соусом, что вы проглотите ее не жуя! Вы получите необходимые... (Подробнее) |