Трябва да знаем, ще знаем. Звук във вакуум Звукова вълна във вакуум

Описано е ново явление в кондензираната материя - "скачането" на фонони от едно твърдо тяло в друго през празнина. Благодарение на него звуковата вълна може да преодолее тънките вакуумни пролуки, а топлината може да се пренася през вакуум милиарди пъти по-ефективно, отколкото при обикновено топлинно излъчване.

Звуковата вълна е синхронна вибрация на атомите на веществото спрямо равновесно положение. За да се разпространява звукът, очевидно е необходима материална среда, която поддържа тези вибрации. Звукът не може да пътува във вакуум, просто защото го няма. Въпреки това, както се оказа съвсем наскоро, звуковите вибрации могат да прескачат от едно тяло на друго през вакуумна междина с дебелина субмикрон. Този ефект, т.нар "вакуумно тунелиране на фонони", е описано в две статии, публикувани в последните броеве на списанието Писма за физически преглед. Нека незабавно да отбележим, че тъй като вибрациите на кристалната решетка носят не само звук, но и топлина, новият ефект също води до необичайно силен топлопренос през вакуум.

Новият ефект работи чрез взаимодействието между звуковите вълни в кристала и електрическото поле. Вибрациите на кристалната решетка, достигайки края на един кристал, създават редуващи се електрически полета близо до повърхността му. Тези полета се „усещат“ на другия ръб на вакуумната междина и разклащат вибрациите на решетката във втория кристал (виж Фиг. 1). Като цяло изглежда, че отделен фонон - "квант" на вибрация на кристалната решетка - скача от един кристал в друг и се разпространява по-нататък в него, въпреки че, разбира се, няма фонон в пространството между кристалите.

Авторите на откритието са използвали думата „тунелиране“, за да опишат ефекта, тъй като той е много подобен на тунелирането на квантовите частици, когато прескачат през енергийно забранени региони. Струва си обаче да се подчертае, че новото явление може да бъде напълно описано на езика на класическата физика и изобщо не изисква участието на квантовата механика. Донякъде е свързано с феномена на електромагнитната индукция, който се използва широко в трансформатори, индукционни печки и устройства за безконтактно зареждане на джаджи. И в двата случая определен процес в едно тяло генерира електромагнитни полета, които се предават нерадиационно (т.е. без загуба на мощност поради радиация) през пролуката към второто тяло и предизвикват реакция в него. Единствената разлика е, че при обикновена индуктивност електрическият ток „работи“ (т.е. движението на електрони), докато при вакуумно тунелиране на фонони се движат самите атоми.

Специфичният механизъм, водещ до такова ефективно свързване между кристалните вибрации и електрическите полета, може да варира. В теоретична статия на финландски изследователи се предлага за тази цел да се използват пиезоелектрици - вещества, които се наелектризират при деформация и се деформират в електрическо поле. Това само по себе си не е достатъчно: за ефективно прескачане на фонони през вакуумната междина е необходимо да се организира резонанс между „входящите“ фонони, променливите електрически полета и „избягалите“ фонони в друг кристал. Изчисленията показват, че при реалистични параметри на веществата такъв резонанс действително съществува, така че при определени ъгли на падане фононите могат да тунелират с вероятност до 100%.

Описано е ново явление в кондензираната материя - "скачането" на фонони от едно твърдо тяло в друго през празнина. Благодарение на него звуковата вълна може да преодолее тънките вакуумни пролуки, а топлината може да се пренася през вакуум милиарди пъти по-ефективно, отколкото при обикновено топлинно излъчване.

Звуковата вълна е синхронна вибрация на атомите на веществото спрямо равновесно положение. За да се разпространява звукът, очевидно е необходима материална среда, която поддържа тези вибрации. Звукът не може да пътува във вакуум, просто защото го няма. Въпреки това, както се оказа съвсем наскоро, звуковите вибрации могат да прескачат от едно тяло на друго през вакуумна междина с дебелина субмикрон. Този ефект, т.нар "вакуумно тунелиране на фонони", е описано в две статии, публикувани в последните броеве на списанието Писма за физически преглед. Нека незабавно да отбележим, че тъй като вибрациите на кристалната решетка носят не само звук, но и топлина, новият ефект също води до необичайно силен топлопренос през вакуум.

Новият ефект работи чрез взаимодействието между звуковите вълни в кристала и електрическото поле. Вибрациите на кристалната решетка, достигайки края на един кристал, създават редуващи се електрически полета близо до повърхността му. Тези полета се „усещат“ на другия ръб на вакуумната междина и разклащат вибрациите на решетката във втория кристал (виж Фиг. 1). Като цяло изглежда, че отделен фонон - "квант" на вибрация на кристалната решетка - скача от един кристал в друг и се разпространява по-нататък в него, въпреки че, разбира се, няма фонон в пространството между кристалите.

Авторите на откритието са използвали думата „тунелиране“, за да опишат ефекта, тъй като той е много подобен на тунелирането на квантовите частици, когато прескачат през енергийно забранени региони. Струва си обаче да се подчертае, че новото явление може да бъде напълно описано на езика на класическата физика и изобщо не изисква участието на квантовата механика. Донякъде е свързано с феномена на електромагнитната индукция, който се използва широко в трансформатори, индукционни печки и устройства за безконтактно зареждане на джаджи. И в двата случая определен процес в едно тяло генерира електромагнитни полета, които се предават нерадиационно (т.е. без загуба на мощност поради радиация) през пролуката към второто тяло и предизвикват реакция в него. Единствената разлика е, че при обикновена индуктивност електрическият ток „работи“ (т.е. движението на електрони), докато при вакуумно тунелиране на фонони се движат самите атоми.

Специфичният механизъм, водещ до такова ефективно свързване между кристалните вибрации и електрическите полета, може да варира. В теоретична статия на финландски изследователи се предлага за тази цел да се използват пиезоелектрици - вещества, които се наелектризират при деформация и се деформират в електрическо поле. Това само по себе си не е достатъчно: за ефективно прескачане на фонони през вакуумната междина е необходимо да се организира резонанс между „входящите“ фонони, променливите електрически полета и „избягалите“ фонони в друг кристал. Изчисленията показват, че при реалистични параметри на веществата такъв резонанс действително съществува, така че при определени ъгли на падане фононите могат да тунелират с вероятност до 100%.

В друга статия физиците се натъкнаха на обсъждания ефект, докато изучаваха привидно напълно технически въпрос: каква е температурата на самия връх на топъл връх на сканиращ тунелен микроскоп, когато се постави (без да се докосва) към студен субстрат (виж Фиг. 2) ? Използвайки фини експериментални техники, те успяха да измерят температурата буквално на последния атом на върха на иглата и откриха удивителен факт: този атом е с температурата на субстрата, а не на иглата! Това означава, че безконтактният топлообмен на последния атом на върха със субстрата е много по-силен (чрез вакуум!), отколкото с останалата част на върха.

Конвенционалното топлинно излъчване, първата мисъл, която идва на ум в подобни ситуации, се оказва напълно недостатъчно. Според изследователите преносът на топлина от върха към субстрата е милиарди (!) пъти по-ефективен от това, което топлинното излъчване може да осигури. Този факт, съчетан с резултатите от подробни измервания, показва, че и тук се извършва тунелиране на фонони през вакуума.

Авторите на статията обясняват динамиката на този ефект по следния начин. Всеки заряд, доведен до метална повърхност, индуцира заряд върху нея (в задачи по електростатика често се моделира с фиктивен заряд-образ). Ако първоначалният заряд трепери, например поради топлинни вибрации, тогава индуцираният заряд също ще трепери с приблизително същата честота и амплитуда (поради факта, че електроните са много по-леки от атомите, те имат време да се „настроят“ към всеки движение на атома). В резултат на това се оказва, че точно на повърхността на субстрата се появява определен електронен куп, който трепери като „горещ“ атом. Този сноп разтърсва вибрациите на атомите върху субстрата, енергията се изразходва върху тях, тя се отнема от електронния сноп и следователно от първоначално горещ атом - в края на краищата той е „твърдо“ свързан с купа чрез електрически сили! Именно чрез този механизъм последният атом на върха успява да стане много студен, дори ако останалата част от иглата е топла.

Очевидно за приложни задачи новият ефект ще бъде интересен именно от гледна точка на топлообмена, който в определени ситуации може да бъде много по-ефективен, отколкото се смяташе досега. Това наблюдение ще бъде много важно при проектирането на микромеханични устройства и при изследването на топлопроводимостта на поликристални пиезоелектрични проби. Освен това, в микроустройствата, които комбинират пиезоелектрични и метални компоненти, електроните могат да влязат в игра. Всички перспективи, които това отваря за бързото прехвърляне на енергия между електрони и фонони от едно вещество към друго чрез вакуум, все още не са проучени.

източници:
1) Мика Прунила, Йохана Мелтаус. Акустично фононно тунелиране и пренасяне на топлина поради изчезващи електрически полета // Phys. Rev. Lett. 105, 125501 (14 септември 2010 г.); Текстът на статията е свободно достъпен в архива на електронния печат под номер arXiv:1003.1408.
2) Игор Алтфедер, Андрей А. Воеводин, Аджит К. Рой. Тунелиране на вакуумни фонони // Phys. Rev. Lett. 105, 166101 (11 октомври 2010 г.).

В раздела по въпроса Звукът не се разпространява във вакуум? дадено от автора Промиваненай-добрият отговор е Светлина и звук във вакуум
Защо светлината преминава през вакуум, но звукът не?
Експертът по SEED Клод Бодоен отговаря:
Светлината е електромагнитна вълна - комбинация от електрически и магнитни полета - която не изисква наличието на газ, за ​​да се разпространява.
Звукът е резултат от вълна на налягане. Налягането изисква наличието на някакво вещество (например въздух). Звукът се разпространява и в други вещества: във водата, земната кора и преминава през стени, което може да забележите, когато съседите ви вдигат шум.
Майкъл Уилямс казва:
Светлината е основно електромагнитна енергия, пренасяна от фундаментални частици - фотони. Тази ситуация се характеризира като „дуалност вълна-частица” на вълновото поведение. Това означава, че той се държи едновременно като вълна и като частица. Когато светлината се разпространява във вакуум, фотонът се държи като частица и следователно се разпространява свободно в тази среда.
От друга страна, звукът е вибрация. Звукът, който чуваме, е резултат от вибрациите на тъпанчето. Звукът, излъчван от радиото, е резултат от вибрация на мембраната на високоговорителя. Мембраната се движи напред-назад, карайки въздуха около нея да вибрира. Въздушните вибрации се разпространяват, достигайки тъпанчето и го карат да вибрира. Вибрацията на тъпанчето се преобразува от мозъка в звук, който разпознавате.
Следователно звукът изисква наличието на материя, за да вибрира. В идеалния вакуум няма какво да вибрира, така че вибриращата мембрана на радиоприемника не може да предава звук.
SEED експертът Натали Фамиглиети добавя:
Разпространението на звука е движение; Разпространението на светлината е радиация или емисия.
Звукът не може да се разпространява във вакуум поради липсата на еластична среда. Британският учен Робърт Бойл открива това експериментално през 1660 г. Той поставя часовник в буркан и изпомпва въздуха от него. След като се ослуша, той не можа да различи тиктакането.

Описано е ново явление в кондензираната материя - "скачането" на фонони от едно твърдо тяло в друго през празнина. Благодарение на него звуковата вълна може да преодолее тънките вакуумни пролуки, а топлината може да се пренася през вакуум милиарди пъти по-ефективно, отколкото при обикновено топлинно излъчване.

Звуковата вълна е синхронна вибрация на атомите на веществото спрямо равновесно положение. За да се разпространява звукът, очевидно е необходима материална среда, която поддържа тези вибрации. Звукът не може да пътува във вакуум, просто защото го няма. Въпреки това, както се оказа съвсем наскоро, звуковите вибрации могат да прескачат от едно тяло на друго през вакуумна междина с дебелина субмикрон. Този ефект, т.нар "вакуумно тунелиране на фонони", е описано в две статии, публикувани в последните броеве на списанието Писма за физически преглед. Нека незабавно да отбележим, че тъй като вибрациите на кристалната решетка носят не само звук, но и топлина, новият ефект също води до необичайно силен топлопренос през вакуум.

Новият ефект работи чрез взаимодействието между звуковите вълни в кристала и електрическото поле. Вибрациите на кристалната решетка, достигайки края на един кристал, създават редуващи се електрически полета близо до повърхността му. Тези полета се „усещат“ на другия ръб на вакуумната междина и разклащат вибрациите на решетката във втория кристал (виж Фиг. 1). Като цяло изглежда, че отделен фонон - "квант" на вибрация на кристалната решетка - скача от един кристал в друг и се разпространява по-нататък в него, въпреки че, разбира се, няма фонон в пространството между кристалите.

Авторите на откритието са използвали думата „тунелиране“, за да опишат ефекта, тъй като той е много подобен на тунелирането на квантовите частици, когато прескачат през енергийно забранени региони. Струва си обаче да се подчертае, че новото явление може да бъде напълно описано на езика на класическата физика и изобщо не изисква участието на квантовата механика. Донякъде е свързано с феномена на електромагнитната индукция, който се използва широко в трансформатори, индукционни печки и устройства за безконтактно зареждане на джаджи. И в двата случая определен процес в едно тяло генерира електромагнитни полета, които се предават нерадиационно (т.е. без загуба на мощност поради радиация) през пролуката към второто тяло и предизвикват реакция в него. Единствената разлика е, че при обикновена индуктивност електрическият ток „работи“ (т.е. движението на електрони), докато при вакуумно тунелиране на фонони се движат самите атоми.

Специфичният механизъм, водещ до такова ефективно свързване между кристалните вибрации и електрическите полета, може да варира. В теоретична статия на финландски изследователи се предлага за тази цел да се използват пиезоелектрици - вещества, които се наелектризират при деформация и се деформират в електрическо поле. Това само по себе си не е достатъчно: за ефективно прескачане на фонони през вакуумната междина е необходимо да се организира резонанс между „входящите“ фонони, променливите електрически полета и „избягалите“ фонони в друг кристал. Изчисленията показват, че при реалистични параметри на веществата такъв резонанс действително съществува, така че при определени ъгли на падане фононите могат да тунелират с вероятност до 100%.

Напоследък дизайнът на лампово аудио оборудване става все по-популярен. В тази статия ще се опитам да ви кажа какво трябва да знаете, когато започвате работа.

1 . Анатомия

Принципът на действие на електронните тръби се основава на движението на заредени частици (електрони) в електростатично поле. Нека разгледаме устройството на радио тръба. Фигурата показва диаграма на дизайна на най-простата индиректна лампа с нажежаема жичка (диод).

Всъщност лампата е стъклен съд, в който се създава висок вакуум (10-5 - 10-7 тора). При класическите лампи формите на електродите са сходни и представляват концентрични „цилиндри“. Смисълът на всичко е, че когато катодът се нагрее, електроните се възбуждат и го напускат. Катодът с директна жичка е просто волфрамова жичка, както в обикновена осветителна лампа. Такива катоди се използват в случаите, когато не е необходимо да се създава специален режим на катода. Повечето лампи използват индиректен катод с нажежаема жичка. В този случай нишката се поставя в метална тръба. На известно разстояние от катода има анод - електрод, който е "крайната спирка" на електронния поток. За да се контролира скоростта на движение на електроните от катода към анода, се използват допълнителни електроди. Решетките са разделени на 3 вида. Управление, екран и защита (антидинатрон). Мрежата е телена спирала, навита върху метални стълбове (траверси), поставена между два фланеца от слюда. Същите фланци държат траверсите на анода и катода. Има и лампи, съдържащи няколко електродни системи. Такива лампи се наричат ​​комбинирани лампи. В зависимост от мощността на лампата, нейните електроди и тяло могат да бъдат направени от различни материали, т.к Тъй като токът, преминаващ през него, се увеличава, разсейваната мощност се увеличава.

2. Морал

Съвсем ясно е, че всеки тип лампа има свои собствени оригинални параметри и характеристики. Първо, нека да разберем режимите на работа на лампите. За да се създаде нормален електронен поток, в междуелектродните пространства на лампата се създават специални електростатични потенциали. Тези потенциали се определят от напреженията, действащи върху неговите електроди. Нека да разгледаме основните режими на работа:
1. Максимално допустимо анодно напрежение (Ua max). Напрежението между анода и катода, ако бъде превишено, възниква повреда. При студен катод това напрежение е по-високо. Същото важи и за мрежовите напрежения.

2. Максимално допустим аноден ток (Ia max). Максимално допустима стойност на тока в анодната верига. По същество токът, преминаващ през лампата, минус малката част, „разтегната“ от потенциалите на мрежата.

3. Напрежение на нишката (Un). Типично напрежение, приложено към нажежаемата жичка (нагревател), при което катодът достига температурата, необходима за термоемисия, като в същото време лампата поддържа обявените параметри на издръжливост.

4. Ток на спиралата (In). Ток, консумиран от нишката.

Съществуват и редица характеристики, определени от дизайна на лампите, които влияят на параметрите на модула, сглобен на тази лампа:

1. Характерен наклон (S). Съотношението на увеличението на анодния ток към увеличението на напрежението на управляващата мрежа. Тези. можем да определим колко ще се промени анодният ток, когато управляващото напрежение се промени с 1V.

2. Вътрешно съпротивление на лампата (Ri). Съотношението на увеличението на анодното напрежение към съответното увеличение на аноден ток. По някакъв начин това може да се сравни с коефициента на пренос на ток на транзистора, защото с увеличаване на управляващото (положително) напрежение анодният ток се увеличава. Външно това изглежда като намаляване на съпротивлението. Естествено, лампата няма активно съпротивление като такова. Определя се от междуелектродните капацитети и има реактивен характер.

3. Статично усилване (µ). Съотношението на увеличението на анодното напрежение към контролното увеличение, причиняващо същото увеличение на анодния ток. Тези. по същество показва колко пъти по-ефективно е увеличението на управляващото напрежение с 1V от подобно увеличение на анодното напрежение.

3. Имена

Някои параметри и конструктивни характеристики на лампите могат да бъдат разпознати по техните маркировки:

1-ви елемент - ​​число, показващо напрежението на закръглената нишка

2-ри елемент - буква, указваща вида на лампата:
А – честотно преобразуващи лампи с две контролни решетки.
B – диодни пентоди
B – лампи с вторично излъчване
G – диод-триоди
D – диоди, включително демпферни
E – електронни светлинни индикатори
F – високочестотни пентоди с къса характеристика. Включително двойно контролирани пентоди
И - триод-хексоди, триод-хептоди, триод-октоди.
К - пентоди с разширена характеристика.
L – лампи с фокусиран лъч.
N – двойни триоди.
P – изходни пентоди, лъчеви тетроди
P – двойни тетроди (включително лъчеви) и двойни пентоди.
C – триоди
F – триод-пентоди
X – двойни диоди, включително кенотрони
C – кенотрони, принадлежащи към категорията на приемно-усилващите лампи. (специализираните изправителни устройства имат специални маркировки)
E – тетроди

3-тият елемент е номер, указващ серийния номер на типа устройство (т.е. серийният номер на разработката на лампата от тази серия. Например, първата разработена лампа от серията 6-волтови пръстови двойни триоди - 6N1P ).

Четвъртият елемент е буква, характеризираща дизайна на лампата:

А - в стъклена витрина с диаметър до 8 мм.
Б – субминиатюрен, в стъклена витрина с диаметър до 10,2 мм
G - субминиатюрен, в кутия от метално стъкло с диаметър над 10,2 mm
D – в метално-стъклен корпус с дискови спойки (среща се главно в микровълновата техника)
К – в керамичен корпус
N - субминиатюрен, в металокерамичен корпус (нувистори)
P - миниатюра в стъклена витрина (пръст)
P - субминиатюрен, в стъклена кутия с диаметър до 5 mm.
С – в стъклена витрина с диаметър над 22,5 мм.
Осмичните лампи с диаметър над 22,5 mm в метална кутия нямат 4-ти маркировъчен елемент.

4. Условия на труд

Има предубеждение, че лампите са по-взискателни за инсталиране от полупроводниковите устройства. Всъщност условията на работа на EVP не се различават много от тези, наложени от полупроводниковите устройства. Освен това лампите са по-малко взискателни към топлинните условия от полупроводниците. По този начин изходните етапи на ламповите усилватели с мощност до 20 W не изискват принудително охлаждане, за разлика от полупроводниковите. Повечето лампи се монтират в специален вид съединители - фасунги за лампи. Някои лампи имат клеми в горната част на крушката. Най-често това са изводите на анода или екранната решетка, към които се подава относително високо напрежение. Това се прави, за да се избегне повреда между него и клемите на други електроди. Ако лампите станат много горещи по време на работа, препоръчително е да ги раздалечите възможно най-далеч една от друга. Напоследък се появи специална тенденция в конструкцията на ламповата технология. Лампите и трансформаторите са поставени на горния панел на устройството, а останалите части са монтирани в сутерена на шасито. Такива устройства се охлаждат много по-добре и смятам, че този подход е доста разумен, ако в горната част на лампите няма анодни клеми, които заплашват потребителя с повреда при високо напрежение. Лампите не трябва да бъдат разположени строго вертикално. Допуска се всякакъв ъгъл на наклон спрямо хоризонта, ако няма опасност решетките да се нагреят и провиснат, като по този начин се създаде междуелектродно късо съединение.