Πρέπει να ξέρουμε, θα ξέρουμε. Ήχος σε κενό Ηχητικό κύμα στο κενό

Περιγράφεται ένα νέο φαινόμενο στη συμπυκνωμένη ύλη - το «άλμα» των φωνονίων από το ένα στερεό σώμα στο άλλο μέσω ενός κενού. Λόγω αυτού, ένα ηχητικό κύμα μπορεί να υπερνικήσει τα λεπτά κενά κενού και η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί μέσω ενός κενού δισεκατομμύρια φορές πιο αποτελεσματικά από ό,τι με τη συνηθισμένη θερμική ακτινοβολία.

Ένα ηχητικό κύμα είναι μια σύγχρονη δόνηση ατόμων μιας ουσίας σε σχέση με μια θέση ισορροπίας. Για να διαδοθεί ο ήχος, προφανώς, χρειάζεται ένα υλικό μέσο που να υποστηρίζει αυτές τις δονήσεις. Ο ήχος δεν μπορεί να ταξιδέψει στο κενό απλώς και μόνο επειδή δεν υπάρχει. Ωστόσο, όπως αποδείχθηκε πολύ πρόσφατα, οι ηχητικές δονήσεις μπορούν να μεταπηδήσουν από το ένα σώμα στο άλλο μέσω ενός κενού πάχους υπομικρών. Αυτό το αποτέλεσμα, που ονομάζεται "Σήραγγα κενού των φωνονίων", περιγράφηκε σε δύο άρθρα που δημοσιεύτηκαν στα τελευταία τεύχη του περιοδικού Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης. Ας σημειώσουμε αμέσως ότι αφού οι δονήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος μεταφέρουν όχι μόνο ήχο, αλλά και θερμότητα, το νέο αποτέλεσμα οδηγεί επίσης σε ασυνήθιστα ισχυρή μεταφορά θερμότητας μέσω του κενού.

Το νέο εφέ λειτουργεί μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ ηχητικών κυμάτων στον κρύσταλλο και ενός ηλεκτρικού πεδίου. Οι δονήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος, φτάνοντας στο άκρο ενός κρυστάλλου, δημιουργούν εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία κοντά στην επιφάνειά του. Αυτά τα πεδία «αισθητοποιούνται» στην άλλη άκρη του κενού και ταλαντεύονται τις δονήσεις του πλέγματος στον δεύτερο κρύσταλλο (βλ. Εικ. 1). Γενικά, φαίνεται σαν ένα ξεχωριστό φωνόνιο - ένα "κβάντο" δόνησης του κρυσταλλικού πλέγματος - να πηδά από τον ένα κρύσταλλο στον άλλο και να διαδίδεται περαιτέρω σε αυτό, αν και, φυσικά, δεν υπάρχει φωνόνιο στο χώρο μεταξύ των κρυστάλλων.

Οι συγγραφείς της ανακάλυψης χρησιμοποίησαν τη λέξη «tunneling» για να περιγράψουν το φαινόμενο, καθώς μοιάζει πολύ με τη διάνοιξη σήραγγας των κβαντικών σωματιδίων όταν πηδούν μέσα από ενεργειακά απαγορευμένες περιοχές. Ωστόσο, αξίζει να τονιστεί ότι το νέο φαινόμενο μπορεί να περιγραφεί πλήρως στη γλώσσα της κλασικής φυσικής και δεν απαιτεί καθόλου τη συμμετοχή της κβαντικής μηχανικής. Σχετίζεται κάπως με το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε μετασχηματιστές, επαγωγικές σόμπες και συσκευές ανεπαφικής φόρτισης για gadget. Και στις δύο περιπτώσεις, μια συγκεκριμένη διαδικασία σε ένα σώμα δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία μεταδίδονται χωρίς ακτινοβολία (δηλαδή χωρίς απώλεια ισχύος λόγω ακτινοβολίας) μέσω του διακένου στο δεύτερο σώμα και προκαλούν απόκριση σε αυτό. Η μόνη διαφορά είναι ότι με τη συνηθισμένη επαγωγή, το ηλεκτρικό ρεύμα «λειτουργεί» (δηλαδή η κίνηση των ηλεκτρονίων), ενώ με τη σήραγγα κενού των φωνονίων κινούνται τα ίδια τα άτομα.

Ο συγκεκριμένος μηχανισμός που οδηγεί σε μια τόσο αποτελεσματική σύζευξη μεταξύ κρυσταλλικής δόνησης και ηλεκτρικών πεδίων μπορεί να ποικίλλει. Σε ένα θεωρητικό άρθρο Φινλανδών ερευνητών, προτείνεται η χρήση πιεζοηλεκτρικών για το σκοπό αυτό - ουσίες που ηλεκτρίζονται όταν παραμορφώνονται και παραμορφώνονται σε ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό από μόνο του δεν αρκεί: για αποτελεσματικό άλμα φωνονίων μέσω του κενού, είναι απαραίτητο να οργανωθεί ένας συντονισμός μεταξύ των «εισερχόμενων» φωνονίων, των εναλλασσόμενων ηλεκτρικών πεδίων και των «δραπέτων» φωνονίων σε έναν άλλο κρύσταλλο. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι, δεδομένων των ρεαλιστικών παραμέτρων των ουσιών, υπάρχει στην πραγματικότητα ένας τέτοιος συντονισμός, έτσι ώστε σε ορισμένες γωνίες πρόσπτωσης, τα φωνόνια να μπορούν να σχηματίσουν σήραγγα με πιθανότητα έως και 100%.

Περιγράφεται ένα νέο φαινόμενο στη συμπυκνωμένη ύλη - το «άλμα» των φωνονίων από το ένα στερεό σώμα στο άλλο μέσω ενός κενού. Λόγω αυτού, ένα ηχητικό κύμα μπορεί να υπερνικήσει τα λεπτά κενά κενού και η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί μέσω ενός κενού δισεκατομμύρια φορές πιο αποτελεσματικά από ό,τι με τη συνηθισμένη θερμική ακτινοβολία.

Ένα ηχητικό κύμα είναι μια σύγχρονη δόνηση ατόμων μιας ουσίας σε σχέση με μια θέση ισορροπίας. Για να διαδοθεί ο ήχος, προφανώς, χρειάζεται ένα υλικό μέσο που να υποστηρίζει αυτές τις δονήσεις. Ο ήχος δεν μπορεί να ταξιδέψει στο κενό απλώς και μόνο επειδή δεν υπάρχει. Ωστόσο, όπως αποδείχθηκε πολύ πρόσφατα, οι ηχητικές δονήσεις μπορούν να μεταπηδήσουν από το ένα σώμα στο άλλο μέσω ενός κενού πάχους υπομικρών. Αυτό το αποτέλεσμα, που ονομάζεται "Σήραγγα κενού των φωνονίων", περιγράφηκε σε δύο άρθρα που δημοσιεύτηκαν στα τελευταία τεύχη του περιοδικού Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης. Ας σημειώσουμε αμέσως ότι αφού οι δονήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος μεταφέρουν όχι μόνο ήχο, αλλά και θερμότητα, το νέο αποτέλεσμα οδηγεί επίσης σε ασυνήθιστα ισχυρή μεταφορά θερμότητας μέσω του κενού.

Το νέο εφέ λειτουργεί μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ ηχητικών κυμάτων στον κρύσταλλο και ενός ηλεκτρικού πεδίου. Οι δονήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος, φτάνοντας στο άκρο ενός κρυστάλλου, δημιουργούν εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία κοντά στην επιφάνειά του. Αυτά τα πεδία «αισθητοποιούνται» στην άλλη άκρη του κενού και ταλαντεύονται τις δονήσεις του πλέγματος στον δεύτερο κρύσταλλο (βλ. Εικ. 1). Γενικά, φαίνεται σαν ένα ξεχωριστό φωνόνιο - ένα "κβάντο" δόνησης του κρυσταλλικού πλέγματος - να πηδά από τον ένα κρύσταλλο στον άλλο και να διαδίδεται περαιτέρω σε αυτό, αν και, φυσικά, δεν υπάρχει φωνόνιο στο χώρο μεταξύ των κρυστάλλων.

Οι συγγραφείς της ανακάλυψης χρησιμοποίησαν τη λέξη «tunneling» για να περιγράψουν το φαινόμενο, καθώς μοιάζει πολύ με τη διάνοιξη σήραγγας των κβαντικών σωματιδίων όταν πηδούν μέσα από ενεργειακά απαγορευμένες περιοχές. Ωστόσο, αξίζει να τονιστεί ότι το νέο φαινόμενο μπορεί να περιγραφεί πλήρως στη γλώσσα της κλασικής φυσικής και δεν απαιτεί καθόλου τη συμμετοχή της κβαντικής μηχανικής. Σχετίζεται κάπως με το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε μετασχηματιστές, επαγωγικές σόμπες και συσκευές ανεπαφικής φόρτισης για gadget. Και στις δύο περιπτώσεις, μια συγκεκριμένη διαδικασία σε ένα σώμα δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία μεταδίδονται χωρίς ακτινοβολία (δηλαδή χωρίς απώλεια ισχύος λόγω ακτινοβολίας) μέσω του διακένου στο δεύτερο σώμα και προκαλούν απόκριση σε αυτό. Η μόνη διαφορά είναι ότι με τη συνηθισμένη επαγωγή, το ηλεκτρικό ρεύμα «λειτουργεί» (δηλαδή η κίνηση των ηλεκτρονίων), ενώ με τη σήραγγα κενού των φωνονίων κινούνται τα ίδια τα άτομα.

Ο συγκεκριμένος μηχανισμός που οδηγεί σε μια τόσο αποτελεσματική σύζευξη μεταξύ κρυσταλλικής δόνησης και ηλεκτρικών πεδίων μπορεί να ποικίλλει. Σε ένα θεωρητικό άρθρο Φινλανδών ερευνητών, προτείνεται η χρήση πιεζοηλεκτρικών για το σκοπό αυτό - ουσίες που ηλεκτρίζονται όταν παραμορφώνονται και παραμορφώνονται σε ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό από μόνο του δεν αρκεί: για αποτελεσματικό άλμα φωνονίων μέσω του κενού, είναι απαραίτητο να οργανωθεί ένας συντονισμός μεταξύ των «εισερχόμενων» φωνονίων, των εναλλασσόμενων ηλεκτρικών πεδίων και των «δραπέτων» φωνονίων σε έναν άλλο κρύσταλλο. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι, δεδομένων των ρεαλιστικών παραμέτρων των ουσιών, υπάρχει στην πραγματικότητα ένας τέτοιος συντονισμός, έτσι ώστε σε ορισμένες γωνίες πρόσπτωσης, τα φωνόνια να μπορούν να σχηματίσουν σήραγγα με πιθανότητα έως και 100%.

Σε μια άλλη εργασία, οι φυσικοί έπεσαν πάνω στο υπό συζήτηση φαινόμενο ενώ μελετούσαν ένα φαινομενικά εντελώς τεχνικό ερώτημα: ποια θερμοκρασία είναι η ίδια η κορυφή μιας θερμής άκρης ενός μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας όταν φέρεται (χωρίς άγγιγμα) σε ένα κρύο υπόστρωμα (βλ. Εικ. 2). ? Χρησιμοποιώντας λεπτές πειραματικές τεχνικές, μπόρεσαν να μετρήσουν τη θερμοκρασία κυριολεκτικά του τελευταίου ατόμου στην άκρη της βελόνας και ανακάλυψαν ένα εκπληκτικό γεγονός: αυτό το άτομο βρίσκεται στη θερμοκρασία του υποστρώματος, όχι στη βελόνα! Αυτό σημαίνει ότι η ανταλλαγή θερμότητας χωρίς επαφή του τελευταίου ατόμου του άκρου με το υπόστρωμα ήταν πολύ ισχυρότερη (μέσω του κενού!) από ότι με το υπόλοιπο άκρο.

Η συμβατική θερμική ακτινοβολία, η πρώτη σκέψη που έρχεται στο μυαλό σε τέτοιες καταστάσεις, αποδείχθηκε εντελώς ανεπαρκής. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η μεταφορά θερμότητας από το άκρο στο υπόστρωμα ήταν δισεκατομμύρια (!) φορές πιο αποτελεσματική από αυτή που μπορούσε να προσφέρει η θερμική ακτινοβολία. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα των λεπτομερών μετρήσεων, υποδηλώνει ότι και εδώ πραγματοποιείται διάνοιξη φωνονίων μέσω του κενού.

Οι συντάκτες του άρθρου εξηγούν τη δυναμική αυτής της επίδρασης ως εξής. Οποιοδήποτε φορτίο φέρεται σε μια μεταλλική επιφάνεια προκαλεί φορτίο σε αυτήν (σε προβλήματα ηλεκτροστατικής μοντελοποιείται συχνά με μια πλασματική εικόνα φορτίου). Εάν το αρχικό φορτίο τρέμει, για παράδειγμα, λόγω θερμικών δονήσεων, τότε το επαγόμενο φορτίο θα τρέμει επίσης με την ίδια συχνότητα και πλάτος περίπου (λόγω του γεγονότος ότι τα ηλεκτρόνια είναι πολύ ελαφρύτερα από τα άτομα, έχουν χρόνο να «προσαρμοστούν» σε κάθε κίνηση του ατόμου). Ως αποτέλεσμα, αποδεικνύεται ότι μια συγκεκριμένη δέσμη ηλεκτρονίων εμφανίζεται ακριβώς στην επιφάνεια του υποστρώματος, η οποία τρέμει σαν ένα «καυτό» άτομο. Αυτή η δέσμη ταλαντεύει τις δονήσεις των ατόμων στο υπόστρωμα, ξοδεύεται ενέργεια σε αυτά, αφαιρείται από τη δέσμη ηλεκτρονίων και επομένως από το αρχικά ζεστό άτομο - τελικά συνδέεται "άκαμπτα" με τη δέσμη με ηλεκτρικές δυνάμεις! Είναι μέσω αυτού του μηχανισμού που το τελευταίο άτομο στο άκρο καταφέρνει να γίνει πολύ κρύο, ακόμα κι αν το υπόλοιπο μέρος της βελόνας είναι ζεστό.

Προφανώς, για εφαρμοσμένα προβλήματα το νέο αποτέλεσμα θα είναι ενδιαφέρον ακριβώς από την άποψη της μεταφοράς θερμότητας, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι πολύ πιο αποτελεσματική από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτή η παρατήρηση θα είναι πολύ σημαντική στο σχεδιασμό μικρομηχανικών συσκευών και στη μελέτη της θερμικής αγωγιμότητας πολυκρυσταλλικών πιεζοηλεκτρικών δειγμάτων. Επιπλέον, σε μικροσυσκευές που συνδυάζουν πιεζοηλεκτρικά και μεταλλικά στοιχεία, τα ηλεκτρόνια μπορούν να παίξουν. Όλες οι προοπτικές που ανοίγει αυτό για την ταχεία μεταφορά ενέργειας μεταξύ ηλεκτρονίων και φωνονίων από τη μια ουσία στην άλλη μέσω του κενού δεν έχουν ακόμη μελετηθεί.

Πηγές:
1) Mika Prunnila, Johanna Meltaus. Ακουστική σήραγγα και μεταφορά θερμότητας λόγω παροδικών ηλεκτρικών πεδίων // Phys. Στροφή μηχανής. Κάτοικος της Λατβίας. 105, 125501 (14 Σεπτεμβρίου 2010); Το κείμενο του άρθρου διατίθεται ελεύθερα στο αρχείο e-print με τον αριθμό arXiv:1003.1408.
2) Igor Altfeder, Andrey A. Voevodin, Ajit K. Roy. Σήραγγα κενού Phonon // Phys. Στροφή μηχανής. Κάτοικος της Λατβίας. 105, 166101 (11 Οκτωβρίου 2010).

Στην ενότητα για την ερώτηση Ο ήχος δεν ταξιδεύει στο κενό; δίνεται από τον συγγραφέα Ξεπλύνετεη καλύτερη απάντηση είναι Φως και ήχος στο κενό
Γιατί το φως ταξιδεύει μέσα από ένα κενό αλλά ο ήχος όχι;
Ο ειδικός των SEED Claude Beaudoin απαντά:
Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα - ένας συνδυασμός ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων - που δεν απαιτεί την παρουσία αερίου για να διαδοθεί.
Ο ήχος είναι το αποτέλεσμα ενός κύματος πίεσης. Η πίεση απαιτεί την παρουσία κάποιας ουσίας (για παράδειγμα, αέρα). Ο ήχος ταξιδεύει επίσης σε άλλες ουσίες: στο νερό, στον φλοιό της γης και περνά μέσα από τοίχους, κάτι που μπορεί να παρατηρήσετε όταν οι γείτονές σας κάνουν θόρυβο.
Ο/Η Michael Williams λέει:
Το φως είναι βασικά ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που μεταφέρεται από θεμελιώδη σωματίδια - φωτόνια. Αυτή η κατάσταση χαρακτηρίζεται ως «δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου» της κυματικής συμπεριφοράς. Αυτό σημαίνει ότι συμπεριφέρεται και ως κύμα και ως σωματίδιο. Όταν το φως διαδίδεται στο κενό, το φωτόνιο συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο και επομένως διαδίδεται ελεύθερα σε αυτό το μέσο.
Από την άλλη, ο ήχος είναι δόνηση. Ο ήχος που ακούμε είναι αποτέλεσμα δόνησης του τυμπάνου. Ο ήχος που εκπέμπεται από ένα ραδιόφωνο είναι αποτέλεσμα δόνησης της μεμβράνης του ηχείου. Η μεμβράνη κινείται μπρος-πίσω, με αποτέλεσμα ο αέρας γύρω της να δονείται. Οι δονήσεις του αέρα ταξιδεύουν, φτάνοντας στο τύμπανο και αναγκάζοντάς το να δονείται. Η δόνηση του τυμπάνου μετατρέπεται από τον εγκέφαλο σε ήχο που αναγνωρίζετε.
Έτσι, ο ήχος απαιτεί την παρουσία ύλης για να δονείται. Σε ένα ιδανικό κενό δεν υπάρχει τίποτα για δόνηση, επομένως η δονούμενη μεμβράνη ενός ραδιοφωνικού δέκτη δεν μπορεί να μεταδώσει ήχο.
Η εμπειρογνώμονας SEED Natalie Famiglietti προσθέτει:
Η διάδοση του ήχου είναι κίνηση. Η διάδοση του φωτός είναι ακτινοβολία ή εκπομπή.
Ο ήχος δεν μπορεί να ταξιδέψει στο κενό λόγω της έλλειψης ελαστικού μέσου. Ο Βρετανός επιστήμονας Ρόμπερτ Μπόιλ το ανακάλυψε πειραματικά το 1660. Έβαλε ένα ρολόι σε ένα βάζο και έβγαλε τον αέρα από αυτό. Αφού άκουσε, δεν μπορούσε να ξεχωρίσει το τικ.

Περιγράφεται ένα νέο φαινόμενο στη συμπυκνωμένη ύλη - το «άλμα» των φωνονίων από το ένα στερεό σώμα στο άλλο μέσω ενός κενού. Λόγω αυτού, ένα ηχητικό κύμα μπορεί να υπερνικήσει τα λεπτά κενά κενού και η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί μέσω ενός κενού δισεκατομμύρια φορές πιο αποτελεσματικά από ό,τι με τη συνηθισμένη θερμική ακτινοβολία.

Ένα ηχητικό κύμα είναι μια σύγχρονη δόνηση ατόμων μιας ουσίας σε σχέση με μια θέση ισορροπίας. Για να διαδοθεί ο ήχος, προφανώς, χρειάζεται ένα υλικό μέσο που να υποστηρίζει αυτές τις δονήσεις. Ο ήχος δεν μπορεί να ταξιδέψει στο κενό απλώς και μόνο επειδή δεν υπάρχει. Ωστόσο, όπως αποδείχθηκε πολύ πρόσφατα, οι ηχητικές δονήσεις μπορούν να μεταπηδήσουν από το ένα σώμα στο άλλο μέσω ενός κενού πάχους υπομικρών. Αυτό το αποτέλεσμα, που ονομάζεται "Σήραγγα κενού των φωνονίων", περιγράφηκε σε δύο άρθρα που δημοσιεύτηκαν στα τελευταία τεύχη του περιοδικού Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης. Ας σημειώσουμε αμέσως ότι αφού οι δονήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος μεταφέρουν όχι μόνο ήχο, αλλά και θερμότητα, το νέο αποτέλεσμα οδηγεί επίσης σε ασυνήθιστα ισχυρή μεταφορά θερμότητας μέσω του κενού.

Το νέο εφέ λειτουργεί μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ ηχητικών κυμάτων στον κρύσταλλο και ενός ηλεκτρικού πεδίου. Οι δονήσεις του κρυσταλλικού πλέγματος, φτάνοντας στο άκρο ενός κρυστάλλου, δημιουργούν εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία κοντά στην επιφάνειά του. Αυτά τα πεδία «αισθητοποιούνται» στην άλλη άκρη του κενού και ταλαντεύονται τις δονήσεις του πλέγματος στον δεύτερο κρύσταλλο (βλ. Εικ. 1). Γενικά, φαίνεται σαν ένα ξεχωριστό φωνόνιο - ένα "κβάντο" δόνησης του κρυσταλλικού πλέγματος - να πηδά από τον ένα κρύσταλλο στον άλλο και να διαδίδεται περαιτέρω σε αυτό, αν και, φυσικά, δεν υπάρχει φωνόνιο στο χώρο μεταξύ των κρυστάλλων.

Οι συγγραφείς της ανακάλυψης χρησιμοποίησαν τη λέξη «tunneling» για να περιγράψουν το φαινόμενο, καθώς μοιάζει πολύ με τη διάνοιξη σήραγγας των κβαντικών σωματιδίων όταν πηδούν μέσα από ενεργειακά απαγορευμένες περιοχές. Ωστόσο, αξίζει να τονιστεί ότι το νέο φαινόμενο μπορεί να περιγραφεί πλήρως στη γλώσσα της κλασικής φυσικής και δεν απαιτεί καθόλου τη συμμετοχή της κβαντικής μηχανικής. Σχετίζεται κάπως με το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε μετασχηματιστές, επαγωγικές σόμπες και συσκευές ανεπαφικής φόρτισης για gadget. Και στις δύο περιπτώσεις, μια συγκεκριμένη διαδικασία σε ένα σώμα δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία μεταδίδονται χωρίς ακτινοβολία (δηλαδή χωρίς απώλεια ισχύος λόγω ακτινοβολίας) μέσω του διακένου στο δεύτερο σώμα και προκαλούν απόκριση σε αυτό. Η μόνη διαφορά είναι ότι με τη συνηθισμένη επαγωγή, το ηλεκτρικό ρεύμα «λειτουργεί» (δηλαδή η κίνηση των ηλεκτρονίων), ενώ με τη σήραγγα κενού των φωνονίων κινούνται τα ίδια τα άτομα.

Ο συγκεκριμένος μηχανισμός που οδηγεί σε μια τόσο αποτελεσματική σύζευξη μεταξύ κρυσταλλικής δόνησης και ηλεκτρικών πεδίων μπορεί να ποικίλλει. Σε ένα θεωρητικό άρθρο Φινλανδών ερευνητών, προτείνεται η χρήση πιεζοηλεκτρικών για το σκοπό αυτό - ουσίες που ηλεκτρίζονται όταν παραμορφώνονται και παραμορφώνονται σε ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό από μόνο του δεν αρκεί: για αποτελεσματικό άλμα φωνονίων μέσω του κενού, είναι απαραίτητο να οργανωθεί ένας συντονισμός μεταξύ των «εισερχόμενων» φωνονίων, των εναλλασσόμενων ηλεκτρικών πεδίων και των «δραπέτων» φωνονίων σε έναν άλλο κρύσταλλο. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι, δεδομένων των ρεαλιστικών παραμέτρων των ουσιών, υπάρχει στην πραγματικότητα ένας τέτοιος συντονισμός, έτσι ώστε σε ορισμένες γωνίες πρόσπτωσης, τα φωνόνια να μπορούν να σχηματίσουν σήραγγα με πιθανότητα έως και 100%.

Τον τελευταίο καιρό, ο σχεδιασμός του εξοπλισμού ήχου με σωλήνα έχει γίνει όλο και πιο δημοφιλής. Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσω να σας πω τι πρέπει να γνωρίζετε όταν ξεκινάτε την εργασία.

1 . Ανατομία

Η αρχή λειτουργίας των σωλήνων ηλεκτρονίων βασίζεται στην κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρονίων) σε ένα ηλεκτροστατικό πεδίο. Ας εξετάσουμε τη συσκευή ενός ραδιοσωλήνα. Το σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα του σχεδιασμού του απλούστερου έμμεσου λαμπτήρα πυρακτώσεως (δίοδος).

Στην πραγματικότητα, η λάμπα είναι ένα γυάλινο δοχείο στο οποίο δημιουργείται υψηλό κενό (10-5 - 10-7 torr). Για τους κλασικούς λαμπτήρες, τα σχήματα των ηλεκτροδίων είναι παρόμοια και είναι ομόκεντροι «κύλινδροι». Το θέμα όλων είναι ότι όταν η κάθοδος θερμαίνεται, τα ηλεκτρόνια διεγείρονται και την αφήνουν. Η κάθοδος άμεσου νήματος είναι απλώς ένα νήμα βολφραμίου, όπως σε μια συνηθισμένη λάμπα φωτισμού. Τέτοιες κάθοδοι χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει ανάγκη δημιουργίας ειδικού καθεστώτος στην κάθοδο. Οι περισσότεροι λαμπτήρες χρησιμοποιούν μια έμμεση κάθοδο νήματος. Σε αυτή την περίπτωση, το νήμα τοποθετείται σε μεταλλικό σωλήνα. Σε κάποια απόσταση από την κάθοδο υπάρχει μια άνοδος - ένα ηλεκτρόδιο, το οποίο είναι η "τελική στάση" της ροής ηλεκτρονίων. Για τον έλεγχο της ταχύτητας της κίνησης των ηλεκτρονίων από την κάθοδο στην άνοδο, χρησιμοποιούνται πρόσθετα ηλεκτρόδια. Τα πλέγματα χωρίζονται σε 3 τύπους. Έλεγχος, οθόνη και προστατευτικό (anti-dynatron). Το πλέγμα είναι ένα συρμάτινο σπειροειδές τυλιγμένο σε μεταλλικούς στύλους (τραβέρσες), τοποθετημένο ανάμεσα σε δύο φλάντζες μαρμαρυγίας. Οι ίδιες φλάντζες συγκρατούν τις τραβέρσες ανόδου και καθόδου. Υπάρχουν επίσης λαμπτήρες που περιέχουν πολλά συστήματα ηλεκτροδίων. Τέτοιοι λαμπτήρες ονομάζονται συνδυαστικοί λαμπτήρες. Ανάλογα με την ισχύ του λαμπτήρα, τα ηλεκτρόδια και το σώμα του μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορα υλικά, γιατί Καθώς το ρεύμα που διέρχεται από αυτό αυξάνεται, η ισχύς που διαχέεται αυξάνεται.

2. Ήθη

Είναι αρκετά σαφές ότι κάθε τύπος λαμπτήρα έχει τις δικές του αρχικές παραμέτρους και χαρακτηριστικά. Πρώτα απ 'όλα, ας μάθουμε τους τρόπους λειτουργίας των λαμπτήρων. Για να δημιουργηθεί μια κανονική ροή ηλεκτρονίων, δημιουργούνται ειδικά ηλεκτροστατικά δυναμικά στους διαηλεκτροδικούς χώρους του λαμπτήρα. Αυτά τα δυναμικά καθορίζονται από τις τάσεις που δρουν στα ηλεκτρόδιά του. Ας δούμε τους κύριους τρόπους λειτουργίας:
1. Μέγιστη επιτρεπόμενη τάση ανόδου (Ua max). Η τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, εάν ξεπεραστεί, συμβαίνει μια βλάβη. Με μια ψυχρή κάθοδο αυτή η τάση είναι υψηλότερη. Το ίδιο ισχύει και για τις τάσεις του δικτύου.

2. Μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα ανόδου (Ia max). Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή ρεύματος στο κύκλωμα ανόδου. Ουσιαστικά, το ρεύμα που διέρχεται από τη λάμπα, μείον το μικρό κλάσμα που «τεντώνεται» από τα δυναμικά του πλέγματος.

3. Τάση νήματος (Un). Τυπική τάση που εφαρμόζεται στο νήμα (θερμαντήρας), στην οποία η κάθοδος φθάνει τη θερμοκρασία που απαιτείται για τη θερμιονική εκπομπή, ενώ ταυτόχρονα ο λαμπτήρας διατηρεί τις δηλωμένες παραμέτρους αντοχής.

4. Ρεύμα νήματος (In). Ρεύμα που καταναλώνεται από το νήμα.

Υπάρχουν επίσης ορισμένα χαρακτηριστικά που καθορίζονται από το σχεδιασμό των λαμπτήρων που επηρεάζουν τις παραμέτρους του συγκροτήματος που συναρμολογείται σε αυτόν τον λαμπτήρα:

1. Χαρακτηριστική κλίση (S). Ο λόγος της αύξησης του ρεύματος ανόδου προς την αύξηση της τάσης στο πλέγμα ελέγχου. Εκείνοι. μπορούμε να προσδιορίσουμε πόσο θα αλλάξει το ρεύμα της ανόδου όταν η τάση ελέγχου αλλάξει κατά 1V.

2. Εσωτερική αντίσταση του λαμπτήρα (Ri). Ο λόγος της αύξησης της τάσης ανόδου προς την αντίστοιχη αύξηση του ρεύματος ανόδου. Κατά κάποιο τρόπο, αυτό μπορεί να συγκριθεί με τον συντελεστή μεταφοράς ρεύματος ενός τρανζίστορ επειδή καθώς αυξάνεται η τάση ελέγχου (θετική), αυξάνεται το ρεύμα ανόδου. Εξωτερικά, αυτό μοιάζει με μείωση της αντίστασης. Φυσικά, η λάμπα δεν έχει ενεργή αντίσταση αυτή καθαυτή. Καθορίζεται από τις χωρητικότητες των διαηλεκτροδίων και είναι αντιδραστικό στη φύση.

3. Στατικό κέρδος (μ). Ο λόγος της αύξησης της τάσης ανόδου προς την αύξηση ελέγχου που προκαλεί την ίδια αύξηση στο ρεύμα της ανόδου. Εκείνοι. ουσιαστικά δείχνει πόσες φορές πιο αποτελεσματική είναι μια αύξηση της τάσης ελέγχου κατά 1 V από μια παρόμοια αύξηση στην τάση της ανόδου.

3. Ονόματα

Ορισμένες παράμετροι και σχεδιαστικά χαρακτηριστικά των λαμπτήρων μπορούν να αναγνωριστούν από τις σημάνσεις τους:

1ο στοιχείο - ένας αριθμός που δείχνει τη στρογγυλεμένη τάση του νήματος

2ο στοιχείο – γράμμα που υποδεικνύει τον τύπο του λαμπτήρα:
A – λαμπτήρες μετατροπής συχνότητας με δύο πλέγματα ελέγχου.
Β – πεντόδια διόδου
B – λαμπτήρες με δευτερεύουσα εκπομπή
G – δίοδοι-τρίοδοι
D – δίοδοι, συμπεριλαμβανομένων των αποσβεστήρα
E – ηλεκτρονικές φωτεινές ενδείξεις
F – πεντόδια υψηλής συχνότητας με κοντό χαρακτηριστικό. Συμπεριλαμβανομένων διπλών ελεγχόμενων πεντόδων
Και - τρίοδος-εξόδια, τρίοδοι-επτόδια, τρίοδοι-οκτώδες.
Κ - πεντόδες με εκτεταμένο χαρακτηριστικό.
L – λαμπτήρες με εστιασμένη δέσμη.
N – διπλές τρίοδοι.
P – πεντόδια εξόδου, τετρόδους δέσμης
P – διπλά τετρώδη (συμπεριλαμβανομένων των δοκών) και διπλά πεντόδια.
C – τρίοδοι
F – τρίοδα-πεντόδια
X – διπλές δίοδοι, συμπεριλαμβανομένων των κενοτόνων
C – kenotrons που ανήκουν στην κατηγορία των λαμπτήρων λήψης και ενίσχυσης. (οι εξειδικευμένες συσκευές ανόρθωσης έχουν ειδικές σημάνσεις)
Ε – τετράδες

Το 3ο στοιχείο είναι ένας αριθμός που υποδεικνύει τον σειριακό αριθμό του τύπου συσκευής (δηλαδή τον σειριακό αριθμό της ανάπτυξης της λάμπας αυτής της σειράς. Για παράδειγμα, η 1η ανεπτυγμένη λυχνία από τη σειρά διπλών τριοδίων τύπου δακτύλου 6 βολτ - 6N1P ).

Το 4ο στοιχείο είναι ένα γράμμα που χαρακτηρίζει το σχέδιο της λάμπας:

A - σε γυάλινη θήκη με διάμετρο έως 8 mm.
B – υπομινιατούρα, σε γυάλινη θήκη με διάμετρο έως 10,2 mm
G - υπομινιατούρα, σε θήκη από μέταλλο-γυαλί με διάμετρο μεγαλύτερη από 10,2 mm
D – σε θήκη από μέταλλο-γυαλί με συγκολλήσεις δίσκου (βρίσκονται κυρίως στην τεχνολογία μικροκυμάτων)
K – σε κεραμική θήκη
N - υπομινιατούρα, σε μεταλλοκεραμική θήκη (nuvistors)
P - μινιατούρα σε γυάλινη θήκη (δάχτυλο)
P - υπομινιατούρα, σε γυάλινη θήκη με διάμετρο έως 5 mm.
C – σε γυάλινη θήκη με διάμετρο μεγαλύτερη από 22,5 mm.
Οι οκταδικοί λαμπτήρες με διάμετρο μεγαλύτερη από 22,5 mm σε μεταλλική θήκη δεν έχουν το 4ο στοιχείο σήμανσης.

4. Συνθήκες εργασίας

Υπάρχει μια προκατάληψη ότι οι λαμπτήρες είναι πιο απαιτητικοί στην εγκατάσταση από τις συσκευές ημιαγωγών. Στην πραγματικότητα, οι συνθήκες λειτουργίας του EVP δεν διαφέρουν πολύ από αυτές που επιβάλλουν οι συσκευές ημιαγωγών. Επιπλέον, οι λαμπτήρες είναι λιγότερο απαιτητικοί σε θερμικές συνθήκες από τους ημιαγωγούς. Έτσι, τα στάδια εξόδου των ενισχυτών σωλήνων με ισχύ έως 20 W δεν απαιτούν εξαναγκασμένη ψύξη, σε αντίθεση με τους ημιαγωγούς. Οι περισσότεροι λαμπτήρες εγκαθίστανται σε ένα ειδικό είδος συνδετήρων - υποδοχές λαμπτήρων. Ορισμένοι λαμπτήρες έχουν ακροδέκτες στο επάνω μέρος του λαμπτήρα. Τις περισσότερες φορές αυτοί είναι οι ακροδέκτες του πλέγματος ανόδου ή οθόνης, στους οποίους εφαρμόζεται σχετικά υψηλή τάση. Αυτό γίνεται για να αποφευχθεί η διάσπαση μεταξύ αυτού και των ακροδεκτών άλλων ηλεκτροδίων. Εάν οι λάμπες ζεσταίνονται πολύ κατά τη λειτουργία, συνιστάται να τις τοποθετήσετε όσο το δυνατόν πιο μακριά. Πρόσφατα, μια ιδιαίτερη τάση έχει εμφανιστεί στην κατασκευή τεχνολογίας λαμπτήρων. Οι λαμπτήρες και οι μετασχηματιστές τοποθετούνται στο επάνω πλαίσιο της συσκευής και τα υπόλοιπα μέρη τοποθετούνται στο υπόγειο του πλαισίου. Τέτοιες συσκευές ψύχονται πολύ καλύτερα και θεωρώ αυτή την προσέγγιση αρκετά λογική εάν δεν υπάρχουν ακροδέκτες ανόδου στο πάνω μέρος των λαμπτήρων που απειλούν τον χρήστη με ζημιά υψηλής τάσης. Οι λαμπτήρες δεν χρειάζεται να τοποθετούνται αυστηρά κάθετα. Οποιαδήποτε γωνία κλίσης σε σχέση με τον ορίζοντα επιτρέπεται εάν δεν υπάρχει κίνδυνος να θερμανθούν και να κρεμάσουν τα πλέγματα, δημιουργώντας έτσι βραχυκύκλωμα μεταξύ ηλεκτροδίων.