Me peame teadma, me saame teada. Heli vaakumis Helilaine vaakumis

Kirjeldatakse uut nähtust kondenseerunud aines - fonoonide "hüppamist" ühest tahkest kehast teise läbi tühimiku. Tänu sellele suudab helilaine ületada õhukesed vaakumivahed ning soojust saab vaakumi kaudu üle kanda miljardeid kordi tõhusamalt kui tavalise soojuskiirgusega.

Helilaine on aine aatomite sünkroonne vibratsioon tasakaaluasendi suhtes. Heli levimiseks on ilmselgelt vaja materiaalset keskkonda, mis neid vibratsioone toetab. Heli ei saa liikuda vaakumis lihtsalt sellepärast, et seda seal pole. Kuid nagu üsna hiljuti selgus, võivad helivõnked hüpata ühelt kehalt teisele läbi submikroni paksuse vaakumpilu. Seda efekti nimetatakse "Fonoonide vaakumtunneldamine", kirjeldati kahes ajakirja viimastes numbrites avaldatud artiklis Füüsilise ülevaate kirjad. Olgu kohe märgitud, et kuna kristallvõre vibratsioonid ei kanna mitte ainult heli, vaid ka soojust, siis toob uus efekt kaasa ka ebatavaliselt tugev soojusülekanne vaakumi kaudu.

Uus efekt toimib kristallis leiduvate helilainete ja elektrivälja interaktsiooni kaudu. Kristallvõre vibratsioon, mis jõuab ühe kristalli lõppu, tekitab selle pinna lähedal vahelduvaid elektrivälju. Need väljad on "tunnetavad" vaakumpilu teises servas ja kõigutavad võre vibratsiooni teises kristallis (vt joonis 1). Üldiselt tundub, et eraldi fonon - kristallvõre vibratsiooni "kvant" - hüppab ühelt kristallilt teisele ja levib selles edasi, kuigi loomulikult pole kristallidevahelises ruumis fononit.

Avastuse autorid kasutasid efekti kirjeldamiseks sõna "tunneldamine", kuna see on väga sarnane kvantosakeste tunnelimisega, kui nad hüppavad läbi energeetiliselt keelatud piirkondade. Siiski tasub rõhutada, et uus nähtus on täielikult kirjeldatav klassikalise füüsika keeles ega eelda üldse kvantmehaanika kaasamist. See on mõnevõrra seotud elektromagnetilise induktsiooni nähtusega, mida kasutatakse laialdaselt trafodes, induktsioonpliitides ja vidinate kontaktivabades laadimisseadmetes. Mõlemal juhul tekitab ühes kehas teatud protsess elektromagnetvälju, mis kanduvad mittekiirguslikult (st ilma kiirgusest tingitud võimsuskadudeta) läbi pilu teisele kehale ja põhjustavad selles reaktsiooni. Ainus erinevus on see, et tavalise induktiivsuse korral elektrivool "töötab" (st elektronide liikumine), samal ajal kui fonoonide vaakumtunneldamisel liiguvad aatomid ise.

Konkreetne mehhanism, mis viib sellise tõhusa sidestamiseni kristallide vibratsiooni ja elektriväljade vahel, võib varieeruda. Soome teadlaste teoreetilises artiklis tehakse ettepanek kasutada selleks piesoelektrikuid – aineid, mis deformeerudes elektristuvad ja deformeeruvad elektriväljas. Sellest iseenesest ei piisa: fonoonide tõhusaks hüppamiseks läbi vaakumipilu on vaja korraldada resonants "sissetulevate" fononite, vahelduvate elektriväljade ja "põgenevate" fononite vahel teises kristallis. Arvutused näitavad, et ainete realistlikke parameetreid arvestades on selline resonants tegelikult olemas, nii et teatud langemisnurkade korral võivad fononid tunneldada kuni 100% tõenäosusega.

Kirjeldatakse uut nähtust kondenseerunud aines - fonoonide "hüppamist" ühest tahkest kehast teise läbi tühimiku. Tänu sellele suudab helilaine ületada õhukesed vaakumivahed ning soojust saab vaakumi kaudu üle kanda miljardeid kordi tõhusamalt kui tavalise soojuskiirgusega.

Helilaine on aine aatomite sünkroonne vibratsioon tasakaaluasendi suhtes. Heli levimiseks on ilmselgelt vaja materiaalset keskkonda, mis neid vibratsioone toetab. Heli ei saa liikuda vaakumis lihtsalt sellepärast, et seda seal pole. Kuid nagu üsna hiljuti selgus, võivad helivõnked hüpata ühelt kehalt teisele läbi submikroni paksuse vaakumpilu. Seda efekti nimetatakse "Fonoonide vaakumtunneldamine", kirjeldati kahes ajakirja viimastes numbrites avaldatud artiklis Füüsilise ülevaate kirjad. Olgu kohe märgitud, et kuna kristallvõre vibratsioonid ei kanna mitte ainult heli, vaid ka soojust, siis toob uus efekt kaasa ka ebatavaliselt tugev soojusülekanne vaakumi kaudu.

Uus efekt toimib kristallis leiduvate helilainete ja elektrivälja interaktsiooni kaudu. Kristallvõre vibratsioon, mis jõuab ühe kristalli lõppu, tekitab selle pinna lähedal vahelduvaid elektrivälju. Need väljad on "tunnetavad" vaakumpilu teises servas ja kõigutavad võre vibratsiooni teises kristallis (vt joonis 1). Üldiselt tundub, et eraldi fonon - kristallvõre vibratsiooni "kvant" - hüppab ühelt kristallilt teisele ja levib selles edasi, kuigi loomulikult pole kristallidevahelises ruumis fononit.

Avastuse autorid kasutasid efekti kirjeldamiseks sõna "tunneldamine", kuna see on väga sarnane kvantosakeste tunnelimisega, kui nad hüppavad läbi energeetiliselt keelatud piirkondade. Siiski tasub rõhutada, et uus nähtus on täielikult kirjeldatav klassikalise füüsika keeles ega eelda üldse kvantmehaanika kaasamist. See on mõnevõrra seotud elektromagnetilise induktsiooni nähtusega, mida kasutatakse laialdaselt trafodes, induktsioonpliitides ja vidinate kontaktivabades laadimisseadmetes. Mõlemal juhul tekitab ühes kehas teatud protsess elektromagnetvälju, mis kanduvad mittekiirguslikult (st ilma kiirgusest tingitud võimsuskadudeta) läbi pilu teisele kehale ja põhjustavad selles reaktsiooni. Ainus erinevus on see, et tavalise induktiivsuse korral elektrivool "töötab" (st elektronide liikumine), samal ajal kui fonoonide vaakumtunneldamisel liiguvad aatomid ise.

Konkreetne mehhanism, mis viib sellise tõhusa sidestamiseni kristallide vibratsiooni ja elektriväljade vahel, võib varieeruda. Soome teadlaste teoreetilises artiklis tehakse ettepanek kasutada selleks piesoelektrikuid – aineid, mis deformeerudes elektristuvad ja deformeeruvad elektriväljas. Sellest iseenesest ei piisa: fonoonide tõhusaks hüppamiseks läbi vaakumipilu on vaja korraldada resonants "sissetulevate" fononite, vahelduvate elektriväljade ja "põgenevate" fononite vahel teises kristallis. Arvutused näitavad, et ainete realistlikke parameetreid arvestades on selline resonants tegelikult olemas, nii et teatud langemisnurkade korral võivad fononid tunneldada kuni 100% tõenäosusega.

Teises artiklis komistasid füüsikud arutluse all oleva efekti otsa, uurides pealtnäha täiesti tehnilist küsimust: milline on skaneeriva tunnelmikroskoobi sooja otsa temperatuur, kui see tuuakse (puudumata) külmale substraadile (vt joonis 2). ? Peent katsetehnikat kasutades suutsid nad mõõta sõna otseses mõttes kõige viimase aatomi temperatuuri nõela otsas ja avastasid hämmastava fakti: see aatom on substraadi, mitte nõela temperatuuril! See tähendab, et otsa kõige viimase aatomi kontaktivaba soojusvahetus substraadiga oli palju tugevam (läbi vaakumi!) kui ülejäänud otsaga.

Tavapärane soojuskiirgus, esimene mõte, mis sellistes olukordades pähe tuleb, osutus täiesti ebapiisavaks. Teadlaste sõnul oli soojusülekanne otsast substraadile miljardeid (!) kordi tõhusam, kui seda suutis pakkuda soojuskiirgus. See asjaolu koos üksikasjalike mõõtmiste tulemustega näitab, et ka siin toimub fonoonide tunnelimine läbi vaakumi.

Artikli autorid selgitavad selle efekti dünaamikat järgmiselt. Igasugune metallpinnale viidud laeng indutseerib sellel laengu (elektrostaatika probleemide korral modelleeritakse see sageli fiktiivse laengupildiga). Kui algne laeng väriseb näiteks termiliste vibratsioonide tõttu, siis väriseb ka indutseeritud laeng ligikaudu sama sageduse ja amplituudiga (kuna elektronid on aatomitest palju kergemad, on neil aega igaühega "kohaneda" aatomi liikumine). Selle tulemusena selgub, et otse substraadi pinnale ilmub teatud elektronkimp, mis väriseb nagu “kuum” aatom. See hunnik raputab substraadil aatomite vibratsioone, neile kulutatakse energiat, see võetakse ära elektronkimbust ja seega ka algselt kuumalt aatomilt - on ju elektrijõudude abil kimbuga “jäigalt” ühendatud! Just selle mehhanismi kaudu õnnestub otsa viimane aatom väga külmaks muutuda, isegi kui ülejäänud nõel on soe.

Ilmselt on rakendusprobleemide jaoks uus efekt huvitav just soojusülekande seisukohalt, mis teatud olukordades võib osutuda seni arvatust palju tõhusamaks. See tähelepanek on väga oluline mikromehaaniliste seadmete projekteerimisel ja polükristalliliste piesoelektriliste proovide soojusjuhtivuse uurimisel. Lisaks võivad piesoelektrilisi ja metallkomponente ühendavates mikroseadmetes mängu tulla elektronid. Kõik väljavaated, mida see avab energia kiireks ülekandmiseks elektronide ja fononite vahel ühest ainest teise vaakumi kaudu, on veel uurimata.

Allikad:
1) Mika Prunnila, Johanna Meltaus. Akustiline fononi tunneldamine ja soojuse ülekandmine kaduvate elektriväljade tõttu // Phys. Rev. Lett. 105, 125501 (14. september 2010); Artikli tekst on vabalt kättesaadav e-trüki arhiivis numbri arXiv:1003.1408 all.
2) Igor Altfeder, Andrey A. Voevodin, Ajit K. Roy. Vaakumfonontunneldamine // Phys. Rev. Lett. 105, 166101 (11. oktoober 2010).

Küsimuse osas Kas heli ei liigu vaakumis? antud autori poolt Loputage parim vastus on Valgus ja heli vaakumis
Miks valgus liigub läbi vaakumi, aga heli mitte?
SEED-ekspert Claude Beaudoin vastab:
Valgus on elektromagnetlaine – elektri- ja magnetvälja kombinatsioon –, mille levimiseks ei ole vaja gaasi olemasolu.
Heli on rõhulaine tulemus. Rõhk eeldab mõne aine (näiteks õhu) olemasolu. Heli levib ka teistes ainetes: vees, maapõues ja läbib seinu, mida võid märgata, kui naabrid teevad müra.
Michael Williams ütleb:
Valgus on põhimõtteliselt elektromagnetiline energia, mida kannavad põhiosakesed – footonid. Seda olukorda iseloomustab lainekäitumise "laine-osakeste duaalsus". See tähendab, et see käitub nii laine kui ka osakesena. Kui valgus levib vaakumis, käitub footon nagu osake ja seetõttu levib selles keskkonnas vabalt.
Teisest küljest on heli vibratsioon. Heli, mida kuuleme, on kuulmekile vibratsiooni tulemus. Raadio kiirgav heli on kõlari membraani vibratsiooni tulemus. Membraan liigub edasi-tagasi, põhjustades selle ümber oleva õhu vibratsiooni. Õhuvibratsioon levib, ulatudes kuulmekile ja põhjustades selle vibratsiooni. Aju muudab kuulmekile vibratsiooni heliks, mille tunnete ära.
Seega nõuab heli vibreerimiseks aine olemasolu. Ideaalses vaakumis pole midagi vibreerida, seega ei saa raadiovastuvõtja vibreeriv membraan heli edastada.
SEED-i ekspert Natalie Famiglietti lisab:
Heli levimine on liikumine; Valguse levimine on kiirgus või emissioon.
Heli ei saa liikuda vaakumis elastse keskkonna puudumise tõttu. Briti teadlane Robert Boyle avastas selle eksperimentaalselt aastal 1660. Ta pani kella purki ja pumpas sealt õhu välja. Pärast kuulamist ei suutnud ta tiksumist eristada.

Kirjeldatakse uut nähtust kondenseerunud aines - fonoonide "hüppamist" ühest tahkest kehast teise läbi tühimiku. Tänu sellele suudab helilaine ületada õhukesed vaakumivahed ning soojust saab vaakumi kaudu üle kanda miljardeid kordi tõhusamalt kui tavalise soojuskiirgusega.

Helilaine on aine aatomite sünkroonne vibratsioon tasakaaluasendi suhtes. Heli levimiseks on ilmselgelt vaja materiaalset keskkonda, mis neid vibratsioone toetab. Heli ei saa liikuda vaakumis lihtsalt sellepärast, et seda seal pole. Kuid nagu üsna hiljuti selgus, võivad helivõnked hüpata ühelt kehalt teisele läbi submikroni paksuse vaakumpilu. Seda efekti nimetatakse "Fonoonide vaakumtunneldamine", kirjeldati kahes ajakirja viimastes numbrites avaldatud artiklis Füüsilise ülevaate kirjad. Olgu kohe märgitud, et kuna kristallvõre vibratsioonid ei kanna mitte ainult heli, vaid ka soojust, siis toob uus efekt kaasa ka ebatavaliselt tugev soojusülekanne vaakumi kaudu.

Uus efekt toimib kristallis leiduvate helilainete ja elektrivälja interaktsiooni kaudu. Kristallvõre vibratsioon, mis jõuab ühe kristalli lõppu, tekitab selle pinna lähedal vahelduvaid elektrivälju. Need väljad on "tunnetavad" vaakumpilu teises servas ja kõigutavad võre vibratsiooni teises kristallis (vt joonis 1). Üldiselt tundub, et eraldi fonon - kristallvõre vibratsiooni "kvant" - hüppab ühelt kristallilt teisele ja levib selles edasi, kuigi loomulikult pole kristallidevahelises ruumis fononit.

Avastuse autorid kasutasid efekti kirjeldamiseks sõna "tunneldamine", kuna see on väga sarnane kvantosakeste tunnelimisega, kui nad hüppavad läbi energeetiliselt keelatud piirkondade. Siiski tasub rõhutada, et uus nähtus on täielikult kirjeldatav klassikalise füüsika keeles ega eelda üldse kvantmehaanika kaasamist. See on mõnevõrra seotud elektromagnetilise induktsiooni nähtusega, mida kasutatakse laialdaselt trafodes, induktsioonpliitides ja vidinate kontaktivabades laadimisseadmetes. Mõlemal juhul tekitab ühes kehas teatud protsess elektromagnetvälju, mis kanduvad mittekiirguslikult (st ilma kiirgusest tingitud võimsuskadudeta) läbi pilu teisele kehale ja põhjustavad selles reaktsiooni. Ainus erinevus on see, et tavalise induktiivsuse korral elektrivool "töötab" (st elektronide liikumine), samal ajal kui fonoonide vaakumtunneldamisel liiguvad aatomid ise.

Konkreetne mehhanism, mis viib sellise tõhusa sidestamiseni kristallide vibratsiooni ja elektriväljade vahel, võib varieeruda. Soome teadlaste teoreetilises artiklis tehakse ettepanek kasutada selleks piesoelektrikuid – aineid, mis deformeerudes elektristuvad ja deformeeruvad elektriväljas. Sellest iseenesest ei piisa: fonoonide tõhusaks hüppamiseks läbi vaakumipilu on vaja korraldada resonants "sissetulevate" fononite, vahelduvate elektriväljade ja "põgenevate" fononite vahel teises kristallis. Arvutused näitavad, et ainete realistlikke parameetreid arvestades on selline resonants tegelikult olemas, nii et teatud langemisnurkade korral võivad fononid tunneldada kuni 100% tõenäosusega.

Viimasel ajal on toruheliseadmete disain muutunud üha populaarsemaks. Selles artiklis püüan teile öelda, mida peate tööle asudes teadma.

1 . Anatoomia

Elektrontorude tööpõhimõte põhineb laetud osakeste (elektronide) liikumisel elektrostaatilises väljas. Vaatleme raadiotoru seadet. Joonisel on kujutatud kõige lihtsama kaudse hõõglambi (dioodi) konstruktsiooni skeem.

Tegelikult on lamp klaasanum, milles tekib kõrgvaakum (10-5 - 10-7 torri). Klassikaliste lampide puhul on elektroodide kuju sarnased ja kontsentrilised "silindrid". Kõige mõte on selles, et katoodi kuumutamisel ergastuvad elektronid ja lahkuvad sellest. Otsene hõõgniidi katood on lihtsalt volframniit, nagu tavalises valgustuslambis. Selliseid katoode kasutatakse juhtudel, kui katoodil ei ole vaja luua erirežiimi. Enamik lampe kasutab kaudset hõõgniitkatoodi. Sellisel juhul asetatakse hõõgniit metalltorusse. Katoodist mõnel kaugusel on anood - elektrood, mis on elektronide voolu "lõplik peatus". Elektronide liikumise kiiruse reguleerimiseks katoodilt anoodile kasutatakse täiendavaid elektroode. Võred on jagatud 3 tüüpi. Juht, ekraan ja kaitse (anti-dynatron). Võrk on metallpostidele (traversidele) keritud traatspiraal, mis on kahe vilgukivist ääriku vahele. Samad äärikud hoiavad anoodi ja katoodi traversid. Samuti on mitut elektroodisüsteemi sisaldavad lambid. Selliseid lampe nimetatakse kombineeritud lampideks. Olenevalt lambi võimsusest võivad selle elektroodid ja korpus olla valmistatud erinevatest materjalidest, sest Kui seda läbiv vool suureneb, suureneb hajutatud võimsus.

2. Moraal

On üsna selge, et igal lambitüübil on oma algsed parameetrid ja omadused. Kõigepealt selgitame välja lampide töörežiimid. Normaalse elektronivoolu tekitamiseks luuakse lambi elektroodidevahelistes ruumides spetsiaalsed elektrostaatilised potentsiaalid. Need potentsiaalid on määratud selle elektroodidele mõjuvate pingetega. Vaatame peamisi töörežiime:
1. Suurim lubatud anoodipinge (Ua max). Anoodi ja katoodi vaheline pinge ületamisel tekib rike. Külma katoodiga on see pinge suurem. Sama kehtib ka võrgu pingete kohta.

2. Suurim lubatud anoodivool (Ia max). Suurim lubatud voolu väärtus anoodiahelas. Sisuliselt lampi läbiv vool, millest on lahutatud võrgupotentsiaalide poolt "venitatud" väike osa.

3. Hõõgniidi pinge (Un). Tüüpiline hõõgniidile (soojendile) rakendatav pinge, mille juures katood saavutab termilise emissiooni jaoks vajaliku temperatuuri, säilitades samal ajal lampi deklareeritud vastupidavusparameetrid.

4. Hõõgniidi vool (In). Hõõgniidi poolt tarbitav vool.

Samuti on lampide konstruktsiooniga määratud mitmeid omadusi, mis mõjutavad sellele lambile kokkupandud koostu parameetreid:

1. Iseloomulik kalle (S). Anoodi voolu juurdekasvu ja pinge kasvu suhe juhtvõrgul. Need. saame määrata, kui palju muutub anoodivool, kui juhtpinge muutub 1V võrra.

2. Lambi sisetakistus (Ri). Anoodi pinge juurdekasvu ja vastava anoodivoolu juurdekasvu suhe. Mõnes mõttes võib seda võrrelda transistori voolu ülekandeteguriga, sest kui juhtpinge (positiivne) suureneb, suureneb anoodivool. Väliselt tundub see vastupanuvõime vähenemisena. Loomulikult ei ole lambil kui sellisel aktiivset takistust. Selle määravad elektroodidevahelised mahtuvused ja see on oma olemuselt reaktiivne.

3. Staatiline võimendus (µ). Anoodi pinge juurdekasvu ja juhtimissammu suhe, mis põhjustab anoodivoolu sama tõusu. Need. näitab sisuliselt, mitu korda efektiivsem on juhtpinge suurendamine 1 V võrra kui samasugune anoodipinge tõus.

3. Nimed

Mõned lampide parameetrid ja konstruktsiooniomadused saab ära tunda nende märgistuse järgi:

1. element – ​​arv, mis näitab hõõgniidi ümardatud pinget

2. element – ​​täht, mis näitab lambi tüüpi:
A – kahe juhtvõrega sagedusmuundurlambid.
B – dioodpentoodid
B – sekundaarse emissiooniga lambid
G – dioodtrioodid
D – dioodid, sh siibrid
E – elektroonilised valgusindikaatorid
F – lühikese karakteristikuga kõrgsageduspentoodid. Kaasa arvatud topelt juhitavad pentoodid
Ja - triood-heksoodid, triood-heptoodid, triood-oktoodid.
K - laiendatud karakteristikuga pentoodid.
L – fokuseeritud valgusvihuga lambid.
N – topelttrioodid.
P – väljundpentoodid, kiirtetoodid
P – topelttetoodid (sh tala omad) ja topeltpentoodid.
C – trioodid
F – triood-pentoodid
X – topeltdioodid, sealhulgas kenotronid
C – vastuvõtu- ja võimenduslampide kategooriasse kuuluvad kenotronid. (spetsiaalsetel alaldusseadmetel on spetsiaalne märgistus)
E – tetrood

3. element on number, mis näitab seadme tüübi seerianumbrit (st selle seeria lambi arenduse seerianumbrit. Näiteks 1. väljatöötatud lamp 6-voldiste sõrmetüüpi topelttrioodide seeriast - 6N1P ).

Neljas element on kiri, mis iseloomustab lambi disaini:

A - kuni 8 mm läbimõõduga klaasvitriinis.
B – subminiatuurne, klaasvitriinis läbimõõduga kuni 10,2 mm
G - subminiatuurne, metall-klaaskorpuses läbimõõduga üle 10,2 mm
D – ketasjoodistega metall-klaaskorpuses (leitud peamiselt mikrolainetehnoloogias)
K – keraamilises karbis
N - subminiatuur, metallkeraamilises korpuses (nuvistors)
P - miniatuurne klaasvitriinis (sõrm)
P - subminiatuurne, klaasvitriinis läbimõõduga kuni 5 mm.
C – klaasvitriinis diameetriga üle 22,5 mm.
Metallkorpuses üle 22,5 mm läbimõõduga oktaallampidel puudub 4. märgistuselement.

4. Töötingimused

On olemas eelarvamus, et lambid on paigaldamisel nõudlikumad kui pooljuhtseadmed. Tegelikult ei erine EVP töötingimused palju pooljuhtseadmete poolt kehtestatud tingimustest. Lisaks on lambid vähem nõudlikud soojustingimuste suhtes kui pooljuhid. Seega ei vaja kuni 20W võimsusega lampvõimendite väljundastmed erinevalt pooljuhtidest sundjahutust. Enamik lampe on paigaldatud spetsiaalsetesse pistikutesse - lambipesadesse. Mõnel lambil on klemmid pirni ülaosas. Enamasti on need anoodi või ekraanivõrgu klemmid, millele rakendatakse suhteliselt kõrget pinget. Seda tehakse selleks, et vältida rikkeid selle ja teiste elektroodide klemmide vahel. Kui lambid muutuvad töötamise ajal väga kuumaks, on soovitatav paigutada need üksteisest võimalikult kaugele. Viimasel ajal on lamptehnoloogia ehitamisel esile kerkinud eriline trend. Lambid ja trafod asetatakse seadme ülemisele paneelile ning ülejäänud osad on paigaldatud šassii keldrisse. Selliseid seadmeid jahutatakse palju paremini ja pean seda lähenemist üsna mõistlikuks, kui lampide ülemises osas pole anoodklemmid, mis ähvardavad kasutajat kõrgepingekahjustustega. Lambid ei pea olema paigutatud rangelt vertikaalselt. Mis tahes kaldenurk horisondi suhtes on lubatud, kui pole ohtu, et võred kuumeneksid ja vajuvad, tekitades seeläbi elektroodidevahelise lühise.