Moramo znati, znat ćemo. Zvuk u vakuumu Zvučni val u vakuumu

Opisuje se novi fenomen u kondenziranoj tvari - "skakanje" fonona s jednog čvrstog tijela na drugo kroz prazninu. Zahvaljujući njemu, zvučni val može prevladati tanke vakuumske praznine, a toplina se može prenositi kroz vakuum milijardama puta učinkovitije nego običnim toplinskim zračenjem.

Zvučni val je sinkrona vibracija atoma tvari u odnosu na ravnotežni položaj. Da bi se zvuk širio, očito je potreban materijalni medij koji podržava te vibracije. Zvuk ne može putovati u vakuumu jednostavno zato što ga nema. Međutim, kako se nedavno pokazalo, zvučne vibracije mogu skočiti s jednog tijela na drugo kroz vakuumski otvor submikronske debljine. Ovaj učinak, tzv "vakuumsko tuneliranje fonona", opisano je u dva članka objavljena u posljednjim brojevima časopisa Physical Review Letters. Napomenimo odmah da budući da vibracije kristalne rešetke prenose ne samo zvuk, već i toplinu, novi učinak također dovodi do nenormalno jak prijenos topline kroz vakuum.

Novi efekt djeluje kroz interakciju između zvučnih valova u kristalu i električnog polja. Vibracije kristalne rešetke, dopirući do kraja jednog kristala, stvaraju izmjenična električna polja blizu njegove površine. Ta se polja "osjete" na drugom rubu vakuumskog raspora i potresaju vibracije rešetke u drugom kristalu (vidi sliku 1). Općenito, izgleda kao da zasebni fonon - "kvant" vibracije kristalne rešetke - skače s jednog kristala na drugi i širi se dalje u njemu, iako, naravno, u prostoru između kristala nema fonona.

Autori otkrića upotrijebili su riječ "tuneliranje" kako bi opisali učinak, jer je vrlo sličan tuneliranju kvantnih čestica kada skaču kroz energetski zabranjena područja. No, valja naglasiti da se novi fenomen može u potpunosti opisati jezikom klasične fizike i uopće ne zahtijeva uplitanje kvantne mehanike. To je donekle povezano s fenomenom elektromagnetske indukcije, koji se naširoko koristi u transformatorima, indukcijskim pećima i uređajima za beskontaktno punjenje gadgeta. U oba slučaja, određeni proces u jednom tijelu generira elektromagnetska polja, koja se nezračenjem (tj. bez gubitka snage zbog zračenja) prenose kroz raspor na drugo tijelo i u njemu izazivaju odgovor. Jedina razlika je u tome što kod običnog induktiviteta “radi” električna struja (odnosno kretanje elektrona), dok se kod vakuumskog tuneliranja fonona pomiču sami atomi.

Specifični mehanizam koji dovodi do takve učinkovite sprege između kristalnih vibracija i električnih polja može varirati. U teoretskom članku finskih istraživača, predlaže se korištenje piezoelektrika u tu svrhu - tvari koje postaju elektrificirane kada se deformiraju i deformiraju u električnom polju. To samo po sebi nije dovoljno: za učinkovito preskakanje fonona kroz vakuumski raspor potrebno je organizirati rezonanciju između "dolazećih" fonona, izmjeničnih električnih polja i "odbjeglih" fonona u drugom kristalu. Izračuni pokazuju da, uz realne parametre tvari, takva rezonancija stvarno postoji, tako da pod određenim upadnim kutovima fononi mogu tunelirati s vjerojatnošću do 100%.

Opisuje se novi fenomen u kondenziranoj tvari - "skakanje" fonona s jednog čvrstog tijela na drugo kroz prazninu. Zahvaljujući njemu, zvučni val može prevladati tanke vakuumske praznine, a toplina se može prenositi kroz vakuum milijardama puta učinkovitije nego običnim toplinskim zračenjem.

Zvučni val je sinkrona vibracija atoma tvari u odnosu na ravnotežni položaj. Da bi se zvuk širio, očito je potreban materijalni medij koji podržava te vibracije. Zvuk ne može putovati u vakuumu jednostavno zato što ga nema. Međutim, kako se nedavno pokazalo, zvučne vibracije mogu skočiti s jednog tijela na drugo kroz vakuumski otvor submikronske debljine. Ovaj učinak, tzv "vakuumsko tuneliranje fonona", opisano je u dva članka objavljena u posljednjim brojevima časopisa Physical Review Letters. Napomenimo odmah da budući da vibracije kristalne rešetke prenose ne samo zvuk, već i toplinu, novi učinak također dovodi do nenormalno jak prijenos topline kroz vakuum.

Novi efekt djeluje kroz interakciju između zvučnih valova u kristalu i električnog polja. Vibracije kristalne rešetke, dopirući do kraja jednog kristala, stvaraju izmjenična električna polja blizu njegove površine. Ta se polja "osjete" na drugom rubu vakuumskog raspora i potresaju vibracije rešetke u drugom kristalu (vidi sliku 1). Općenito, izgleda kao da zasebni fonon - "kvant" vibracije kristalne rešetke - skače s jednog kristala na drugi i širi se dalje u njemu, iako, naravno, u prostoru između kristala nema fonona.

Autori otkrića upotrijebili su riječ "tuneliranje" kako bi opisali učinak, jer je vrlo sličan tuneliranju kvantnih čestica kada skaču kroz energetski zabranjena područja. No, valja naglasiti da se novi fenomen može u potpunosti opisati jezikom klasične fizike i uopće ne zahtijeva uplitanje kvantne mehanike. To je donekle povezano s fenomenom elektromagnetske indukcije, koji se naširoko koristi u transformatorima, indukcijskim pećima i uređajima za beskontaktno punjenje gadgeta. U oba slučaja, određeni proces u jednom tijelu generira elektromagnetska polja, koja se nezračenjem (tj. bez gubitka snage zbog zračenja) prenose kroz raspor na drugo tijelo i u njemu izazivaju odgovor. Jedina razlika je u tome što kod običnog induktiviteta “radi” električna struja (odnosno kretanje elektrona), dok se kod vakuumskog tuneliranja fonona pomiču sami atomi.

Specifični mehanizam koji dovodi do takve učinkovite sprege između kristalnih vibracija i električnih polja može varirati. U teoretskom članku finskih istraživača, predlaže se korištenje piezoelektrika u tu svrhu - tvari koje postaju elektrificirane kada se deformiraju i deformiraju u električnom polju. To samo po sebi nije dovoljno: za učinkovito preskakanje fonona kroz vakuumski raspor potrebno je organizirati rezonanciju između "dolazećih" fonona, izmjeničnih električnih polja i "odbjeglih" fonona u drugom kristalu. Izračuni pokazuju da, uz realne parametre tvari, takva rezonancija stvarno postoji, tako da pod određenim upadnim kutovima fononi mogu tunelirati s vjerojatnošću do 100%.

U drugom radu, fizičari su naletjeli na učinak o kojem se raspravlja dok su proučavali naizgled potpuno tehničko pitanje: koja je temperatura samog vrha toplog vrha skenirajućeg tunelskog mikroskopa kada se (bez dodirivanja) prinese hladnoj podlozi (vidi sliku 2) ? Koristeći suptilne eksperimentalne tehnike, uspjeli su izmjeriti temperaturu doslovce posljednjeg atoma na vrhu igle i otkrili zapanjujuću činjenicu: taj atom ima temperaturu podloge, a ne igle! To znači da je beskontaktna izmjena topline zadnjeg atoma vrha s podlogom bila puno jača (kroz vakuum!) nego s ostatkom vrha.

Konvencionalno toplinsko zračenje, prva pomisao koja u takvim situacijama pada na pamet, pokazalo se potpuno nedostatnim. Prema istraživačima, prijenos topline s vrha na podlogu bio je milijarde (!) puta učinkovitiji od onoga što toplinsko zračenje može pružiti. Ova činjenica, zajedno s rezultatima detaljnih mjerenja, ukazuje da se i ovdje odvija tuneliranje fonona kroz vakuum.

Dinamiku ovog učinka autori članka objašnjavaju na sljedeći način. Svaki naboj doveden na metalnu površinu izaziva naboj na njoj (u problemima elektrostatike često se modelira fiktivnom slikom naboja). Ako izvorni naboj podrhtava, na primjer, zbog toplinskih vibracija, tada će inducirani naboj također podrhtavati približno istom frekvencijom i amplitudom (zbog činjenice da su elektroni puno lakši od atoma, imaju vremena "prilagoditi se" svakom kretanje atoma). Kao rezultat toga, ispada da se određeni hrp elektrona pojavljuje točno na površini supstrata, koji podrhtava poput "vrućeg" atoma. Taj skup ljulja vibracije atoma na podlozi, energija se troši na njih, oduzima se od skupa elektrona, a time i od inicijalno vrućeg atoma - na kraju krajeva, on je električnim silama “kruto” povezan sa skupom! Kroz ovaj mehanizam zadnji atom na vrhu uspijeva postati vrlo hladan, čak i ako je ostatak igle topao.

Čini se da će za primijenjene probleme novi učinak biti zanimljiv upravo sa stajališta prijenosa topline, koji u određenim situacijama može biti puno učinkovitiji nego što se dosad mislilo. Ovo opažanje bit će vrlo važno u dizajnu mikromehaničkih uređaja iu proučavanju toplinske vodljivosti polikristalnih piezoelektričnih uzoraka. Dodatno, u mikrouređajima koji kombiniraju piezoelektrične i metalne komponente, elektroni mogu doći u igru. Sve mogućnosti koje ovo otvara za brzi prijenos energije između elektrona i fonona iz jedne tvari u drugu kroz vakuum tek treba proučiti.

Izvori:
1) Mika Prunnila, Johanna Meltaus. Akustično fononsko tuneliranje i prijenos topline zbog evanezcentnih električnih polja // Phys. vlč. Lett. 105, 125501 (14. rujna 2010.); Tekst članka je slobodno dostupan u arhivi e-tiska pod brojem arXiv:1003.1408.
2) Igor Altfeder, Andrey A. Voevodin, Ajit K. Roy. Vakuumsko fononsko tuneliranje // Phys. vlč. Lett. 105, 166101 (11. listopada 2010.).

U dijelu o pitanju Zvuk ne putuje u vakuumu? dao autor Ispiranje najbolji odgovor je Svjetlo i zvuk u vakuumu
Zašto svjetlost putuje kroz vakuum, a zvuk ne?
SEED stručnjak Claude Beaudoin odgovara:
Svjetlost je elektromagnetski val—kombinacija električnog i magnetskog polja—za čije širenje nije potrebna prisutnost plina.
Zvuk je rezultat vala pritiska. Tlak zahtijeva prisutnost neke tvari (na primjer, zraka). Zvuk putuje i u drugim tvarima: u vodi, zemljinoj kori i prolazi kroz zidove, što možete primijetiti kada vaši susjedi stvaraju buku.
Michael Williams kaže:
Svjetlost je u osnovi elektromagnetska energija koju prenose fundamentalne čestice – fotoni. Ova situacija je okarakterizirana kao "valno-čestični dualitet" ponašanja vala. To znači da se ponaša i kao val i kao čestica. Kada se svjetlost širi u vakuumu, foton se ponaša kao čestica i stoga se slobodno širi u ovom mediju.
S druge strane, zvuk je vibracija. Zvuk koji čujemo rezultat je vibracije bubnjića. Zvuk koji emitira radio je rezultat vibracija membrane zvučnika. Membrana se pomiče naprijed-natrag, uzrokujući vibriranje zraka oko nje. Zračne vibracije putuju, dopiru do bubnjića i uzrokuju njegovo vibriranje. Vibraciju bubnjića mozak pretvara u zvuk koji prepoznajete.
Dakle, zvuk zahtijeva prisutnost materije da bi vibrirao. U idealnom vakuumu nema što vibrirati, pa vibrirajuća membrana radio prijamnika ne može prenositi zvuk.
SEED stručnjakinja Natalie Famiglietti dodaje:
Širenje zvuka je kretanje; Širenje svjetlosti je zračenje ili emisija.
Zvuk ne može putovati u vakuumu zbog nedostatka elastičnog medija. Britanski znanstvenik Robert Boyle to je eksperimentalno otkrio 1660. godine. Stavio je sat u staklenku i ispumpao zrak iz njega. Nakon slušanja nije mogao razlikovati otkucaje.

Opisuje se novi fenomen u kondenziranoj tvari - "skakanje" fonona s jednog čvrstog tijela na drugo kroz prazninu. Zahvaljujući njemu, zvučni val može prevladati tanke vakuumske praznine, a toplina se može prenositi kroz vakuum milijardama puta učinkovitije nego običnim toplinskim zračenjem.

Zvučni val je sinkrona vibracija atoma tvari u odnosu na ravnotežni položaj. Da bi se zvuk širio, očito je potreban materijalni medij koji podržava te vibracije. Zvuk ne može putovati u vakuumu jednostavno zato što ga nema. Međutim, kako se nedavno pokazalo, zvučne vibracije mogu skočiti s jednog tijela na drugo kroz vakuumski otvor submikronske debljine. Ovaj učinak, tzv "vakuumsko tuneliranje fonona", opisano je u dva članka objavljena u posljednjim brojevima časopisa Physical Review Letters. Napomenimo odmah da budući da vibracije kristalne rešetke prenose ne samo zvuk, već i toplinu, novi učinak također dovodi do nenormalno jak prijenos topline kroz vakuum.

Novi efekt djeluje kroz interakciju između zvučnih valova u kristalu i električnog polja. Vibracije kristalne rešetke, dopirući do kraja jednog kristala, stvaraju izmjenična električna polja blizu njegove površine. Ta se polja "osjete" na drugom rubu vakuumskog raspora i potresaju vibracije rešetke u drugom kristalu (vidi sliku 1). Općenito, izgleda kao da zasebni fonon - "kvant" vibracije kristalne rešetke - skače s jednog kristala na drugi i širi se dalje u njemu, iako, naravno, u prostoru između kristala nema fonona.

Autori otkrića upotrijebili su riječ "tuneliranje" kako bi opisali učinak, jer je vrlo sličan tuneliranju kvantnih čestica kada skaču kroz energetski zabranjena područja. No, valja naglasiti da se novi fenomen može u potpunosti opisati jezikom klasične fizike i uopće ne zahtijeva uplitanje kvantne mehanike. To je donekle povezano s fenomenom elektromagnetske indukcije, koji se naširoko koristi u transformatorima, indukcijskim pećima i uređajima za beskontaktno punjenje gadgeta. U oba slučaja, određeni proces u jednom tijelu generira elektromagnetska polja, koja se nezračenjem (tj. bez gubitka snage zbog zračenja) prenose kroz raspor na drugo tijelo i u njemu izazivaju odgovor. Jedina razlika je u tome što kod običnog induktiviteta “radi” električna struja (odnosno kretanje elektrona), dok se kod vakuumskog tuneliranja fonona pomiču sami atomi.

Specifični mehanizam koji dovodi do takve učinkovite sprege između kristalnih vibracija i električnih polja može varirati. U teoretskom članku finskih istraživača, predlaže se korištenje piezoelektrika u tu svrhu - tvari koje postaju elektrificirane kada se deformiraju i deformiraju u električnom polju. To samo po sebi nije dovoljno: za učinkovito preskakanje fonona kroz vakuumski raspor potrebno je organizirati rezonanciju između "dolazećih" fonona, izmjeničnih električnih polja i "odbjeglih" fonona u drugom kristalu. Izračuni pokazuju da, uz realne parametre tvari, takva rezonancija stvarno postoji, tako da pod određenim upadnim kutovima fononi mogu tunelirati s vjerojatnošću do 100%.

U posljednje vrijeme sve je popularniji dizajn cijevne audio opreme. U ovom članku pokušat ću vam reći što trebate znati kada počinjete raditi.

1 . Anatomija

Princip rada elektronskih cijevi temelji se na kretanju nabijenih čestica (elektrona) u elektrostatičkom polju. Razmotrimo uređaj radio cijevi. Slika prikazuje dijagram dizajna najjednostavnije neizravne žarulje sa žarnom niti (dioda).

Zapravo, lampa je staklena posuda u kojoj se stvara visoki vakuum (10-5 - 10-7 torr). Za klasične svjetiljke, oblici elektroda su slični i koncentrični su "cilindri". Poanta svega je da kada se katoda zagrije, elektroni se pobuđuju i napuštaju je. Izravna katoda sa žarnom niti je jednostavno volframova žarna nit, kao u običnoj rasvjetnoj žarulji. Takve katode se koriste u slučajevima kada nema potrebe za stvaranjem posebnog režima na katodi. Većina žarulja koristi neizravnu katodu sa žarnom niti. U ovom slučaju, žarna nit se nalazi u metalnoj cijevi. Na određenoj udaljenosti od katode nalazi se anoda - elektroda, koja je "konačna stanica" toka elektrona. Za kontrolu brzine kretanja elektrona od katode do anode koriste se dodatne elektrode. Rešetke se dijele u 3 tipa. Upravljački, zaslonski i zaštitni (antidinatron). Mreža je žičana spirala namotana na metalne stupove (traverze), uklještena između dvije prirubnice od tinjca. Iste prirubnice drže traverze anode i katode. Postoje i svjetiljke koje sadrže nekoliko sustava elektroda. Takve svjetiljke nazivamo kombiniranim svjetiljkama. Ovisno o snazi ​​svjetiljke, njezine elektrode i tijelo mogu biti izrađeni od raznih materijala, jer Kako se struja koja prolazi kroz njega povećava, rasipana snaga se povećava.

2. Moral

Sasvim je jasno da svaka vrsta svjetiljke ima svoje izvorne parametre i karakteristike. Prije svega, saznajmo načine rada svjetiljki. Za stvaranje normalnog protoka elektrona stvaraju se posebni elektrostatički potencijali u međuelektrodnim prostorima žarulje. Ovi potencijali su određeni naponima koji djeluju na njegove elektrode. Razmotrimo glavne načine rada:
1. Najveći dopušteni anodni napon (Ua max). Napon između anode i katode, ako je prekoračen, dolazi do kvara. Kod hladne katode ovaj napon je veći. Isto vrijedi i za mrežne napone.

2. Najveća dopuštena anodna struja (Ia max). Najveća dopuštena vrijednost struje u anodnom krugu. U biti, struja koja prolazi kroz žarulju, umanjena za mali dio koji je "razvučen" potencijalima mreže.

3. Napon žarne niti (Un). Tipični napon koji se dovodi na žarnu nit (grijač) pri kojem katoda postiže temperaturu potrebnu za termoemisionu emisiju, dok istovremeno žarulja održava deklarirane parametre trajnosti.

4. Struja žarne niti (In). Struja koju troši žarna nit.

Također postoje brojne karakteristike određene dizajnom svjetiljki koje utječu na parametre sklopa sastavljenog na ovoj svjetiljci:

1. Karakteristični nagib (S). Omjer prirasta anodne struje i prirasta napona na kontrolnoj mreži. Oni. možemo odrediti koliko će se promijeniti anodna struja kada se upravljački napon promijeni za 1V.

2. Unutarnji otpor žarulje (Ri). Omjer prirasta anodnog napona i odgovarajućeg prirasta anodne struje. Na neki način to se može usporediti s koeficijentom prijenosa struje tranzistora jer povećanjem upravljačkog (pozitivnog) napona raste anodna struja. Izvana, to izgleda kao smanjenje otpora. Naravno, svjetiljka nema nikakav aktivni otpor kao takav. Određen je međuelektrodnim kapacitetima i reaktivne je prirode.

3. Statičko pojačanje (µ). Omjer prirasta anodnog napona i kontrolnog prirasta koji uzrokuje isti prirast anodne struje. Oni. u biti pokazuje koliko je puta učinkovitije povećanje upravljačkog napona za 1 V nego slično povećanje anodnog napona.

3. Imena

Neki parametri i značajke dizajna svjetiljki mogu se prepoznati po njihovim oznakama:

1. element – ​​broj koji pokazuje napon zaobljene niti

2. element – ​​slovo koje označava vrstu svjetiljke:
A – žarulje s pretvaračem frekvencije s dvije kontrolne mreže.
B – diodne pentode
B – svjetiljke sa sekundarnom emisijom
G – dioda-triode
D – diode, uključujući prigušne
E – elektronički svjetlosni pokazivači
F – visokofrekventne pentode s kratkom karakteristikom. Uključujući dvostruke kontrolirane pentode
I – triode-heksode, triode-heptode, triode-oktode.
K - pentode s proširenom karakteristikom.
L – svjetiljke s fokusiranim snopom.
N – dvostruke triode.
P – izlazne pentode, tetrode snopa
P – dvostruke tetrode (uključujući one snopa) i dvostruke pentode.
C – triode
F – trioda-pentoda
X – dvostruke diode, uključujući kenotrone
C – kenotroni koji spadaju u kategoriju prijemnih i pojačivača. (specijalizirani ispravljački uređaji imaju posebne oznake)
E – tetrode

3. element je broj koji označava serijski broj tipa uređaja (tj. serijski broj razvoja žarulje u ovoj seriji. Na primjer, 1. razvijena žarulja iz serije 6-voltnih prstastih dvostrukih trioda - 6N1P ).

Četvrti element je slovo koje karakterizira dizajn svjetiljke:

A – u staklenoj vitrini promjera do 8 mm.
B – subminijaturni, u staklenoj vitrini promjera do 10,2 mm
G - subminijaturni, u kućištu od metalnog stakla promjera većeg od 10,2 mm
D – u metalno-staklenom kućištu s disk lemovima (uglavnom u mikrovalnoj tehnici)
K – u keramičkom kućištu
N - subminijaturni, u metalno-keramičkom kućištu (nuvistori)
P – minijatura u staklenoj vitrini (prst)
P - subminijaturni, u staklenoj vitrini promjera do 5 mm.
C – u staklenoj vitrini promjera većeg od 22,5 mm.
Oktalne svjetiljke promjera većeg od 22,5 mm u metalnom kućištu nemaju 4. element označavanja.

4. Uvjeti rada

Postoji predrasuda da su lampe zahtjevnije za ugradnju od poluvodičkih uređaja. Zapravo, radni uvjeti EVP-a nisu puno drugačiji od onih koje nameću poluvodički uređaji. Štoviše, svjetiljke su manje zahtjevne za toplinske uvjete od poluvodiča. Dakle, izlazni stupnjevi cijevnih pojačala snage do 20 W ne zahtijevaju prisilno hlađenje, za razliku od poluvodičkih. Većina svjetiljki ugrađuje se u posebnu vrstu konektora - grla za žarulje. Neke lampe imaju terminale na vrhu žarulje. Najčešće su to stezaljke anode ili ekranske rešetke, na koje se dovodi relativno visok napon. To je učinjeno kako bi se izbjegao kvar između njega i priključaka drugih elektroda. Ako se lampe jako zagriju tijekom rada, preporučljivo je da ih razmaknete što je moguće dalje. Nedavno se pojavio poseban trend u konstrukciji tehnologije svjetiljki. Svjetiljke i transformatori postavljeni su na gornju ploču uređaja, a preostali dijelovi su montirani u podrumu šasije. Takvi uređaji se puno bolje hlade, a ovaj pristup smatram sasvim razumnim ako u gornjem dijelu žarulja nema anodnih priključaka koji prijete korisniku oštećenjem visokog napona. Svjetiljke ne moraju biti postavljene strogo okomito. Dopušten je bilo koji kut nagiba u odnosu na horizont ako ne postoji opasnost da će se rešetke zagrijati i popustiti te tako stvoriti međuelektrodni kratki spoj.