التيار الكهربائي

من أجل إجبار وفرة من الإلكترونات الحرة على التحرك بطريقة منظمة في اتجاه واحد، على سبيل المثال، في خيط المصباح الكهربائي، تحتاج إلى إنشاء مجال كهربائي في الموصل عن طريق توصيل الموصل بعنصر كلفاني على سبيل المثال. تم إنشاء أول خلية فولتية عملية على يد الفيزيائي الإيطالي ألكسندر فولتا.

تتكون الخلية من صفائح من الزنك والنحاس، تسمى الأقطاب الكهربائية، والتي يتم وضعها في محلول كهربائي - وهو محلول ملح أو حمض، مثل حمض الكبريتيك. نتيجة التفاعل الكيميائي الذي يحدث بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت، يتشكل فائض من الإلكترونات على قطب الزنك، فيكتسب شحنة كهربائية سالبة، وعلى قطب النحاس على العكس من ذلك، يحدث نقص في الإلكترونات، ويكتسب شحنة موجبة. في هذه الحالة، ينشأ مجال كهربائي بين الشحنات الكهربائية المعاكسة لمصدر التيار هذا، والقوة الدافعة الكهربائية (المختصرة EMF) أو أعمال الجهد. بمجرد توصيل الموصل بأقطاب الخلية أو البطارية، سينشأ فيها مجال كهربائي، تحت تأثيره ستنتقل الإلكترونات إلى حيث تكون ناقصة، أي من القطب السالب عبر الموصل إلى القطب القطب الموجب لمصدر الطاقة الكهربائية . هذه هي الحركة المنظمة للإلكترونات في الموصل - التيار الكهربائي. يتدفق التيار عبر الموصل لأن القوة الدافعة الكهربائية تعمل في الدائرة الناتجة (القطب الموجب للعنصر، الموصلات، القطب السالب للعنصر، المنحل بالكهرباء).

لقد ثبت أن الإلكترونات الموجودة في الموصل تنتقل من القطب السالب (حيث يوجد فائض منها) إلى القطب الموجب (حيث يوجد نقص فيها)، ومع ذلك، حتى الآن، كما في القرن الماضي، لا يزال الأمر كذلك بشكل عام. قبلت أن التدفقات الحالية من زائد إلى ناقص، أي. في الاتجاه المعاكس لحركة الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم العلماء الاتجاه الشرطي للتيار كأساس لعدد من القواعد المتعلقة بتحديد العديد من الظواهر الكهربائية. في الوقت نفسه، لا تخلق مثل هذه الاتفاقية أي إزعاجات خاصة إذا تذكرنا بقوة أن اتجاه التيار في الموصلات هو عكس اتجاه حركة الإلكترونات. في تلك الحالات التي يتم فيها إنشاء التيار بواسطة شحنات كهربائية موجبة، على سبيل المثال في إلكتروليتات مصادر التيار المباشر الكيميائي، تيار "الثقوب" في أشباه الموصلات، لا توجد مثل هذه التناقضات على الإطلاق، لأن اتجاه حركة الشحنات الموجبة يتزامن مع اتجاه التيار. طالما أن الخلية أو البطارية نشطة، يتدفق التيار في نفس الاتجاه في الجزء الخارجي من الدائرة الكهربائية. ويسمى هذا التيار ثابت.

إذا تم تبديل أقطاب العنصر، فلن يتغير سوى اتجاه حركة الإلكترونات، لكن التيار سيكون ثابتًا أيضًا في هذه الحالة. ماذا لو تم تبديل أقطاب المصدر الحالي بسرعة كبيرة وبشكل إيقاعي؟ في هذه الحالة، فإن الإلكترونات الموجودة في القسم الخارجي للدائرة ستغير أيضًا اتجاه حركتها بالتناوب. أولاً سوف يتدفقون في اتجاه واحد، ثم، عندما يتم تبديل القطبين، في اتجاه آخر، مقابل الاتجاه السابق، ثم مرة أخرى في الاتجاه الأمامي، ومرة ​​أخرى في الاتجاه المعاكس، وما إلى ذلك. لن يكون التيار المباشر هو الذي سيتدفق في الدائرة، ولكن التيار المتردد.

مع التيار المتردد، يبدو أن الإلكترونات الموجودة في الموصل تتأرجح من جانب إلى آخر. ولذلك، يسمى التيار المتردد أيضا الاهتزازات الكهربائية. يختلف التيار المتردد بشكل إيجابي عن التيار المباشر لأنه يمكن تحويله بسهولة. على سبيل المثال، باستخدام محول، يمكنك زيادة جهد التيار المتردد أو، على العكس من ذلك، تقليله. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصحيح التيار المتردد، أي تحويله إلى تيار مباشر.

الهندسة الكهربائية النظرية

يو دي سي 621.3.022:537.311.8

م. بارانوف

الطبيعة الموجية الكمومية للتيار الكهربائي في موصل معدني وبعض مظاهرها الكهروفيزيائية الكبيرة

يعرض نتائج الأبحاث النظرية والتجريبية للانقسامات تحت السطحية والقطرية للإلكترونات القوية التي تنجرف في موصل معدني دائري متجانس مع تيار محوري نابض لتأكيد الطبيعة الكمومية اليسرى لتدفق التيار الكهربائي الموصلية في هذا موصل، مما يؤدي إلى اختراق الهيكل الداخلي للصندوق الكمي الماكرولوكالي الدوري للإلكترونات الحرة.

تشير النتائج المقدمة للدراسات النظرية والتجريبية للتوزيعات الطولية والقطرية للموجة للإلكترونات الحرة المنجرفة في موصل معدني مستدير متجانس مع تيار محوري نابض إلى طبيعة الموجة الكمومية للتدفق التيار الكهربائيالموصلية في الموصل قيد النظر، مما يؤدي إلى ظهور ظاهرة التوطين الكلي الدوري الكمي للإلكترونات الحرة في بنيته الداخلية.

مقدمة

كما هو معروف، وفقًا للمبادئ العلمية الكلاسيكية لنظرية الكهرباء، فإن تيار التوصيل في موصل معدني يمثل الحركة الموجهة للإلكترونات الحرة المتجولة في بنيته المجهرية البلورية الداخلية. بالإضافة إلى ذلك، في الفيزياء غير النسبية، من المعروف أيضًا أن الإلكترونات الحرة كجسيمات أولية تتشكل من إلكترونات التكافؤ بطريقة كمومية من ذرات متحمسة بالطاقة من مادة موصلة صلبة. يوجد دائمًا في الموصل المعدني عدد كبير من الإلكترونات الحرة مع كتلة سكون m = 9.108-10~31 كجم وكثافة حجمية (تركيز) ne، والتي تساوي عدديًا حوالي 1029 م_3 للمواد الموصلة الأساسية. في حالة عدم توصيل موصل معدني عند أطرافه بدائرة كهربائية بمصدر طاقة، فإن إلكتروناته الحرة تتحرك بشكل فوضوي في الفضاء بين الذرات ثلاثي الأبعاد للموصل. عندما يتم تطبيق فرق الجهد الكهربائي (الجهد الكهربائي) الذي لا يتغير أو يتغير بشكل عشوائي مع الزمن t على موصل معدني، فإن هذه الحاملات الأولية للكهرباء تبدأ في الانجراف اتجاهيًا فيه (في اتجاه واحد مع تطبيق جهد كهربائي أحادي القطب ثابت ونابض أو في كلا الاتجاهين مع تطبيق جهد كهربائي ثنائي القطب عليه). مصدر خارجيمزود الطاقة). إن انجراف الإلكترونات الحرة للموصل هو الذي سيحدد تيار التوصيل الكهربائي الذي يتدفق عبره.

هناك موقف علمي معروف بنفس القدر في مجال الفيزياء الكلاسيكية والكمية وهو أن الإلكترونات، باعتبارها جسيمات أولية لها خصائص جسيمية، على التوالي، لها أيضًا خصائص موجية. هذه الحقيقة توضح لنا بوضوح ازدواجيتهم (الازدواجية). ومن المعروف أن ازدواجية الإلكترونات الموجية والجسيمية تحقق المبدأ الأساسي للتكامل،

صاغها في القرن العشرين عالم الفيزياء النظرية الدنماركي البارز نيلز بور. وبالتالي فإن تيار التوصيل الكهربائي في المعدن

يمثل الموصل انتشار موجات الإلكترون (De Broglie) بطول Xe في الفضاء بين الذرات لمادته البلورية. علاوة على ذلك، بالنسبة لطول موجة الإلكترون Xe في الموصل المعدني، توجد علاقة أساسية من مجال ميكانيكا الموجات للفيزيائي النظري الفرنسي المتميز لويس دي برولي:

Xe = أنا/(sheuD (1)

حيث I=6.626-10~34 J-s هو ثابت بلانك؛ ue هي سرعة انجراف الإلكترون في المادة الموصلة.

يتم تحديد متوسط ​​سرعة انجراف الإلكترونات الحرة في موصل معدني بتيار c(1:) من العلاقة الكلاسيكية التالية:

^e =§0/(e0Ne), (2)

حيث 50 هي كثافة التيار الكهربائي في الموصل؛ e0=1.602-10~19 C - الشحنة الكهربائية للإلكترون.

أما بالنسبة لسرعة الحركة الفوضوية (الحرارية) للإلكترونات الحرة في موصل معدني بدون تيار، ويتم تحديدها وفقًا لإحصائيات فيرمي-ديراك الكمومية بواسطة طاقة فيرمي Er، بالنسبة للنحاس، فإنها تأخذ قيمة عددية تبلغ حوالي 1.6-106 م/ث. . باستبدال قيمة السرعة هذه في (1)، نجد أنها ستتوافق مع طول Xe لموجة الإلكترون في الموصل النحاسي، أي ما يعادل 0.5-10~9 م تقريبًا. ويمكن ملاحظة أنه في هذه الحالة ستكون قيمة Xe صغيرة بشكل غير متناسب مقارنة بالأبعاد الكلية الهندسية للموصلات الحقيقية المشاركة في نقل الطاقة الكهربائية. في هذا الصدد، بالنسبة للإلكترونات الحرة التي تتحرك في الفضاء بين الذرات لموصل ماكرو صلب بالسرعة الحرارية المحددة، فإن خصائصها الموجية لن تلعب دورًا مهمًا، وبالتالي سيكون لها تأثير ملحوظ على العمليات الكهروفيزيائية التي تحدث فيها.

من (1) و (2) عند 50 = 106 A/m2 لموصل نحاسي (ne = 16.86-1028 m_3; ue = 0.37-10~4 m/s) نجد أن طول Xe لموجة الإلكترون فيه سيكون لها بالفعل قيمة تساوي حوالي 19.6 مترًا عند قيم كبيرة تبلغ 50، وهي سمة من سمات الدوائر الكهربائية ذات التيار العالي للمعدات ذات الجهد العالي (بكثافة تيار تبلغ 109 أمبير / م 2 أو أكثر)، وطول Xe من de موجة بروجلي في المعادن الأساسية للأجزاء الحاملة للتيار من الأسلاك والكابلات المعزولة

© م. بارانوف

(النحاس والألومنيوم، والتي تكون>37-10~3 م/ث) سوف تأخذ قيمة حوالي 19.6 ملم أو أقل. يعد هذا الظرف حاسمًا لعلماء الفيزياء الكهربية في الدراسة التجريبية في ظروف محدودة جدًا لمختبر علمي عالي الجهد للعمليات الموجية المصاحبة لتكوين وانتشار تيار التوصيل /0(/) في الموصلات المعدنية، والتي قد لا يتجاوز طولها الفعلي 1 م تشير البيانات المقدرة أعلاه إلى أنه نظرًا للقيم المنخفضة نسبيًا لسرعات الانجراف للإلكترونات الحرة (أقل بكثير من 1 م / ث) في المواد الموصلة الرئيسية للوصلات الحالية، فإن أطوال موجات الإلكترون Xe في تصبح متناسبة مع أبعادها الكلية الكلية (الطول أو العرض أو الارتفاع أو القطر). لذلك، بالنسبة للحالة الكهربائية المطبقة المرتبطة بتدفق التيار الكهربائي أنواع مختلفة(ثابت أو متناوب أو نابض) على طول الموصلات المعدنية، تبدأ الخصائص الموجية للإلكترونات الحرة المنجرفة على طولها في لعب دور مهم في عمليات التوزيع المكاني لهذه الناقلات الكهربائية فيها، وبالتالي إطلاق حرارة جول.

من مجال الفيزياء الرياضية (على سبيل المثال، لمشاكل القيمة الحدودية حول الاهتزازات الميكانيكية لسلسلة أو غشاء) من المعروف أن الحل التحليلي للمعادلات التفاضلية الجزئية التي تصف معظم العمليات الفيزيائية يتم تمثيله عادة بوظائف ذاتية لها قيم ذاتية و ، وبالتالي القيم الذاتية (على سبيل المثال، الأعداد الصحيحة n=1,2,3,...) . ونشير إلى أنه في فيزياء الكم التي تتناول الدراسة النظرية لسلوك الأجسام الدقيقة المختلفة (مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها) في مجالات فيزيائية معينة، توصف بالمعادلات التفاضلية الجزئية الموجية، والقيم الذاتية n تسمى أرقام الكم.

مع الأخذ في الاعتبار ما سبق والأحكام العلمية الأساسية المعروفة للفيزياء الحديثة للأجسام الدقيقة الفيزيائية الحقيقية والجسيمات الدقيقة الأولية، يصبح من الواضح أنه في الموصلات المعدنية ذات تيار التوصيل الكهربائي /0(/) في ظل ظروف معينة ومعلمات السعة والوقت ( ATP) للتيار المحدد يمكن أن يعبر عن نفسه كموجة، والخصائص الكمومية للإلكترونات الحرة المنجرفة في المواد الموصلة. إن دراسة هذه الظروف وAVP لتيار التوصيل الكهربائي، وبالتالي دراسة طبيعة الموجة الكمومية ومظاهرها الكلية الجديدة التي لم تتم دراستها بشكل جيد، أصبحت اليوم مهمة علمية ملحة في مجال الهندسة الكهربائية النظرية والفيزياء الكهربائية. والديناميكا الكهربائية التطبيقية.

1. صياغة مشكلة دراسة طبيعة الموجة الكمومية للتيار الكهربائي في موصل معدني

/0>>Г0 تيار نبضي محوري قدره 10(^ AVPs التعسفية مع تدفقات عالية الكثافة (الشكل 1).

أرز. 1. عرض تخطيطي للموصل المعدني قيد الدراسة بنصف قطر r0 وطول 10 مع نبض محوري

التيار r "0(^ ذو كثافة عالية 50(0، يحتوي على مقاطع توصيل طولية بعرض "ساخن" نسبيًا Dgpg و"بارد"

نحن نفترض أن نصف القطر r0 للموصل لدينا أقل من سمك طبقة الجلد الحالية في مادته المتناحية، والتيار المتدفق من خلاله 10(^ يتم توزيعه على مقطعه العرضي £0 بمتوسط ​​كثافة 5o(0 = / o^)/50|. نحن نهمل تأثير الإلكترونات الحرة المنجرفة على بعضها البعض وعلى أيونات الشبكة البلورية للمادة الموصلة على هذه الإلكترونات المتجولة. والتقريب الذي نستخدمه يتوافق مع تقريب هارتري-فوك المعروف يشكل أساس نظرية النطاق الكلاسيكي للمعادن، لاحظ أن هذا التقريب للإلكترون الواحد لا يأخذ في الاعتبار تفاعلات الإلكترون والأيون في البنية الداخلية للموصل، وهو أمر غير مقبول لدراسة حالة التوصيل الإلكتروني المثالي للمعادن ظاهرة الموصلية الفائقة)، عندما يكون من الضروري النظر في حركة الارتباط لأزواج الإلكترونات والتي تتميز بالسيولة الفائقة للإلكترونات الحرة مع الغياب المتأصل لتشتت موجات دي برولي الإلكترونية على الاهتزازات الحرارية للأيونات (الفونونات) للمعدن البلوري شبكات الموصلات. لنفترض أن التوزيعات المكانية على طول الإحداثيات z وz للإلكترونات الحرة في مادة الموصل قيد الدراسة بتيار نبضي 1$) سوف تخضع تقريبًا لمعادلات موجة شرودنجر أحادية البعد المقابلة. بعد ذلك، بالنسبة لحاملات الكهرباء المدروسة، فإن خصائصها الاحتمالية فقط هي التي سيكون لها معنى فيزيائي، وعلينا استبدال مفهوم موقع الإلكترون الحر في موصل معدني بتيار نابض قدره 10(()) بالمفهوم لاحتمال اكتشافه في عنصر أو آخر من الحجم الأسطواني للموصل مطلوب على أساس النهج الميكانيكي الكمي لوصف التوزيعات الطولية والشعاعية للموجة بشكل تقريبي للإلكترونات الحرة المنجرفة في الموصل قيد الدراسة. التيار المحوري النبضي /0(/)، لتحديد السمات الرئيسية لطبيعة الموجة الكمومية لتيار التوصيل هذا وإجراء تجربة تجريبية باستخدام مولد قوي عالي الجهد للتيارات النبضية غير الدورية، والتحقق من النهج الميكانيكي الكمي اقترحه المؤلف وتم الحصول على بعض النتائج بمساعدته في الحساب التقريبي للتوزيع الطولي

تكوين موجات دي برولي الإلكترونية وملامح مجالها الحراري بسبب تشتتها على الاهتزازات الحرارية لأيونات الشبكة البلورية للموصل المعدني.

2. الحل التقريبي للتوزيع الموجي الطولي مجانًا

في وقت سابق، المؤلف، بناءً على حل معادلة شرودنغر للموجة الزمنية أحادية البعد غير النسبية، وهي معادلة تفاضلية جزئية وتحدد الانتشار الديناميكي في المكان والزمان t لموجة مستوية أو أخرى من المادة، أظهر أنه في موصل معدني بتيار محوري نابض i0(t) الدالة الموجية الكمية، التي تصف، لتقريب أولي، التوزيع الطولي للزمن للإلكترونات الحرة المنجرفة غير النسبية في بنيتها المجهرية، لها الشكل:

Vnz(z0 = AZ ■ sin(knzz) ■ (cosrnenzt -i sinrnenzt)، (3) حيث A0z=1/2 هو سعة الوضع n لدالة الموجة الطولية الذاتية ynz(z,t) مع التعميم المكمّم التردد raenz=nn2h/ (4mel02); knz=nn/l0 - رقم الموجة الطولية الكمي z - القيمة الحالية للإحداثيات الطولية في مادة الموصل؛ رقم الوضع لوظيفة eigenwave psi ynz(z,t nm); هو القيمة القصوى للرقم الكمي n.

من تحليل معادلة موجة شرودنغر الثابتة وشروطها الحدودية المستخدمة في الحصول على (3)، يترتب على ذلك أنه في الموصل الذي ندرسه، يتم توزيع الإلكترونات الحرة المنجرفة على طول محورها الطولي OZ بحيث يكون طول الموصل l0 مناسبًا دائمًا عدد صحيح الكم n موجة psi - وظائف ynz(z,t) لإلكترونات معينة أو نصف موجات إلكترون دي بروجلي تحقق العلاقة: nkeJ2=kh (4)

حيث Xenz=h/(mevenz) هو الطول الكمي للموجة الطولية للإلكترون الحر، ويساوي طول موجة دي بروجلي الدائمة؛ venz=ttienz%enz/%=nh/(2mel0) - السرعة الطولية الكمية للإلكترون الحر المنجرف.

بناءً على (4)، يمكننا صياغة القاعدة التالية لتحديد كمية وظائف الموجة الطولية ynz(z,t) أو موجات الإلكترون (De Broglie) في الموصل قيد الدراسة مع التيار i0(t) من AVPs التعسفية: عند الطول l0 من موصل معدني بتيار كهربائي i0(t) من أنواع مختلفة وAVPs، عدد صحيح الكم n من الإلكترون المستوي لأنصاف موجات بروجلي بطول \nJ2 يجب أن يتناسب.

وفقا لـ (1) لتحديد قيمة العدد الكمي nm عند اختيار الدوال الموجية ynz(z,t)، فإن مربع معاملها يحدد الكثافة الاحتمالية للعثور على إلكترونات حرة في مكان معين في الفضاء بين الذرات الموصل، يمكنك استخدام الصيغة التالية:

حيث nk هو رقم الكم الرئيسي، ويساوي عدد أغلفة الإلكترون في كل ذرة فلز متطابقة

طول الموصل المعني، وبالتالي رقم الفترة في النظام الدوري العناصر الكيميائيةدي. مندليف، الذي ينتمي إليه هذا المعدن للموصل قيد الدراسة.

يمكن الاستدلال على الاختيار التقريبي وفقا لـ (5) للقيمة القصوى للرقم الكمي n من خلال: أولا، وجود منطقة امتصاص واسعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي الخارجي في المادة الصلبة (المعدن) للموصل، مما قد يؤدي إلى حدوث بعض الحالات. الاختلافات في تكوينات الطاقة الإلكترونية للذرات الفردية للمادة الموصلة؛ ثانيًا، تحقيق مبدأ باولي الأساسي للتكوينات الإلكترونية لذرات المادة الموصلة (كل حالة طاقة في ذرة مادة ما يمكن أن يشغلها إلكترون واحد فقط)، والذي بموجبه يمكن أن يشير الرقم الكمي نانومتر إلى أكبر عدد حالات الطاقة لإلكترونات التكافؤ للذرات المحددة.

تراكب الأوضاع الكمية (المنفصلة) للوظائف الموجية yn(r,() لكل من قيم الرقم الكمي n = 1,2,3,... وكل إلكترون حر منجرف في مادة الموصل قيد الدراسة بتيار نبضي /0(/) واسع بالمثل. تؤدي ظاهرة التداخل (تراكب) الموجات المتماسكة (موجات تتغير باستمرار مع الزمن)، والمعروفة في الفيزياء (البصريات الموجية)، إلى تكوين حزم إلكترونية موجية كمية (WEP) في الهيكل الداخلي الموصل للموصل،0 في المادة الموصلة للموصل هو: أولاً، تماسك الموجات الإلكترونية الطولية (ولكن في جوهرها الفيزيائي المستعرض والمستقطب خطيًا) في الموصل للحاملات المدروسة. ثانيا، استيفاء الشروط الأساسية اللازمة لتحقيق أقصى قدر من التضخيم والتوهين للموجات الإلكترونية الطولية المتماسكة عند تراكبها، حيث أن الأطوال الكمية Xen للموجات الإلكترونية هي في البنية الداخلية للموصل مع التيار /0(/) تتميز بكميات عيانية (انظر. قسم المقدمة)، فإن الأبعاد الهندسية لـ VEP ستكون أيضًا ذات طبيعة عيانية. سيتم تحديد ترتيب عدم وضوح حدود EEPs الكمية على طول الموصل (ترتيب تداخل الموجات الإلكترونية الطولية الكمية للموصل) من خلال درجة أحادية اللون لموجات دي برولي الإلكترونية الكمية، وبالتالي وظائف الموجة الكمية فن (ص،/). لملاحظة تداخل موجات الإلكترون الطولية الكمية ذات الرتبة العالية أو VEP ذات الحدود الواضحة في الموصلات المعدنية ذات التيار الكهربائي /0(/)، يجب أن تكون هذه الموجات أحادية اللون عمليًا. في مناطق VEP، سيكون هناك زيادة حادة (تعزيز) في وظائف الموجة المدروسة vp(r,0)، وخارج عرضها سيكون هناك انخفاض (إضعاف) في وظائف psi الطولية vp(r,/) يتوافق مع التعبير (3) نظرًا لحقيقة أن مربع معامل وظائف الموجة الكمية (على سبيل المثال، وظائف psi yn(r,0 وفقًا لـ (3) قبل تداخلها) يتوافق مع كثافة الاحتمال (). على سبيل المثال، من الصيغة مساءً، هـ = أوضح المؤلف أنه عندما يحقق n = n 1 لموصل معدني مع التيار النسبة التقريبية ne / ne ^ 4 / (n-2) ~ 3.5 التغير في كثافة الإلكترونات الحرة المنجرفة في المادة الموصلة للموصل الذي يؤدي إلى إعادة التوزيع المكاني للطاقة الحرارية المحددة المنبعثة فيه في مناطق المجموعات الاقتصادية الأوروبية الكمية (. في منطقة المقاطع الطولية "الساخنة") مع زيادة كثافة الإلكترونات الحرة المنجرفة، ستزداد كثافة الطاقة الحرارية، وخارج مناطق EEPs الكمية (في منطقة المقاطع الطولية "الباردة") مع انخفاض كثافة الإلكترونات الحرة المنجرفة، ستنخفض كثافة الطاقة الحرارية. إن ميزة إطلاق الحرارة هذه، التي أنشأها المؤلف نظريًا لأول مرة لموصل معدني بتيار كهربائي i0(t)، تتفق تمامًا مع الموقف الكلاسيكي المعروف والذي عندما يتم تطبيق موجات كهرومغناطيسية مستوية متماسكة في أماكن عند أقصى تداخلها تزداد كثافة الطاقة الكهرومغناطيسية، وفي أماكن تداخلها تقل كثافة الطاقة الكهرومغناطيسية كحد أدنى.

بعد ذلك، لا بد من الإشارة إلى أن التغير المذكور أعلاه في كثافة الإلكترونات الحرة المنجرفة على طول المحور الطولي OZ للموصل قيد الدراسة مع التيار ^(()) وفقًا لدوال الموجة الكمية التي تم الحصول عليها yz(r,/ ) وفقًا لـ (3) وقاعدة تكميمها (4) ستكون ذات طبيعة دورية، تتوافق مع ترتيب تناوب المقاطع الطولية "الساخنة" و"الباردة" نسبيًا المتكونة على طول الموصل، ". سيتم وضع المقاطع الطولية "الساخنة" بعرض Ar في مناطق تكوين EEP للموصل، والمقاطع الطولية الداخلية "الباردة" بعرض xv - بين مناطق VEP (انظر الشكل 1). نهايات الموصل (في الأماكن التي يتم فيها توصيلها بدائرة الطاقة الكهربائية بتيار متناوب (مباشر) ^ (() أو بمولد الجهد العالي للتيار النبضي ثنائي القطب (أحادي القطب) عالي الكثافة 50) بين الأطراف القصوى سيكون لـ VEP وكلا طرفي الموصل مقاطع طولية خارجية "باردة" بعرض Ar "xk" الإحداثيات الطولية لنقاط المنتصف لمناطق EEP الأبعد أو نقاط المنتصف للعرض Ar "g" للجزء الخارجي "الساخن". يمكن حساب المقاطع الطولية للموصل بالصيغة: gκk = 10 /(2p). (6)

أما بالنسبة للإحداثيات الطولية الكمية لمراكز المقاطع الطولية الداخلية "الساخنة" فإن المسافات بينها وبين مراكز المقاطع الطولية الخارجية "الساخنة" ذات الإحداثيات حسب (6) تحدد من التعبير التالي:

ز ب = 10/ص. (7)

من (6) و (7) يترتب على ذلك أن مراكز EEP والمقاطع الطولية "الساخنة" للموصل قيد الدراسة تتوافق بوضوح مع اتساع وظائف الموجة الكمية y"r(r,/) أو الإلكترونية الكمية أنصاف موجات برولي بطول Xe″/2، محددة بـ (4). في هذه الحالة، بالنسبة للمناطق الطرفية للموصل الحامل للتيار قيد النظر، سيتم استيفاء العلاقة التالية:

^epg /2= ^"g +2 ^пhк = 10 /p. (8)

بالنسبة للمناطق الداخلية للموصل مع التيار i0(t)، فإن العلاقة الكمية للنموذج ستكون صالحة:

^epg /2= ^"g + ^пхв = 10/p. (9)

لحساب حساب عرض المقاطع الطولية المتطرفة والداخلية "الساخنة" المدرجة في (8) و(9)، نستخدم علاقة عدم اليقين لهايزنبرغ، الأساسية في فيزياء الكم (ميكانيكا الموجات). ثم للحصول على الحد الأدنى لقيمة العرض Аnsh نحصل على:

"g = e0quote0^ (te^0sh) 1 -1, (10)

حيث 50t هو سعة متوسط ​​كثافة التيار ^) المتدفق في الموصل (إلى التقريب الأول §0t=10t/ £0)؛ 10t هي سعة التيار ^(/) للموصل.

مع الأخذ في الاعتبار (8) و (10) للقيمة المحسوبة للعرض الكمي Ar^، المقاطع الطولية المتطرفة "الباردة" للموصل مع التيار i0(t) لدينا: Ar„xk =0.5[ Y„- e0 "e0k (te0sh) 1 -1]. (11)

من (9) و (10) للعرض الكمي للمقاطع الطولية الداخلية "الباردة" للموصل قيد النظر مع التيار i0(t) نحصل على:

^ пkhv = 10/p e0pe0^ (me^0т) . (12)

من المعروف من الفيزياء الذرية أن قيمة الكثافة الأولية ne0 للإلكترونات الحرة في المعدن الموصل، المتضمن في (10)-(12)، تساوي تركيز ذراته N0، مضروبة في تكافؤه، والذي يحدده عدد الإلكترونات غير المتزاوجة الموجودة على الطبقات الإلكترونية الخارجية (التكافؤ) لذرات موصل المادة (على سبيل المثال، بالنسبة للنحاس والزنك والحديد، يكون التكافؤ اثنين). يتم تحديد القيمة المحسوبة لتركيز الذرات N (m-3) في معدن الموصل بكثافة الكتلة e0 قبل تدفق التيار النبضي ^(/) من خلاله بواسطة الصيغة:

Zh0 = Y?0(ما -1.6606-10-27)-1, (13)

حيث Ma هي الكتلة الذرية للمادة الموصلة، المدرجة في بيانات الجدول الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف ويساوي عمليا العدد الكتلي لنواة الذرة المعدنية للموصل (وحدة الكتلة الذرية الواحدة تساوي 1.6606-10-27 كجم).

3. الحل التقريبي للتوزيع الشعاعي الموجي مجانًا

الإلكترونات في موصل مع التيار

للحصول على وصف تقريبي لسلوك الإلكترونات الحرة المنجرفة غير النسبية التي تتحرك بشكل احتمالي، بما في ذلك على طول الإحداثيات الشعاعية الحالية r إلى السطح الخارجي لموصل معدني بتيار محوري نابض ^(())، سوف نستخدم الحل التحليلي سابقًا تم الحصول عليها من قبل مؤلف معادلة شرودنغر ذات الموجة الزمنية أحادية البعد، والتي لها الشكل التالي: y ‹g (g, /) = ^0g ■ yp(k‹gG) ■ exp(-g»Ye‹gO, ( 14)

حيث А0г=(к/0г0г)-1/2 هي سعة شعاعها

للدالة الموجية y‐r(r,/); k„r=pp/r0 - عدد الموجات الشعاعية الكمية؛ yuepr=la2k/(4mer02) - التردد الدائري الكمي لوظيفة الموجة الشعاعية الطبيعية y„r(r,/); n=1,2,3,...,nm هو عدد كمي صحيح يساوي رقم الوضع الخاص بوظيفة الموجة الشعاعية psi y„r(r,/).

وفقًا لحساب السرعات الشعاعية الكمية vеnг=уе„Depg/l للإلكترونات المنجرفة، حيث %еng=к/(tеуенг) هو الطول الكمي للموجة الشعاعية (موجة مستوى de Broglie) للإلكترون الحر، يمكننا استخدم العلاقة:

Vepg = "k /(2t eP)). (15)

مع الأخذ في الاعتبار (14) وحقيقة أن kpg = 2%/Hepg، يمكننا كتابة علاقة ميكانيكا الكم التالية لوظائف الموجة الشعاعية psi وأنصاف موجات دي برولي الإلكترونية في الموصل قيد الدراسة:

"Xepg /2 = r0. (16)

لذلك، استنادًا إلى (16)، على غرار (4)، يجب صياغة قاعدة التكميم II لوظائف الموجة الشعاعية Vz(r,/) في الموصل قيد الدراسة مع تيار محوري نابض i0(f) بالشكل التالي : عند نصف القطر r0 للموصل المعدني ذي التيار الكهربائي / 0(/) بأنواعه المختلفة ويجب أن يتناسب AVP مع عدد صحيح من الكم n لموجات أنصاف موجات الإلكترون المستوي de Broglie بطول Xen/2.

نظرًا لتماسك نصف موجات الإلكترون الشعاعي المسطح (De Broglie) بطول Xen/2، فهي مثل نصف موجات إلكترون De Brogli الطولية بطول Xe/2 في البنية المجهرية البلورية للموصل، نتيجة التراكب أو سوف يتشكل التداخل (التراكب المتبادل) على طول نصف القطر الخارجي r0 للموصل VEP. ستكون عملية التكوين على طول نصف القطر r0 لهذه المقاطع الشعاعية VEPs ("الساخنة" الشعاعية) ذات طبيعة دورية، حيث تكون الخطوة الشعاعية عند طول Xeng/2 للمناطق المركزية والخارجية للموصل، على غرار (8 )، يمكن تمثيلها بالشكل التالي:

Hepg /2= ^gng +2 ^gphk = r0 /n, (17)

حيث Ar œr وArphk هما، على التوالي، عرض المقاطع الشعاعية الخارجية "الساخنة" و"الباردة" نسبيًا للموصل مع تيار محوري نابض i0(t).

بالنسبة لمناطق التوصيل الداخلية للموصل، يمكن كتابة خطوة التكوين الدوري على طول نصف القطر r0 لـ VEP الذي نظرنا فيه في النموذج:

Hepg /2= ^rng + ^rpkhv = r0 /n, (18)

حيث Agh هو عرض المقاطع الشعاعية الداخلية "الباردة" للموصل مع تيار النبض i0(t).

لحساب قيمة Arr في (17) و(18)، سنستخدم علاقة عدم اليقين لهايزنبرغ فيما يتعلق بالإلكترونات الحرة المنجرفة المتمركزة في المقاطع الشعاعية "الساخنة" (HES) للموصل في الشكل: Arñr > ك /(4ص)، (19)

حيث Arpg=tevpg=k/(2r0) هو الإسقاط الشعاعي الكمي لنبض الإلكترونات الحرة المنجرفة في البنية المجهرية البلورية للموصل.

بعد ذلك، استنادًا إلى (19) للعرض الأدنى الكمي Агпг للمقاطع الشعاعية "الساخنة" أو عرض EEPs الشعاعية الكمية لموصل معدني بتيار محوري نابض i0(t) في التقريب الكهربي الفيزيائي المقبول

نحصل على التعبير الحسابي التالي:

أرز = r0 /(2lp) . (20)

من (20) يتضح أن عرض المقاطع الشعاعية "الساخنة" أو عرض EEP الشعاعي للموصل هو على الأقل (عند n = 1) 2n مرات أقل من نصف القطر الخارجي r0. بالمناسبة، فإن نفس الاعتماد الرياضي هو أيضًا سمة من سمات العرض الكمي Azns للمقاطع الطولية "الساخنة" فيما يتعلق بطول l0 للموصل مع التيار i0(t).

باستخدام (17) و(20)، للحصول على العرض الأقصى المكمّم AGtk للمقاطع الشعاعية الخارجية "الباردة" للموصل قيد الدراسة، نجد:

bGzhk = (2i - 1)G0 /(4lp) . (21)

من (18) و (20) للعرض الأقصى الكمي لأذرع المقاطع الشعاعية الداخلية "الباردة" للموصل قيد الدراسة مع التيار i0(t)، نحصل على: Arnx6 = (2^ - 1)n /(الثاني؟ ). (22)

من العلاقات (20) - (22) يترتب على ذلك أن المقاطع الشعاعية الداخلية "الباردة" لموصل معدني بتيار كهربائي هي بالضبط ضعف عرض المقاطع الشعاعية الخارجية "الباردة" و (2l-1) ~ 5.3 مرة أكبر ( أوسع) من أقسامها الشعاعية "الساخنة". قياسًا على (6)، فإن الإحداثيات الشعاعية لنقاط المنتصف لعرض المقاطع الشعاعية المتطرفة "الساخنة" للموصل تساوي:

رنك = قه/(2ن). (23)

سيتم تحديد المسافة بين نقاط المنتصف لعرض المقاطع الشعاعية الداخلية والخارجية "الساخنة" للموصل من خلال العلاقة الكمومية:

رنب = ص0/ن. (24)

بالنسبة للمقاطع الشعاعية "الساخنة" و"الباردة" للموصل المعدني قيد الدراسة، وكذلك المقاطع الطولية المقابلة لها بالاسم والتي تمت مناقشتها أعلاه مباشرةً، سيتم أيضًا تلبية الميزة الكهروفيزيائية المميزة التالية: كثافة كلا الانجرافين ستكون الإلكترونات الحرة وكثافة الطاقة الحرارية في المقاطع الشعاعية "الساخنة" أو VEP الشعاعي لموصل معدني أعلى بشكل ملحوظ من المقاطع الشعاعية "الباردة".

تشير التعبيرات المذكورة أعلاه (20) - (24)، مع الأخذ في الاعتبار درجات الحرارة المختلفة بشكل ملحوظ للمقاطع الشعاعية "الساخنة" و"الباردة" نسبيًا، بوضوح إلى إمكانية التقسيم الطبقي الشعاعي لمنتجات البلازما الموصلة المتكونة من موصل معدني أسطواني مستدير أثناء ظاهرة الانفجار الكهربائي (EV). تجدر الإشارة إلى أن تأثير التقسيم الطبقي الشعاعي للبلازما "المعدنية" حقيقي تمامًا ويمكن ملاحظته في الحرب الإلكترونية حتى للأسلاك المعدنية الرقيقة. بالإضافة إلى ذلك، قد تشير البيانات المحسوبة التقريبية التي تم الحصول عليها وفقًا للتعبيرات (4)-(12) و(16)-(24) إلى أن الكسور الشعاعية للبلازما المحددة الناشئة أثناء الطاقة الكهربائية للأسلاك المعدنية المستديرة ستكون حوالي l0/r0 مرات أقل من فصائل الكسور الطولية.

4. ظاهرة التعريب الكمي الدوري الكمي للإلكترونات الحرة في موصل مع تيار تقدير محسوب من (10) للعرض Azns للمقاطع الطولية القصوى والداخلية "الساخنة" للمعدن

لموصل بتيار نبضي /0(0 يوضح ذلك لـ الأسلاك النحاسية(ne0=16.86-1028 m3) عند كثافة تيار تبلغ 50t=2 A/mm2، المميزة لـ الشبكات الكهربائيةالتيار المتردد بتردد 50 هرتز، تأخذ القيمة قيمة تساوي حوالي

1.06 م عند 50 طن = 200 أمبير/مم2، وهي خاصية تقنية النبض عالي الجهد للتيار العالي، يصبح العرض المعني حوالي 10.6 مم. من هذه البيانات الكمية التي قدمناها، يصبح من الواضح أنه من الممكن الكشف تجريبيًا عن مظهر الخصائص الموجية للإلكترونات الحرة المنجرفة في الموصلات المعدنية من خلال الكشف بوضوح عن أماكن تكوين EEPs العيانية، وبالتالي، "الساخنة" "المقاطع الطولية المتطرفة والداخلية وكذلك المقاطع الطولية "الباردة" التي تظهر على خلفيتها" المقاطع الطولية المتطرفة والداخلية. يصبح من الواضح أيضًا أنه لمثل هذا الكشف في الظروف المختبرية للقيم الكمية Аipg وAipkhk وАipkhv على التوالي للمقاطع الطولية "الساخنة" و"الباردة" للموصل، من الضروري استخدام معدات كهربائية قوية عالية الجهد قادر على توليد تيارات نبضية كبيرة نسبياً في الدائرة الكهربائية باستخدام الموصل المعدني قيد الدراسة. علاوة على ذلك، فإن مثل هذه التيارات، التي يؤدي تدفقها عبر موصل معدني إلى تسخين مكثف لمادته وخاصة البنية البلورية الموصلة في منطقة HEEPs الكمية.

تشير النتائج النظرية الواردة أعلاه في القسمين 2 و 3 إلى عمليات التحديد الدوري للإلكترونات الحرة المنجرفة في مناطق EEPs الطولية والشعاعية للموصل قيد الدراسة مع تيار محوري نابض i0 (/). السمة المميزة لهذا التعريب الإلكتروني الكبير هي أنه مكمّم بطبيعته، ويتم تحديده رياضيًا وفقًا للتعبيرات (3) و(14) بقيمة الرقم الكمي n، وفيزيائيًا بواسطة حالة الطاقة للإلكترونات الحرة الموجودة في البنية المجهرية للإلكترونات. المادة الموصلة في لحظة تطبيق جهد كهربائي عليها وبداية تدفق تيار كهربائي من نوع أو آخر. لذلك، فإن قيمة الرقم الكمي n للدوال الموجية الطولية \yn(r,/) والشعاعية \ynr(r,g)، وكذلك لموجات دي بروجلي الطولية والشعاعية ذات الطول Xrg/2 وXrg /2 في البنية المجهرية لسلك معدني بتيار نابض i0(/) سيكون احتماليًا (عشوائيًا) بطبيعته. من الواضح للمؤلف أن القيمة العددية العملية للرقم الكمي n ستكون دائمًا مساوية لعدد المقاطع الطولية العيانية "الساخنة" (HLPs) ذات العرض Aipn، والتي تتشكل بشكل دوري على طول الموصل المعدني المدروس بطول 10 مع محوري الحالي ϑ0 (Б).

5. نتائج الدراسات التجريبية للتوزيع الموجي الطولي للإلكترونات الحرة ومميزات المجال الحراري في موصل ذو تيار نبضي

لإجراء التحقق التجريبي من النتائج المحسوبة الواردة في القسمين 2 و3،

لتحديد التوزيعات الموجية للإلكترونات الحرة المنجرفة في موصل أسطواني بتيار محوري نابض i0(β)، يمكن أن تكون الطريقة الأبسط والأكثر موثوقية، وبالتالي، وسيلة سريعة، هي دراسة تجريبية لتوزيع الموجة الطولية لهذه الإلكترونات فيه. في التجارب التي نستخدمها، نستخدم سلكًا فولاذيًا مجلفنًا دائريًا (بسمك طلاء واقي A0 = 5 ميكرومتر) مثبتًا بشكل صارم في دائرة التفريغ لمولد تيار النبض عالي الجهد GIT-5S، والذي يتميز بالخصائص الهندسية التالية ( الشكل 2): r0 = 0.8 مم؛ /0=320 ملم؛ 50>=2.01 مم2. إن تفريغ بطارية المكثف لمولد GIT-5S، المشحونة مسبقًا بجهد شحن ثابت u3G=-3.7 كيلو فولت (مع الطاقة الكهربائية المخزنة ^/=310 كيلوجول)، يضمن تدفق نبض تيار غير دوري i0( /) ، تتميز بـ AVP التالي: السعة /0t=-745 A؛ النموذج الزمني /t/tr=9 مللي ثانية/576 مللي ثانية، حيث Бт هو الوقت المقابل لسعة تيار تبلغ 10t، وtr هي المدة الإجمالية للنبضة الحالية؛ وحدة متوسط ​​كثافة تيار النبض تساوي |50t|=0.37 كيلو أمبير/مم2.

أرز. 2. منظر عام لسلك فولاذي مجلفن مستدير ومستقيم (g0=0.8 مم؛ /0=320 مم؛ D0=5 ميكرومتر؛ 50=2.01 مم2)، موضوع في الهواء فوق لوح الأسبستوس الواقي من الحرارة، قبل أن يتدفق عبره. في دوائر التفريغ لمولد الجهد العالي GIT-5S لنبض غير دوري للتيار المحوري g"0(/) عالي الكثافة

في الشكل. يوضح الشكل 3 نتائج أحد تأثيرات النبضة غير الدورية المشار إليها لتيار محوري ذو شكل مؤقت قدره 9 مللي ثانية/576 مللي ثانية على السلك المعدني المستخدم في التجارب.

أرز. 3. مظهر الحالة الحرارية لسلك فولاذي مجلفن (g0=0.8 مم؛ /0=320 مم؛ A0=5 ميكرومتر؛ 5o=2.01 مم2) مع واحد "ساخن" (عرض منطقة HEEP Aipg=7 مم في المنتصف من السلك ) وواحد "بارد" في أقصى اليسار (العرض Аitk = 156.5 مم ؛ خضع القسم الثاني "البارد" في أقصى اليمين للتسامي الجزئي) مقاطع طولية بعد نبض تيار غير دوري χ0 (ح) لشكل زمني قدره 9 مللي ثانية / 576 مللي ثانية من تتدفق من خلاله كثافة عالية (/0t=-745 A; |50t|=0.37 kA/mm2; n=1)

من البيانات في الشكل 3 يترتب على ذلك أنه عند طول /0=320 مم من سلك فولاذي مجلفن يتم تسخينه بشكل مكثف بواسطة تيار نبضي أحادي القطب (|50t|=0.37 كيلو أمبير/مم2) (لقاعدته الفولاذية وفقًا لـ (13)

ео=2Ао=16.82-1028 m~3) في الحالة قيد الدراسة يوجد مقطع طولي "ساخن" واحد (منطقة كروية منتفخة ومتوهجة بشكل ساطع من EEP في منتصف السلك، مما يشير بوضوح إلى أن n=1) مع العرض Dg″g= 7 مم (مع عرضه المحسوب وفقًا لـ (10) هو 5.7 مم) وقسمين طوليين متطرفين "باردين" (برزخ أسطواني على حافتي السلك، أحدهما خضع للتسامي الجزئي) بعرض دقنك = 156.5 ملم (مع عرضها المحسوب حسب (11) هو 157.1 ملم). أظهرت الدراسات المعدنية لمنطقة VEP الكروية المبردة في منتصف السلك أنها تحتوي على أجزاء صلبة من طلاء الزنك المغلي (الموسع) (عند نقطة غليان الزنك 907 درجة مئوية) وقاعدة فولاذية مصهورة للسلك (عند نقطة غليان الزنك 907 درجة مئوية) نقطة الانصهار حوالي 1535 درجة مئوية). يتجلى هذا المستوى العالي من درجة الحرارة في المنطقة الكروية لـ VEP (في القسم الطولي "الساخن" الوحيد من السلك) من خلال لونه الأبيض المتوهج (1200 درجة مئوية على الأقل) والحروق الموجودة أسفل الطبقة الواقية من الحرارة أسبست الكريسوتيل بسمك 3 مم ودرجة انصهاره حوالي 1500 درجة مئوية. بناءً على البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها في هذه الحالة (n = 1) والتقديرات الفيزيائية الكمومية المحسوبة التي تم إجراؤها لها، يمكننا أن نستنتج أنه في البنية المجهرية البلورية للأسلاك الفولاذية المجلفنة هناك تراكب لوظائف الموجة الطولية الكمية ^w(2, ())، والتي تتميز أوضاعها برقم كمي واحد n=1. ونتيجة لوجود مثل هذه الأوضاع من وظائف psi في السلك، فإن نصف موجة إلكترون دي برولي واحدة فقط تتناسب مع طوله /0=. 320 مم، والتي تحمل المساواة Xe/2=320 مم وفي منطقة اتساعها (مع الإحداثيات الطولية وفقًا لـ (6) g″k=160 مم)، فقط EEP واحد أو مقطع طولي "ساخن" واحد مع يتم تشكيل عرض حوالي Dg G = 7 مم.

في الشكل. يوضح الشكل 4 النتائج التجريبية للتأثير التالي على سلك فولاذي مجلفن (r0=0.8 mm; /0=320 mm; D0=5 μm; 50>=2.01 mm2) لنبض أحادي القطب للتيار المحوري /0(/) من الشكل المؤقت /t /tr=9 مللي ثانية/576 مللي ثانية عالية الكثافة (/0t=-745 A; |50t|=0.37 كيلو أمبير/مم2; P3G =-3.7 كيلو فولت; ZH=310 كيلوجول). يمكن ملاحظة أنه في هذه الحالة التجريبية، على طول سلك فولاذي مُسخن بشكل مكثف (لتغطيته ne0=2L/0=13.08-1028 m_3) يوجد بالفعل أربعة VEPs أو أربعة منها "ساخنة" (العرض التجريبي Dg"g=7 ملم عند تصميمها بطول (10) عرض

5.7 مم) واثنين من المقاطع الطولية "الباردة" الداخلية (العرض التجريبي Dg´xv = 26.9 مم مع عرضها المحسوب وفقًا لـ (12) لـ n = 9 هو 29.9 مم). تجدر الإشارة إلى أن خمسة أقسام طولية "ساخنة" واثنتين خارجيتين وستة أقسام طولية "باردة" داخلية من السلك قيد الدراسة خضعت للتسامي الكامل. في هذه الحالة التجريبية، قد يشير وجود مناطق HEP ذات درجة الحرارة العالية على السلك الفولاذي الذي تم اختباره، أيضًا بعرض Dg‹g = 7 مم، إلى موثوقية معادلة الحساب (10).

ووفقاً لـ (6) فإن الإحداثيات الطولية rk للمقاطع الطولية القصوى “الباردة” كانت حوالي 2⁄ك=320 مم/18=17.8 مم، والإحداثيات المحسوبة 2⁄ب وفقاً لـ(7) لـ”الساخن”. "ستكون المقاطع الطولية تساوي 35.6 ملم تقريبًا. يجب أن تكون القيمة n-2

وفي الحالة قيد النظر (ن = 9) يقترب طول /0 = 320 ملم من السلك الفولاذي قيد الدراسة. ومن خلال البيانات المحسوبة والتجريبية التي تم الحصول عليها يتضح أن هذا الشرط الهندسي قد تم استيفاءه. تظهر نتائج التجربة الأخيرة بوضوح أيضًا أنه في السلك الفولاذي قيد الدراسة، يوجد تحديد موضعي كبير دوري للإلكترونات الحرة المنجرفة، مما يتسبب في ظهور مجال درجة حرارة طولي دوري غير متجانس في بنيته الكلية الموصلة. وتبين أن الخطوة التجريبية للدورة الكمية الطولية لمثل هذا المجال الحراري في السلك الفولاذي المحدد تساوي تقريبًا (Dg‹xv+Dg‹g) = 31.6 مم وأصغر قليلاً من الخطوة المحسوبة المقابلة للعلاقات (8) و (9) تبلغ حوالي /0/n = 35.6 ملم.

أرز. 4. ظهور سطح المكتب لمولد GIT-5S

والحالة الحرارية للأسلاك الفولاذية المجلفنة (g0=0.8 مم؛ /0=320 مم؛ D0=5 ميكرومتر؛ 50=2.01 مم2) مع أربع مناطق "ساخنة" (عرض مناطق HEEP Dgig=7 مم) واثنتين داخليتين "باردتين" (العرض D2ga = 16.9 مم) المقاطع الطولية بعد التعرض التالي لنبض تيار غير دوري r0(/) بشكل مؤقت قدره 9 مللي ثانية/576 مللي ثانية من الكثافة العالية (/0t=-745 A; |50t|=0.37 كيلو أمبير / mm2؛ ″=9؛ الأجزاء الطولية الخمسة “الساخنة” والثمانية “الباردة” المتبقية من الأسلاك الفولاذية المجلفنة قيد الدراسة خضعت للتسامي الكامل)

6. الخصائص الأساسية وعلامات طبيعة الموجة الكمومية للتيار الكهربائي في موصل معدني

1. إخضاع العمليات الكهروفيزيائية المصاحبة لتدفق تيار التوصيل الكهربائي في الموصلات المعدنية للمبادئ العلمية الأساسية لكل من الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الكم غير النسبية (ميكانيكا الموجات) فيما يتعلق بحاملاتها للكهرباء - الإلكترونات الحرة المنجرفة. وفقًا لهذه المبادئ الكلاسيكية، تتمتع هذه الإلكترونات بخصائص موجية، والتي، كما هو موضح أعلاه، في الموصلات المعدنية ذات التيار الكهربائي الثابت والتيار المتردد أو النبضي بكثافات مختلفة 50 يمكن أن يكون لها تأثير كبير على العمليات العيانية للتكوين والتوزيع المكاني التي تحدث في لهم في تيار التوصيل المادي المتجانس /0(/). نظرًا لتحقيق هذه القوانين الفيزيائية، فإن الطاقة الكهرومغناطيسية المنقولة في البنية المجهرية البلورية للموصلات قيد الدراسة عن طريق الإلكترونات الحرة المنجرفة يتم تمثيلها بواسطة الكمات المقابلة (الأجزاء) ذات طول معين من موجة الإلكترون (نصف الموجة)، و سلوك النظر الكهرومغناطيسي

جديد في مادة الموصلات المعدنية ويتم وصف توزيعاتها الزمانية المكانية من خلال وظائف الموجة الكمية المقابلة (على سبيل المثال، y″r(r,/) و y″r(r,/)).

2. وجود البنية المجهرية البلورية الداخلية لمادة الموصل المعدني قيد الدراسة مع تيار كهربائي لأنواع مختلفة من نصف موجات دي برولي الإلكترونية الكمية، تنتشر على طول إحداثياتها الطولية r والشعاعية r. إن وجود أنصاف موجات الإلكترون المستوية دي برولي في المادة الموصلة يتبع من العلاقات المحسوبة (4) و (16). بالنسبة للحالة المطبقة لتوزيع الموجات الطولية في سلك فولاذي مجلفن دائري (r0=0.8 mm; /0=320 mm) لنبض غير دوري لتيار محوري عالي الكثافة (50t=370 A/mm2)، فإن وجود هذه تم تأكيد نصف موجات دي برولي الإلكترونية تجريبيًا من قبل المؤلف بناءً على نتائج تجارب درجات الحرارة العالية التي تم إجراؤها، الواردة في .

3. ظهور مادة الموصل المعدني قيد الدراسة مع التيار الكهربائي لتأثير التراكب (التداخل) لأنصاف الموجات الإلكترونية الكمية لـ de Broglie، مما يؤدي إلى الظهور الدوري لـ EEPs العيانية الكمية على طول الإحداثيات الطولية والشعاعية من الموصل. تؤدي هذه العناصر EEPs بدورها إلى ظهور مقاطع طولية وشعاعية "ساخنة" و"باردة" نسبيًا ذات أبعاد عيانية في مادة الموصل. الخطوة المكانية لدورة EEP الطولية والشعاعية للموصل وفقًا للعلاقات (8) و(9) و(17) و(18) تساوي الأطوال الكمية المقابلة Xer œr/2 وXe Łr 2 من أنصاف موجات الإلكترون.

4. ظهور البنية الموصلة للموصل المعدني قيد الدراسة بالتيار الكهربائي /0(/) في مناطق VEPs الطولية والشعاعية المذكورة أعلاه لظاهرة التعريب الكلي الدوري الكمي للإلكترونات الحرة المنجرفة ، والتي تتميز باختلاف ملحوظ في كثافات الإلكترونات الحرة المنجرفة وكثافة الطاقة الحرارية وبالتالي درجات الحرارة في المقاطع الطولية والقطرية الساخنة نسبيًا "و" الباردة "من الموصل المعني. تؤدي هذه الظاهرة إلى ظهور موصل معدني بتيار كهربائي في المادة المجالات الحرارية الطولية والشعاعية الدورية غير المتجانسة، والتي يمكن تسجيلها ودراستها فعليًا.

1. تشير البيانات المتحصل عليها إلى أنه في موصل معدني مستدير متجانس ومستقيم ذو تيار كهربائي محوري، وذلك بسبب الخواص الموجية للإلكترونات الحرة المنجرفة فيه، مما يسبب وجود في بنيته الداخلية المجهرية أنصاف موجات دي برولي الإلكترونية في نسبة معينة. بالطريقة وعمليات التراكب (التراكب المتبادل) لموجات دي برولي الإلكترونية النصفية في جميع أنحاء حجم موصل الموصل، يحدث التكوين الدوري لـ EEPs الطولية والشعاعية الكمية ذات الأبعاد العيانية. خصائص VEP التي تنشأ في هذه الحالة هي

تتميز بزيادة كثافات الإلكترونات الحرة المنجرفة مقارنة بمتوسط ​​كثافة الإلكترون الأولية للموصل وبالتالي زيادة قيم كثافات الطاقة الحرارية ودرجات الحرارة عليها. تؤدي إعادة التوزيع الطولي والشعاعي لحاملات الكهرباء المشار إليها في حجم الموصل إلى ظهور مجال درجة حرارة دورية غير منتظم في بنيته الكلية.

2. إن النتائج المعروضة للدراسات النظرية والتجريبية للعمليات الكهروفيزيائية الموجية المصاحبة لتدفق تيار التوصيل الكهربائي بمختلف أنواعه (الثابت أو المتناوب أو النبضي) في الموصل المعدني قيد النظر تشير بوضوح إلى ذلك في التركيب البلوري الداخلي للموصل قيد الدراسة بسبب الطبيعة الموجية للتوزيع الطولي والشعاعي للإلكترونات المنجرفة فيه

ظاهرة التعريب الكلي الدوري الكمي للإلكترونات الحرة. يتم تحديد درجة وطبيعة ظهور هذه الظاهرة الفيزيائية الكمومية على طول ونصف قطر الموصل المعدني بتيار ÷0 (β) لمختلف AVPs من خلال كثافة التيار الكهربائي فيه وحالة الطاقة لإلكتروناته الحرة في اللحظة التي يتم فيها تطبيق جهد كهربائي على الموصل، وبالتالي، يبدأ تيار التوصيل بالتدفق عبره.

مراجع

1. تم آي.إي. أساسيات نظرية الكهرباء. - م: نوكا، 1976. - 616 ص.

2. يافورسكي بي إم، ديتلاف أ.أ. دليل الفيزياء. -م: نوكا، 1990. - 624 ص.

3. كوزميتشيف ف. قوانين وصيغ الفيزياء / الجواب . إد.

ك. تارتاكوفسكي. - كييف: ناوكوفا دومكا، 1989. - 864 ص.

4. سوليمار إل، والش د. محاضرات عن الخواص الكهربائية للمواد: Trans. من اللغة الإنجليزية / إد. إس.آي. باسكاكوفا. -م: مير، 1991. - 504 ص.

5. بارانوف م. قضايا مختارة من الفيزياء الكهربية: دراسة في مجلدين. المجلد 2، كتاب. 2: نظرية التأثيرات الفيزيائية الكهربية والمشكلات - خاركوف: دار توشكا للنشر، 2010. - 407 ص.

6. بارانوف م. قضايا مختارة من الفيزياء الكهربية: دراسة في مجلدين. المجلد 2، كتاب. 1: نظرية التأثيرات والمشاكل الكهروفيزيائية - خاركوف: دار النشر NTU "KhPI"، 2009. - 384 ص.

7. تكنولوجيا التيارات النبضية العالية والمجالات المغناطيسية / إد. ضد. كوميلكوفا. - م: اتميزدات، 1970. - 472 ص.

8. ماثيوز ج. ووكر ر. الطرق الرياضية للفيزياء / ترجمة. من اللغة الإنجليزية - م: اتوميزدات، 1972. - 392 ص.

9. Ango A. الرياضيات لمهندسي الكهرباء والراديو: Transl. من الفرنسية / تحت العام إد. كانساس. شيفرين. - م: نوكا، 1965. - 780 ص.

10. بارانوف م. التوزيع الموجي للإلكترونات الحرة في موصل بتيار توصيل كهربائي // الهندسة الكهربائية. - 2005. - رقم 7. - ص25-33.

11. بارانوف م. أطياف الطاقة والتردد للإلكترونات الحرة للموصل مع تيار التوصيل الكهربائي // الهندسة الكهربائية. - 2006. - رقم 7. - ص 29-34.

12. بارانوف م. مقاربات وآليات فيزيائية جديدة في دراسة عمليات تكوين وتوزيع تيار التوصيل الكهربائي في الموصل // الديناميكا الكهربائية التقنية. - 2007. - رقم 1. - ص 13-19.

13. بارانوف م. تحديد إرشادي للحد الأقصى لعدد موجات دي برولي الإلكترونية في موصل معدني مع تيار التوصيل الكهربائي // الهندسة الكهربائية والميكانيكا الكهربائية. - 2007. - رقم 6. - ص 59-62.

14. بارانوف م. حزمة إلكترونية موجية لموصل بتيار توصيل كهربائي // الهندسة الكهربائية والكهروميكانيكية. - 2006. - رقم 3. - ص49-53.

15. بارانوف م. الخصائص الرئيسية للتوزيع الاحتمالي للإلكترونات الحرة في موصل بتيار توصيل كهربائي // الديناميكا الكهربائية التقنية. - 1008. - رقم 1. - ص 8-11.

16. بارانوف م. نهج ميكانيكا الكم لحساب درجة حرارة تسخين الموصل بواسطة تيار التوصيل الكهربائي // الديناميكا الكهربائية التقنية. - 2007. - رقم 5. -

17. بارانوف م. النتائج النظرية والتجريبية للبحث لإثبات وجود موصل معدني في البنية المجهرية بتيار نصف موجات دي بروجلي الإلكترونية // الهندسة الكهربائية والكهروميكانيكية. - 1014. - رقم 3. - ص 45-49.

18. بارانوف م. التوزيع الشعاعي الموجي للإلكترونات الحرة في موصل أسطواني مع تيار كهربائي متناوب // الديناميكا الكهربائية التقنية. - 1009. - رقم 1. - ص6-11.

19. ستولوفيتش ن.ن. محولات الطاقة المتفجرة الكهربائية / إد. ف.ن. كارنيوشينا. - مينسك: العلوم والتكنولوجيا، 1983. - 151 ص.

20. الكتاب المرجعي الكهروتقني. إنتاج وتوزيع الطاقة الكهربائية / تحت رئاسة التحرير العامة. في. أورلوفا وآخرون - م.: Energoatomizdat، المجلد 3، كتاب. 1، 1988. - 880 ص.

21. بارانوف م. الحساب والإثبات التجريبي لوجود نصف موجات دي بروجلي الإلكترونية في موصل معدني بتيار نابض عالي الكثافة // نشرة NTU "HIT. - 1013. - رقم 60(1033). - ص 3-11 .

22. بارانوف إم آي، كوليوشكو جي إم، كرافشينكو في آي. وغيرها. مولد تيار البرق الاصطناعي للاختبار الشامل للأشياء التقنية // الأدوات والمعدات التجريبية. - 1008. - رقم 3. - ص 81-85.

23. الكابلات والأسلاك والأسلاك الكهربائية: الدليل / ن.ي. بيلوروسوف، أ. ساهاكيان، أ. ياكوفليفا. إد. إن آي. بيلوروسوفا - م: إنرجواتوميزدات، 1988. - 536 ص.

المراجع: 1. تم I.E. Osnovy teorii jelektrichestva. موسكو، نشرة ناوكا، 1976. 616 ص. 2. جافورسكي بي إم، ديتلاف أ.أ. كتاب مرجعي عن fizike. موسكو، نشرة ناوكا، 1990. 624 ص. 3. Kuz"michev V.E. Zakony i fiziki رسميًا. كييف، Naukova Dumka Publ.، 1989. 864 ص 4. Solymar L.، Walsh D. Lekcii po jelektricheskim svojstvam Materialov. موسكو، مير Publ.، 1991. 504 ص. Z Baranov M. I. Izbrannye voprosy: Monografija v 2-h، الكتاب 2: Teorija elektrofizicheskih effektov i kharkov. KhPI" Publ.، 2009. 384 ص. V.S. كوميل"كوفا. موسكو، اتوميزدات للنشر، 1970. 472 ص. 8. ماثيوز ج. ووكر ر. الطرق الرياضية فيزيكي. موسكو، اتوميزدات للنشر، 1972. 392 ص. 9. Ango A. Mate-matika dlja elektro-i radioinzhenerov. موسكو، نشرة ناوكا، 1965. 780 ص. 10. بارانوف م. Volnovoe raspredelenie svobodnyh electronov v provodnike s elektrocheskim tokom provodimosti. إليكتروتنيكا - الهندسة الكهربائية، 2005، العدد 7، ص. 25-33. 11. بارانوف م. الطاقة والتقنيات المتطورة لتقنيات الإلكترونيات المتطورة هي من خلال توفير الطاقة. التقنية الكهربائية - الهندسة الكهربائية، 2006، العدد 7، ص. 29-34. 12. بارانوف م. تعمل أجهزة الكمبيوتر الجديدة والآليات التي تعتمد على معالجة الأجهزة على تشكيل وتركيب الأجهزة الكهربائية من خلال أجهزة الكمبيوتر الشخصية. Tekhnichna elektrodynamika - الديناميكا الكهربائية التقنية،

2007، رقم 1، ص. 13-19. 13. بارانوف م. Evristicheskoe opredelenie maksimal "nogo chisla jelektronnyh poluvoln de Brojlja v metal-licheskom provodnike s elektricheskim tokom provodimosti. Elektrotekhnika i elektromekhanika - الهندسة الكهربائية والكهروميكانيكية، 2007، رقم 6، الصفحات من 59 إلى 62. 14. Baranov M.I. Vol no حزمة voj elektronnyj wire-nika s elektricheskim tokom provodimosti . Elektrotekhnika i elek-tromekhanika - الهندسة الكهربائية والميكانيكا الكهربائية، 2006، رقم 3، الصفحات من 49 إلى 53 16. بارانوف م. Elektrotekhnika i elektromekhanika - الهندسة الكهربائية والكهروميكانيكية، 2014، رقم 3، ص. 45-49. 18. بارانوف م. Volnovoe radial "noe raspredelenie svobodnyh elektronov v cilindricheskom provodnike s peremennym elektricheskim tokom. Tekhnichna elektrodynamika - الديناميكا الكهربائية التقنية، 2009، رقم 1، ص 6-11. 19. Stolovich N. N. Elektrovzryvnye preobrazovateli ، ناوكا وتهنيكا منشورات، 1983 . 151 ص 20. مرجع كهربائي ie sushhestvovanija debrojlevskih elek- tronnyh poluvoln v metalheskom provodnike s impul"snym tokom bol"shojplotnosti. Visnyk NTU "KhPI" - نشرة NTU "KhPI"، 2013، العدد 60 (1033)، ص. 3-12. 22. بارانوف إم آي، كوليوشكو جي إم، كرافشينكو في آي، نيدزيلسكي أو إس، دنيشينكو في إن. مولد توكا iskusstvennoj molnii dlja naturnyh ispy-tanij tehnicheskih ob'ektov . Pribory i tekhnika eksperimenta - الأدوات والتقنيات التجريبية، 2008، العدد 3، ص. 81-85. 23. بيلوروسوف إن.آي.، ساك-جان إيه.إي.، ياكوفليفا إيه.آي. كابلات كهربائية، Provoda i shnury: Spra-vochnik. موسكو، نشرة Ener-goatomizdat، 1988. 536 ص.

تم الاستلام في 02/05/2014

بارانوف ميخائيل إيفانوفيتش، دكتور في العلوم التقنية، باحث أول،

نيبكي "مولنيا" NTU "KhPI"،

61013، خاركوف، ش. شيفتشينكو، 47

الهاتف/الهاتف +38 057 7076841، البريد الإلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي]

معهد التخطيط العلمي والبحثي والتصميم "مولنيا"

الجامعة التقنية الوطنية "معهد خاركيف للفنون التطبيقية"

47، شارع شيفتشينكو، خاركيف، 61013، أوكرانيا طبيعة الموجة الكمومية للتيار الكهربائي في موصل معدني وبعض الظواهر الكهروفيزيائية الكلية.

يعرض هذا البحث نتائج البحث النظري والتجريبي حول التوزيع الطولي والشعاعي للإلكترونات الحرة المنجرفة في موصل معدني دائري متجانس مع تيار محوري نبضي. تكشف الدراسات عن طبيعة الموجة الكمومية لتدفق تيار التوصيل الكهربائي في الموصل الذي تم فحصه، مما يؤدي إلى ظاهرة التعريب الكلي الدوري الكمي للإلكترونات الحرة في البنية الداخلية للموصل.

الكلمات المفتاحية - الموصل المعدني، التيار الكهربائي، الإلكترونات الحرة المنجرفة، أنصاف الموجات الإلكترونية، ظاهرة التموضع الكلي للإلكترونات.

ماذا نعرف حقا عن الكهرباء اليوم؟ وفقًا لوجهات النظر الحديثة، هناك الكثير، ولكن إذا تعمقنا في جوهر هذه المشكلة بمزيد من التفصيل، يتبين أن البشرية تستخدم الكهرباء على نطاق واسع دون فهم الطبيعة الحقيقية لهذه الظاهرة الفيزيائية المهمة.

ليس الغرض من هذه المقالة دحض النتائج التطبيقية العلمية والتقنية التي تم تحقيقها للبحث في مجال الظواهر الكهربائية، والتي تستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية والصناعة في المجتمع الحديث. لكن الإنسانية تواجه باستمرار عددا من الظواهر والمفارقات التي لا تتناسب مع إطار المفاهيم النظرية الحديثة فيما يتعلق بالظواهر الكهربائية - وهذا يدل على عدم الفهم الكامل لفيزياء هذه الظاهرة.

أيضًا، يعرف العلم اليوم الحقائق عندما تظهر المواد والمواد التي تمت دراستها على ما يبدو خصائص توصيلية شاذة ( ) .

كما أن ظاهرة الموصلية الفائقة للمواد ليس لها نظرية مرضية تمامًا في الوقت الحاضر. لا يوجد سوى افتراض أن الموصلية الفائقة هي ظاهرة الكم والتي تدرسها ميكانيكا الكم. وبعد دراسة متأنية للمعادلات الأساسية لميكانيكا الكم: معادلة شرودنغر، ومعادلة فون نيومان، ومعادلة ليندبلاد، ومعادلة هايزنبرغ، ومعادلة باولي، يصبح عدم اتساقها واضحاً. والحقيقة هي أن معادلة شرودنجر ليست مشتقة، ولكن تم افتراضها بطريقة القياس مع البصريات الكلاسيكية، بناء على تعميم البيانات التجريبية. تصف معادلة باولي حركة جسيم مشحون ذو دوران قدره 1/2 (على سبيل المثال، إلكترون) في مجال كهرومغناطيسي خارجي، ولكن مفهوم الدوران لا يرتبط بالدوران الحقيقي لجسيم أولي، وفيما يتعلق بالدوران من المفترض أن هناك مساحة من الحالات لا علاقة لها بأي حال من الأحوال بحركة جسيمات الجسيمات الأولية في الفضاء العادي.

في كتاب أناستازيا نوفيخ “إيزووسموس” هناك إشارة إلى عدم اتساق نظرية الكم: “لكن نظرية ميكانيكا الكم لبنية الذرة، التي تعتبر الذرة نظامًا من الجسيمات الدقيقة التي لا تخضع لقوانين الميكانيكا الكلاسيكية، غير ذي صلة على الاطلاق . للوهلة الأولى، تبدو حجج الفيزيائي الألماني هايزنبرغ والفيزيائي النمساوي شرودنغر مقنعة للناس، ولكن إذا تم النظر في كل هذا من وجهة نظر مختلفة، فإن استنتاجاتهم صحيحة جزئيا فقط، وبشكل عام، كلاهما مخطئ تماما . والحقيقة أن الأول وصف الإلكترون بالجسيم والآخر بالموجة. بالمناسبة، فإن مبدأ ازدواجية الموجة والجسيم ليس له أهمية أيضًا، لأنه لا يكشف عن انتقال الجسيم إلى موجة والعكس صحيح. أي أن السادة المتعلمين يتبين أنهم بخيل إلى حد ما. انها في الواقع بسيطة جدا. بشكل عام، أريد أن أقول إن فيزياء المستقبل بسيطة للغاية ومفهومة. الشيء الرئيسي هو العيش لرؤية هذا المستقبل. أما الإلكترون فإنه لا يصبح موجة إلا في حالتين. الأول هو عند فقدان الشحنة الخارجية، أي عندما لا يتفاعل الإلكترون مع الأجسام المادية الأخرى، على سبيل المثال مع نفس الذرة. والثانية، في حالة ما قبل الأوسمية، أي عندما تتناقص إمكاناتها الداخلية."

نفس النبضات الكهربائية التي تولدها الخلايا العصبية في الجهاز العصبي البشري تدعم الأداء النشط والمعقد والمتنوع للجسم. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن جهد عمل الخلية (موجة إثارة تتحرك على طول غشاء الخلية الحية في شكل تغير قصير المدى في جهد الغشاء بواسطة منطقة صغيرةخلية مثيرة) في نطاق معين (الشكل 1).

الحد الأدنى لإمكانات عمل الخلية العصبية هو عند مستوى -75 مللي فولت، وهو قريب جدًا من قيمة إمكانات الأكسدة والاختزال في دم الإنسان. إذا قمنا بتحليل الحد الأقصى والحد الأدنى لقيمة إمكانات الإجراء بالنسبة إلى الصفر، فهي قريبة جدًا من النسبة المئوية المقربة معنى النسبة الذهبية ، أي. تقسيم الفاصل الزمني بنسبة 62% و 38%:

\(\دلتا = 75 مللي فولت + 40 مللي فولت = 115 مللي فولت\)

115 مللي فولت / 100% = 75 مللي فولت / × 1 أو 115 مللي فولت / 100% = 40 مللي فولت / × 2

× 1 = 65.2%، × 2 = 34.8%

جميع المواد والمواد المعروفة بالعلم الحديث توصل الكهرباء بدرجة أو بأخرى، حيث أنها تحتوي على إلكترونات تتكون من 13 جسيم بو فانتوم، والتي بدورها هي عناقيد سبتونية (“PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS” ص 61) . والسؤال الوحيد هو جهد التيار الكهربائي اللازم للتغلب على المقاومة الكهربائية.

وبما أن الظواهر الكهربائية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالإلكترون، فإن تقرير "PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS" يقدم المعلومات التالية فيما يتعلق بهذا الجسيم الأولي المهم: "الإلكترون جزء لا يتجزأ من الذرة، وهو أحد العناصر الرئيسية العناصر الهيكليةالمواد. تشكل الإلكترونات الأغلفة الإلكترونية لذرات جميع العناصر الكيميائية المعروفة اليوم. وهي تشارك في جميع الظواهر الكهربائية تقريبًا التي يعرفها العلماء اليوم. لكن ما هي الكهرباء في الواقع، لا يزال العلم الرسمي غير قادر على تفسيرها، ويقتصر على عبارات عامة مفادها أنها، على سبيل المثال، "مجموعة من الظواهر الناجمة عن وجود وحركة وتفاعل الأجسام المشحونة أو جزيئات حاملات الشحنة الكهربائية". ومن المعروف أن الكهرباء ليست تدفقاً مستمراً، بل هي منقولة في أجزاء - على حدة».

وفقا للأفكار الحديثة: " التيار الكهربائي "هي مجموعة من الظواهر الناتجة عن وجود الشحنات الكهربائية وتفاعلها وحركتها." ولكن ما هي الشحنة الكهربائية؟

شحنة كهربائية (كمية الكهرباء) هي كمية فيزيائية عددية (كمية يمكن التعبير عن كل قيمة لها برقم حقيقي واحد) تحدد قدرة الأجسام على أن تكون مصدرًا للمجالات الكهرومغناطيسية وأن تشارك في التفاعل الكهرومغناطيسي. تنقسم الشحنات الكهربائية إلى موجبة وسالبة (يعتبر هذا الاختيار تعسفيًا تمامًا في العلم ويتم تخصيص علامة محددة جدًا لكل شحنة). الأجسام المشحونة بشحنة من نفس الإشارة تتنافر، وتلك ذات الشحنات المعاكسة تتجاذب. عندما تتحرك الأجسام المشحونة (الأجسام العيانية والجزيئات المشحونة المجهرية التي تحمل تيارًا كهربائيًا في الموصلات)، ينشأ مجال مغناطيسي وتحدث ظواهر تجعل من الممكن إقامة العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية (الكهرومغناطيسية).

الديناميكا الكهربائية يدرس المجال الكهرومغناطيسي في الحالة الأكثر عمومية (أي دراسة المجالات المتغيرة المعتمدة على الوقت) وتفاعله مع الأجسام التي لها شحنة كهربائية. تأخذ الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية في الاعتبار فقط الخصائص المستمرة للمجال الكهرومغناطيسي.

الديناميكا الكهربائية الكمومية يدرس المجالات الكهرومغناطيسية التي لها خصائص متقطعة (منفصلة)، وحاملاتها هي الكمات الميدانية - الفوتونات. يعتبر تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي مع الجسيمات المشحونة في الديناميكا الكهربائية الكمومية بمثابة امتصاص وانبعاث الفوتونات بواسطة الجسيمات.

يجدر التفكير في سبب ظهور مجال مغناطيسي حول موصل به تيار، أو حول ذرة تتحرك الإلكترونات في مداراتها؟ النقطة هي أن " ما يسمى اليوم بالكهرباء هو في الواقع حالة خاصة من مجال سيبتون , في العمليات التي يشارك فيها الإلكترون في معظم الحالات مع "مكوناته" الإضافية الأخرى "("فيزياء ألاترا الأولية" ص 90).

ويتم تحديد الشكل الحلقي للمجال المغناطيسي حسب طبيعة أصله. كما يقول المقال: "مع الأخذ بعين الاعتبار الأنماط الكسورية في الكون، فضلاً عن حقيقة أن حقل سيبتون في العالم المادي ضمن 6 أبعاد هو المجال الأساسي الموحد الذي تقوم عليه جميع التفاعلات المعروفة للعلم الحديث، يمكن القول بأنها جميعها أيضًا لها شكل التوراة. وقد يكون لهذا البيان أهمية علمية خاصة للباحثين المعاصرين.". لذلك، فإن المجال الكهرومغناطيسي سيأخذ دائمًا شكل طارة، مثل طارة السيبتون.

دعونا نفكر في دوامة يتدفق من خلالها التيار الكهربائي وكيف يتشكل مجاله الكهرومغناطيسي بالضبط ( https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

أرز. 2. خطوط المجال للمغناطيس المستطيل

أرز. 3. خطوط المجال الحلزوني مع التيار

أرز. 4. خطوط الكهرباء المناطق الفرديةاللوالب

أرز. 5. التشابه بين خطوط المجال للدوامة والذرات ذات الإلكترونات المدارية

أرز. 6. جزء منفصل من اللولب والذرة مع خطوط القوة

خاتمة: لم تتعرف البشرية بعد على أسرار ظاهرة الكهرباء الغامضة.

بيتر توتوف

الكلمات الرئيسية:فيزياء ألاترا البدائية، التيار الكهربائي، الكهرباء، طبيعة الكهرباء، الشحنة الكهربائية، المجال الكهرومغناطيسي، ميكانيكا الكم، الإلكترون.

الأدب:

جديدة. أ.، إزووسموس، ك.: لوتس، 2013. - 312 ص. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

تقرير "فيزياء ألاترا الأولية" من قبل مجموعة دولية من علماء الحركة الاجتماعية الدولية "ألاترا"، تحرير. أناستاسيا نوفيخ، 2015؛

هذا السؤال مثل الملفوف، تفتحه وتفتحه، لكن الساق "الأساسية" لا تزال بعيدة. على الرغم من أن السؤال يتعلق على ما يبدو بهذا الجذع بالذات، إلا أنه لا يزال يتعين عليك محاولة التغلب على كل الملفوف.

للوهلة الأكثر سطحية، تبدو طبيعة التيار بسيطة: التيار هو عندما تتحرك الجسيمات المشحونة. (إذا لم يتحرك الجسيم، فلن يكون هناك تيار، بل يوجد فقط مجال كهربائي). في محاولة لفهم طبيعة التيار، وعدم معرفة ما يتكون منه التيار، اختاروا اتجاه التيار المطابق للتيار. اتجاه حركة الجزيئات الإيجابية. في وقت لاحق اتضح أنه يتم الحصول على تيار لا يمكن تمييزه، وهو نفس التأثير تمامًا، عندما تتحرك الجزيئات السالبة في الاتجاه المعاكس. هذا التناظر هو سمة رائعة لطبيعة التيار.

اعتمادًا على المكان الذي تتحرك فيه الجسيمات، تختلف طبيعة التيار أيضًا. المادة الحالية نفسها مختلفة:

• المعادن لديها إلكترونات حرة.
• في الموصلات الفائقة المعدنية والسيراميك هناك أيضًا إلكترونات؛
• في السوائل - الأيونات التي تتشكل أثناء التفاعلات الكيميائية أو عند تعرضها لمجال كهربائي مطبق؛
• في الغازات هناك أيونات مرة أخرى، وكذلك الإلكترونات؛
• لكن في أشباه الموصلات، الإلكترونات ليست حرة ويمكن أن تتحرك في "سباق التتابع". أولئك. ليس الإلكترون هو الذي يمكنه التحرك، بل هو المكان الذي لا يتواجد فيه - "الثقب". ويسمى هذا النوع من الموصلية موصلية الثقب. عند نقاط الوصل بين أشباه الموصلات المختلفة، تؤدي طبيعة هذا التيار إلى ظهور تأثيرات تجعل جميع إلكترونياتنا الراديوية ممكنة.
  التيار له مقياسان: القوة الحالية والكثافة الحالية. هناك اختلافات أكثر من أوجه التشابه بين تيار الشحنات وتيار الماء في خرطوم على سبيل المثال. لكن مثل هذه النظرة للتيار مفيدة للغاية لفهم طبيعة هذا الأخير. التيار في الموصل هو مجال متجه لسرعات الجسيمات (إذا كانت جسيمات لها نفس الشحنة). لكننا عادة لا نأخذ هذه التفاصيل بعين الاعتبار عند وصف التيار. نحن متوسط ​​هذا التيار.

إذا أخذنا جسيمًا واحدًا فقط (مشحونًا ومتحركًا بشكل طبيعي)، فإن تيارًا يساوي منتج الشحنة والسرعة اللحظية في لحظة معينة من الزمن يوجد بالضبط حيث يوجد هذا الجسيم. تذكر كيف كان الأمر في أغنية الثنائي Ivasi "حان وقت تناول البيرة": "... إذا كان المناخ صعبًا والنجمي معاديًا، وإذا غادر القطار وتم رفع جميع القضبان ... " :)

والآن نأتي إلى تلك القصبة التي ذكرناها في البداية. لماذا يمتلك الجسيم شحنة (كل شيء يبدو واضحا مع الحركة، ولكن ما هي الشحنة)؟ الجسيمات الأساسية (التي تبدو غير قابلة للتجزئة) والتي تحمل شحنة هي الإلكترونات والبوزيترونات (الإلكترونات المضادة) والكواركات. من المستحيل سحب كوارك فردي ودراسته بسبب حبسه بالإلكترون؛ يبدو الأمر أسهل، لكنه أيضًا ليس واضحًا تمامًا بعد. في هذه المرحلة، من الواضح أن التيار كمي: لم يتم ملاحظة أي شحنات أصغر من شحنة الإلكترون (يتم ملاحظة الكواركات فقط في شكل هادرونات بشحنة إجمالية مساوية أو صفر). لا يمكن للمجال الكهربائي المنفصل عن الجسيم المشحون أن يوجد إلا بالاشتراك مع مجال مغناطيسي، مثل الموجة الكهرومغناطيسية التي يكون كمها فوتونًا. ربما تكمن بعض التفسيرات لطبيعة الشحنة الكهربائية في عالم فيزياء الكم. على سبيل المثال، فإن مجال هيغز الذي تنبأت به واكتشف مؤخرًا نسبيًا (إذا كان هناك بوزون، فهناك حقل) يفسر كتلة عدد من الجسيمات، والكتلة هي مقياس لكيفية استجابة الجسيم لمجال الجاذبية. ربما مع الشحن، كمقياس للاستجابة للمجال الكهربائي، سيتم الكشف عن قصة مماثلة. لماذا توجد كتلة ولماذا توجد شحنة هي أسئلة ذات صلة إلى حد ما.

يُعرف الكثير عن طبيعة التيار الكهربائي، ولكن الأمر الأكثر أهمية لم يعرف بعد.

في الفقرة 2، قلنا بالفعل أن الغالبية العظمى من المواد لا تنتمي إلى مواد عازلة جيدة مثل الكهرمان أو الكوارتز أو الخزف، ولا إلى موصلات جيدة للتيار مثل المعادن، ولكنها تحتل موقعًا وسيطًا بين هؤلاء وغيرهم. يطلق عليهم أشباه الموصلات. يمكن أن يكون للموصليات المحددة للأجسام المختلفة قيم مختلفة جدًا. المواد العازلة الجيدة لها موصلية ضئيلة: من إلى S/m؛ على العكس من ذلك، فإن موصلية المعادن عالية جدًا: من إلى S/m (الجدول 2). تقع موصلية أشباه الموصلات بين هذه الحدود القصوى.

إن ما يسمى بأشباه الموصلات الإلكترونية له أهمية علمية وتقنية خاصة. وكما هو الحال في المعادن، فإن تمرير تيار كهربائي عبر هذه أشباه الموصلات لا يسبب أي تغيرات كيميائية فيها؛ لذلك يجب أن نستنتج أن حاملات الشحنة الحرة فيها هي إلكترونات وليست أيونات. وبعبارة أخرى، فإن موصلية أشباه الموصلات هذه، مثل المعادن، تكون إلكترونية. ومع ذلك، فإن الفارق الكمي الهائل بين الموصلات المحددة يشير إلى وجود اختلافات نوعية عميقة جدًا في ظروف مرور التيار الكهربائي عبر المعادن وعبر أشباه الموصلات. يشير عدد من الميزات الأخرى في الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات أيضًا إلى وجود اختلافات كبيرة بين آلية التوصيل للمعادن وأشباه الموصلات.

الموصلية النوعية هي التيار الذي يمر عبر مقطع عرضي للوحدة تحت تأثير مجال كهربائي تبلغ شدته 1 فولت / م. وسيكون هذا التيار أكبر، كلما زادت السرعة التي تكتسبها حاملات الشحنة في هذا المجال، وزاد تركيز حاملات الشحنة، أي عددها لكل وحدة حجم. في الأجسام السائلة والصلبة والغازات غير المتخلخلة، وبسبب "الاحتكاك" الذي تتعرض له الشحنات المتحركة، فإن سرعتها تتناسب مع شدة المجال. في هذه الحالات، تسمى السرعة المقابلة لشدة المجال البالغة 1 فولت/م حركة الشحنة.

إذا تحركت الشحنات على طول المجال بسرعة، فكل وحدة زمنية، جميع الشحنات الموجودة على مسافة أو أقل من هذا القسم سوف تمر عبر قسم الوحدة (الشكل 183). هذه الشحنات تملأ الحجم [m3]، وعددها يساوي . الشحنة المنقولة بواسطتهم من خلال وحدة المقطع العرضي لكل وحدة زمنية تساوي حيث هي شحنة الناقل الحالي. لذلك،

أرز. 183. إلى اختتام العلاقة

يرتبط الاختلاف في موصلية المعادن وأشباه الموصلات باختلاف كبير في تركيز ناقلات التيار. أظهرت القياسات وجود إلكترونات في 1 م3 من المعادن، أي أن هناك إلكترون حر واحد تقريبًا لكل ذرة معدن. في أشباه الموصلات، يكون تركيز إلكترونات التوصيل أقل بآلاف وحتى ملايين المرات.

يكمن الاختلاف المهم التالي في الخواص الكهربائية للمعادن وأشباه الموصلات في طبيعة اعتماد موصلية هذه المواد على درجة الحرارة. نعلم (§ 48) أنه مع زيادة درجة الحرارة تزداد مقاومة المعادن، أي تقل موصليتها، بينما تزداد موصلية أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة. تقل حركة الإلكترونات في المعادن عند تسخينها، ولكن في أشباه الموصلات، اعتمادًا على نطاق درجة الحرارة المعني، يمكن أن تنخفض أو تزيد مع درجة الحرارة.

وحقيقة أنه في أشباه الموصلات، على الرغم من انخفاض قابليتها للتنقل، فإن الموصلية تزداد مع زيادة درجة الحرارة، مما يشير إلى أنه مع زيادة درجة الحرارة في أشباه الموصلات، فإن عدد الإلكترونات الحرة يزداد بسرعة كبيرة، وتأثير هذا العامل يفوق تأثير انخفاض قابلية الحركة . في درجات حرارة منخفضة جدًا (قريبة من 0 كلفن) تحتوي أشباه الموصلات على عدد ضئيل من الإلكترونات الحرة، وبالتالي فهي عوازل مثالية تقريبًا؛ الموصلية الخاصة بهم منخفضة للغاية. مع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد عدد الإلكترونات الحرة بشكل حاد، وعند درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية، يمكن أن تكون لأشباه الموصلات موصلية تقترب من موصلية المعادن.

هذا الاعتماد القوي لعدد الإلكترونات الحرة على درجة الحرارة هو السمة الأكثر تميزًا لأشباه الموصلات، مما يميزها بشكل حاد عن المعادن، حيث لا يعتمد عدد الإلكترونات الحرة على درجة الحرارة. يشير إلى أنه في أشباه الموصلات، من أجل نقل الإلكترون من حالة "مقيدة"، حيث لا يمكنه الانتقال من ذرة إلى ذرة، إلى حالة "حرة"، حيث يتحرك بسهولة في جميع أنحاء الجسم، من الضروري نقل لهذا الإلكترون بعض احتياطي الطاقة وتختلف هذه الكمية، التي تسمى طاقة التأين، باختلاف المواد، ولكنها بشكل عام لها قيم تتراوح من عدة أعشار إلكترون فولت إلى عدة إلكترون فولت. في درجات الحرارة العادية، يكون متوسط ​​طاقة الحركة الحرارية أقل بكثير من هذه القيمة، ولكن كما نعلم (انظر المجلد الأول)، فإن بعض الجسيمات (على وجه الخصوص، بعض الإلكترونات) لها سرعات وطاقات أكبر بكثير من القيمة المتوسطة. يمتلك جزء صغير جدًا من الإلكترونات طاقة كافية للانتقال من الحالة "المرتبطة" إلى الحالة "الحرة". تتيح هذه الإلكترونات للتيار الكهربائي المرور عبر أشباه الموصلات حتى في درجة حرارة الغرفة.

ومع ارتفاع درجة الحرارة، يزداد عدد الإلكترونات الحرة بسرعة كبيرة. لذلك، على سبيل المثال، إذا كانت الطاقة المطلوبة لإطلاق إلكترون هي eV، ففي درجة حرارة الغرفة، سيكون لدى إلكترون واحد تقريبًا لكل ذرة مصدر من الطاقة الحرارية الكافية لإطلاقه. سيكون تركيز الإلكترونات الحرة منخفضًا جدًا (حوالي m-3)، لكنه سيظل كافيًا لإنشاء تيارات كهربائية قابلة للقياس. لكن إذا خفضنا درجة الحرارة إلى -80 درجة مئوية، فإن عدد الإلكترونات الحرة سينخفض ​​بنحو 500 مليون مرة، وسيكون الجسم عملياً عازلاً للكهرباء. على العكس من ذلك، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 200 درجة مئوية، فإن عدد الإلكترونات الحرة سيزيد بمقدار 20 ألف مرة، وعندما ترتفع درجة الحرارة إلى 800 درجة مئوية – بمقدار 500 مليون مرة. في هذه الحالة، ستزداد موصلية الجسم بسرعة، على الرغم من انخفاض حركة الإلكترونات الحرة التي تعرقل هذه الزيادة.

وبالتالي، فإن الفرق الرئيسي والأساسي بين أشباه الموصلات والمعادن هو أنه في أشباه الموصلات، من أجل نقل الإلكترون من حالة مرتبطة إلى حالة حرة، من الضروري نقل بعض الطاقة الإضافية إليه، وفي المعادن، حتى في أدنى مستوياتها درجة الحرارة، هناك عدد كبير من الإلكترونات الحرة. إن قوى التفاعل الجزيئي في المعادن نفسها كافية لتحرير بعض الإلكترونات.

تؤدي الزيادة السريعة جدًا في عدد الإلكترونات الحرة في أشباه الموصلات مع زيادة درجة الحرارة إلى حقيقة أن التغير في مقاومة أشباه الموصلات مع درجة الحرارة أكبر بمقدار 10-20 مرة من مقاومة المعادن. تتغير مقاومة المعادن بمعدل 0.3% مع تغير درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية؛ في أشباه الموصلات، زيادة درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية يمكن أن تغير الموصلية بنسبة 3-6٪، وزيادة درجة الحرارة بمقدار 100 درجة مئوية يمكن أن تغير الموصلية بمقدار 50 مرة.

تسمى أشباه الموصلات التي تم تكييفها لاستخدام معامل درجة الحرارة الكبير جدًا للمقاومة بالمقاومات الحرارية (أو الثرمستورات) في التكنولوجيا. تجد المقاومة الحرارية العديد من التطبيقات المهمة للغاية والمتوسعة باستمرار في مجموعة واسعة من مجالات التكنولوجيا: للأتمتة والميكانيكا عن بعد، وأيضًا كمقاييس حرارة دقيقة وحساسة للغاية.

تم استخدام موازين الحرارة المقاومة، أو مقاييس البولومترات كما يطلق عليها، في الممارسة المعملية لفترة طويلة، ولكنها كانت في السابق مصنوعة من المعادن، وارتبط ذلك بعدد من الصعوبات التي حدت من نطاق تطبيقها. يجب أن تكون مقاييس البولوميتر مصنوعة من سلك طويل ورفيع بحيث تكون مقاومتها الإجمالية كبيرة بما يكفي مقارنة بمقاومة أسلاك الإمداد. بالإضافة إلى ذلك، فإن التغير في مقاومة المعادن صغير جدًا، ويتطلب قياس درجة الحرارة باستخدام مقاييس المقاومة المعدنية قياسات مقاومة دقيقة للغاية. إن مقاييس البولومترات لأشباه الموصلات، أو المقاومة الحرارية، خالية من هذه العيوب. مقاومتها عالية جدًا لدرجة أن حجم البولوميتر يمكن أن يصل إلى عدة مليمترات أو حتى بضعة أعشار المليمتر. مع هذه الأبعاد الصغيرة، تأخذ المقاومة الحرارية درجة الحرارة بسرعة كبيرة بيئة، والذي يسمح لك بقياس درجة حرارة الأجسام الصغيرة (على سبيل المثال، أوراق النباتات أو المناطق الفردية من جلد الإنسان).

تعتبر المقاومات الحرارية الحديثة حساسة للغاية لدرجة أنها تستطيع اكتشاف وقياس التغيرات في درجات الحرارة التي تصل إلى جزء من المليون من كلفن. وهذا جعل من الممكن استخدامها في الأجهزة الحديثة لقياس شدة الإشعاع الضعيف جدًا بدلاً من الأعمدة الحرارية (الفقرة 85).

وفي الحالات التي ذكرناها أعلاه، فإن الطاقة الإضافية اللازمة لتحرير الإلكترون قد انتقلت إليه بسبب الحركة الحرارية، أي بسبب احتياطي الطاقة الداخلية للجسم. ولكن يمكن أيضًا نقل هذه الطاقة إلى الإلكترونات عندما يمتص الجسم الطاقة الضوئية. تقل مقاومة أشباه الموصلات هذه عند تعرضها للضوء بشكل ملحوظ. وتسمى هذه الظاهرة الموصلية الضوئية أو التأثير الكهروضوئي الداخلي. تم مؤخرًا استخدام الأجهزة القائمة على هذه الظاهرة بشكل متزايد في التكنولوجيا لأغراض التشوير والأتمتة.

لقد رأينا أنه في أشباه الموصلات، يوجد جزء صغير جدًا من جميع الإلكترونات في حالة حرة ويشارك في إنشاء تيار كهربائي. لكن لا ينبغي للمرء أن يعتقد أن نفس الإلكترونات تكون دائمًا في حالة حرة، وكل الباقي في حالة مقيدة. على العكس من ذلك، في أشباه الموصلات تحدث عمليتان متعارضتان طوال الوقت. فمن ناحية، هناك عملية إطلاق الإلكترونات بسبب الطاقة الداخلية أو الضوئية؛ من ناحية أخرى، فإن عملية التقاط الإلكترونات المحررة جارية، أي إعادة توحيدها مع واحد أو آخر من الأيونات المتبقية في أشباه الموصلات - الذرات التي فقدت إلكترونها. في المتوسط، يظل كل إلكترون متحرر حرًا لفترة قصيرة جدًا فقط - من إلى (من جزء من الألف إلى جزء من مائة مليون من الثانية). باستمرار، يتبين أن جزءًا معينًا من الإلكترونات يكون حرًا، لكن تكوين هذه الإلكترونات الحرة يتغير طوال الوقت: تنتقل بعض الإلكترونات من حالة مرتبطة إلى حالة حرة، والبعض الآخر من حالة حرة إلى حالة مقيدة. التوازن بين الإلكترونات المرتبطة والحرة هو متحرك أو ديناميكي.