книги / Изобретенческая реальность принципы достижения технических преимуществ в объектах техники с помощью физических явлений, свойств и эффектов

Частица <—> серия дейфовых трубок <—- источник высокочастот- ного переменного электрического напряжения = ускорение частицы, увеличение скорости и энергии частицы

Частица <—> пара дуантов <—- источник высокочастотного бы- стропеременного электрического напряжения и источник сильно- го однородного постоянного магнитного поля = движение частицы по раскручивающей спирали, ускорение частицы, увеличение скоро- сти и энергии частицы

Катодно — лучевое давление (электроннолучевой испаритель) Катод <—> лёгкое тело (фольга) <—> анод <—- источник электри- ческого поля = электронная бомбардировка тела, электроннолучевое

давление, нагрев тела,движение тела Катод <—> мишень <—> анод <—- источник электрического поля =

электронная бомбардировка мишени, нагрев и испарение мишени В электроннолучевом испарителе электронная бомбардировка ми-

шени, размещённой у анода, приводит к её нагреву и испарению, об- разовавшиеся пары покрытия осаждаются на подложку изделия.

Ионизационное свечение

Газ <—> анод — катод (в замкнутом объёме) <—- источник элек- трического поля = электрическая ионизация, выбивание электронов положительными ионами из катода,тлеющий разряд, свечение поло- жительного столба

Ионы <—> электроны (газа в замкнутом объёме) <—- источник электрического поля = направленное упорядоченное движение заря- женных частиц к противоположным полюсам электрического поля, свечение положительного столба

Светодиодное излучение

Слой p — типа <—> слой n — типа (гетероперехода) <—- источник электрическоготока = спонтанная рекомбинация свободных электро- нов и дырок, излучение фотонов видимого света

Рентгеновское излучение

Катод (инжектор электронов) <—> анод (антикатод) <—- источник электрического поля = ускорение и торможение электронов, рентге- новские лучи

Разогнанный электрон — это электрический ток, окружённый маг- нитным полем.Приторможении (или ударе об антикатод) изменяется его магнитное поле, что вызывает излучение электромагнитной вол- ны в виде рентгеновских лучей.

Лазер (квантовый усилитель, генератор)

Зеркало <—> активное вещество <—> полупрозрачное зеркало <—-

390

источникэлектромагнитногоизлучения= накачкаэнергиейактивной среды, усиление излучения, когерентное электромагнитное излуче- ние,лазерный луч

Если в среде больше атомов, у которых больше заселен верхний уровень, то возникает вынужденное излучение — среда становится активной и усиливает проходящий свет.

Люминесценция (на примере сульфида цинка ZnS)

Атом цинка (Zn) <—> атом серы (S) <—- источник электромагнит- ного излучения = возвращённое излучение, свечение, испускание фотонов

Свечение, прекращающееся вместе с возбуждающим освещением, называют флюоресценцией, а имеющее заметную длительность (по- слесвечение) — фосфоресценцией.

Радиоактивность

Нейтроны <—> протоны (ядро атома) <—- внутриядерные измене- ния энергии = радиоактивный распад, α – β – γ –излучение

Электромагнитный излучатель — приёмник (вибратор — ан-

тенна)

Разомкнутый колебательный контур (антенна) <—> замкнутый электрический колебательный контур высокой частоты (генератор) <—- источник электрического тока = колебание электрических заря- дов в антенне, электромагнитная волна вокруг антенны

Регулируемый электрический колебательный контур <—> антенна <—- электромагнитные волны излучателя = модулированные колеба- ния электрических зарядов в колебательном контуре

Световое давление (измерено П. Н. Лебедевым 1899 г)

Подвес <—> поверхность фольги (крылышка слюды) <—- источ- ник света = бомбардировка фотонами,разностьдавлений на внешней и противоположной поверхности, смещение и движение лёгкого тела

Электрическая фотометрия

Полупроводники p — типа <—> n — типа (p — n переход) <—- ис- точник света = бомбардировка фотонами, фототок пропорционален световому потоку (числу квантов)

Под действием света фотоэлемент (содержащего полупроводни- ковый материал) вырабатывает электрический ток тем больший, чем больше освещенность фотоэлемента.

Измерение освещенности с помощью такого фотометра сводится к измерению тока, протекающего через гальванометр, соединенного с фотоэлементом (фотодиодом).

391

Дифракционная решётка

Штрих 1 <—> штрих 2 <—- источник естественного света = дифрак- ция света, разворачивание белого света на цветные полосы, развора- чивание белого света на длины световых волн

Интерференционный резонатор

Зеркало <—> полупрозрачное зеркало <—-источник света = интер- ференционное гашение волн и усиление стоячей оптической волны, усиление волны,длина которойточно укладывается в целое число раз на расстояние (h) между отражающимися поверхностями

Оптический резонатор — это двойное зеркало, отражающее свет только одной длины волны или одного цвета, все остальные волны гасятся. Изменяя расстояние между зеркалами, легко подобрать цвет или длину световой волны.

Поляризатор света

Цепь молекул 1 <—> цепь молекул 2 <—- источник естественного света (хаотичные электромагнитные колебания) = поляризованный свет,линейно — поляризованный свет

Оптический затвор

Поляризатор 1 <—> поляризатор 2 <—- механизм взаимного пово- рота = проход или перекрытие света, коммутация светового луча

Абсолютно чёрное тело (полное поглощение)

Сажа <—> замкнутая сферическая полость <—- источник электро- магнитного излучения = отсутствие отражения, полное поглощение

Закон отражения

Внешняя среда <—> плоское зеркало <—- луч электромагнитного излучения = обратный отскок луча, наклон падениялуча равен накло- ну отражения, обратимость хода луча к своему источнику

При попадании света на полированную поверхность проводника (серебро, алюминий) в ионных узлах возникают колебания электро- нов (переменный ток), электромагнитное поле которых противодей- ствует этому воздействию, что приводит к полному отражению света.

Воздействие света на проводники известно из фотоэффекта А. Г. Столетова.

Полное внутреннее отражение

Вода <—> пузырёк воздуха <—- источник электромагнитного из- лучения = блеск пузырька, полное внутреннее отражение

Воздух <—> алмаз <—- источник электромагнитного излучения = блеск алмаза, полное внутреннее отражение

392

Оптический фотометр

Клин 1 <—> клин 2 (из серого стекла) <—- механизм взаимного смещения = изменениетолщины поглощающего слоя,изменение сте- пени поглощения светового потока, расстояние смещения пропорци- онально поглощению светового потока

Закон преломления

Внешняя прозрачная среда (воздух) <—> оптически прозрачная среда (стекло) <—- луч электромагнитного излучения = преломление луча в среду,наклон падения не равен углу преломления,обратимость хода луча к своему источнику

При переходе луча света из одной среды в другую изменяется ско- ростьраспространения электромагнитной волны (света),что и приво- дитк изменению направления ходалуча отпервоначально заданного, названного преломлением.

Скорость света в любом веществе меньше скорости света в ва- кууме.

Разложение света в спектр

Левая грань равнобедренной призмы <—> правая грань призмы <—- луч солнечного излучения = направленное пропускание луча, двойное преломление луча, разложение луча на цветные лучи состав- ляющие свет, разложение луча на длины электромагнитных волн со- ставляющих свет

Собирательная линза (положительная линза)

Выпуклая сфера слева <—> выпуклая сфера справа <—- параллель- ные лучи света = двойное преломление лучей, схождение всех лучей

вточке действительного фокуса (за линзой), обратимость хода лучей

вточку источника света

Рассеивающая линза (отрицательная линза)

Вогнутая сфера слева <—> вогнутая сфера справа <—- параллель- ные лучи света = двойное преломление лучей, расхождение всех лу- чей, схождение продолжений всех лучей в точке мнимого фокуса на стороне источника света, обратимость хода лучей в точку источ- ника света

Собирательное зеркало (вогнутое зеркало)

Внешняя среда <—> вогнутая сфера зеркала <—- параллельные лучи света = собирательное отражение всех лучей, схождение всех лу- чей в точке действительного фокуса (на стороне источника света), об- ратимость хода лучей в точку источника света

Зеркальный параболоид <—> фокус <—-источник света = отражён- ные параллельные лучи света

393

Рассеивающее зеркало (выпуклое зеркало)

Внешняя среда <—> выпуклая сфера зеркала <—- параллельные лучи света = рассеивающее отражение всех лучей, схождение продол- жений всех лучей в точке мнимого фокуса за зеркалом, обратимость хода лучей в точку источника света

Зрительная труба Галилея (монокуляр)

Двояковогнутая линза <—> двояковыпуклая линза <—- световое отражение от объекта = приближение прямого отражения объекта со стороны двояковогнутой линзы

Зеркальный телескоп Ньютона

Плоское зеркальце <—> сферическое параболоидное зеркало <—- источник электромагнитного излучения = концентрация (увеличе- ние) света от очень слабых источников на плоском зеркальце

2. Таблица узлов и явлений потоков частиц, фотонов и лучистой энергии

394

395

Виды узлов группы 0 (сверху вниз):

— катод (инжектор) — анод образован отдающим и принимаю- щим электроны электродами;

— электрод+ —электрод- образован паройдрейфовыхтрубок име- ющих ускоряющий зазор;

— система пар дрейфовых трубок образована множеством пар трубок разной длины;

— дуант+— дуант- образован парой плоских полукруглых полых электродов имеющих зазор;

— катод (инжектор) — анод (деталь) образован отдающим электро- ны электродом и деталью расположенной у принимающего электрода;

— катод —анодобразован отдающим и принимающим электроны электродами;

— инжектор — антикатод образован фокусирующим подогревае- мым катодом и отражающим электроны тугоплавким охлаждаемым анодом;

— (p – n) гетеропереход образован слоями p — и n —типа; — зеркальный резонатор — активное вещество образован па-

рой зеркальных слоёв (один из них полупрозрачный) на активном ве- ществе, например, на рубине с примесью окиси хрома;

— атомы цинка — серы образованы ионами цинка и серы; — нейтрон — протон образуют ядро радиоактивного элемента;

396

— антенна — «LC — контур» и «LC — контур» — антенна образо-

ваны из разомкнутого и замкнутого электрического колебательного контура;

— теневая — освещённая стороны образованы у сторон тонкого листа (фольги, слюды);

— (p — n) переход образован полупроводниками p — и n —типа; — штрихи 1–2 образованы парой близко расположенными чёр-

точками на стекле; — зеркало — полупрозрачное зеркало оптического резонатора

образованы парой параллельных зеркал расположенных на расстоя- ние световой волны;

— цепь молекул 1–2 образована парой длинных молекулярных цепочек полимерных плёнок;

— поляризатор —поляризаторобразованпаройплоскихпластин из поляризационных материалов;

— сажа — полость образованы замкнутой сферической полостью и сажей покрывающей внутреннюю поверхность полости;

— воздух — плоское зеркало образованы неплотной прозрачной внешней средой и плоской твёрдой отражательной поверхностью;

— вода — пузырёк воздуха образованы оптически более и менее плотными средами;

— клинья 1–2 (серого стекла) образованы парой клиньев из погло- щающего свет стекла;

— воздух — стекло образованы парой оптически прозрачных сред противоположной плотности;

— грани правая — левая призмы равнобедренной образованы правой и левой поверхностями;

— выпуклость правая — левая линзы (собирательной линзы) об-

разованы правой и левой сферическими выпуклостями; — вогнутость правая — левая линзы (рассеивающей линзы) об-

разованы правой и левой сферическими вогнутостями; — воздух — вогнутое зеркало образованы неплотной прозрачной

внешней средой и сферически вогнутой твёрдой отражательной по- верхностью;

— воздух — выпуклое зеркало образованы неплотной прозрач- ной внешней средой и сферически выпуклой твёрдой отражательной поверхностью;

— двояковогнутая — двояковыпуклая линзы подзорной трубы образованы рассеивающей и собирательной линзами;

— плоское —параболоидное зеркала телескопа образованы пло-

ским и параболоидным твёрдыми отражательными поверхностями.

397

Виды энергий, направляемые на образование потоков частиц, фо- тонов и лучистой энергии группы 1 (сверху вниз):

— электрическому ускорению заряженных частиц требуется энергия электрического поля;

— электрическому линейному ускорению заряженных частиц требуется энергия постоянного электростатического поля;

— электрическому линейному резонансному ускорению за-

ряженных частиц требуется энергия переменного электрического на- пряжения;

— электрическому спиральному ускорению заряженных частиц требуется энергия переменного электрического поля высокого напря- жения и энергия сильного постоянного магнитного поля;

— электронной бомбардировкетребуется энергия электрическо- го поля;

— электрической ионизации требуется энергия электрического поля;

— рентгеновскому излучениютребуется энергия электрического ускоряющего поля;

— спонтанной рекомбинации требуется энергия электрического тока;

— накачке энергией атомов активного вещества требуется энергия электромагнитного излучения (света);

— флюоресценции и фосфоресценции требуется энергия элек-

тромагнитного излучения (света); — радиоактивному распаду требуются энергия внутриядерных

процессов (бесплатная); — электромагнитной волне требуется энергия колебаний элек-

трических зарядов; — колебанию электрических зарядов требуется энергия элек-

тромагнитной волны; — фотонному давлению требуется энергия потока фотонов;

— дифракции света требуется энергия волн электромагнитного излучения;

— интерференции света требуется энергия волн электромагнит- ного излучения;

— поляризации светатребуется энергия волн естественного элек- тромагнитного излучения (солнечного света);

— открытию и перекрытию света требуется механическая энер- гия взаимного поворота плоскостей поляризации;

— поглощению света требуется отрицательная внутренняя энер- гия поглотителя;

398

— отражению света требуется поверхностная энергия колебаний электронов в узлах (или поверхностная энергия электромагнитного поля) отражателя;

— полному внутреннему отражению нужна поверхностная энер-

гияколебанийэлектроноввузлах(илиповерхностнаяэнергияэлектро- магнитного поля) оптически менее или более плотного отражателя; — эффекту ослабления света требуется механическая энергия

смещения поглотителей света; — преломлению светатребуется внутренняятормозящая энергия

оптически более плотной среды; — разложению света требуется энергия двойного преломления

оптически более плотной среды; — собиранию и рассеиванию света требуется энергия двойного

преломления сферической оптически более плотной среды; — собиранию и рассеиванию света требуется поверхностная

энергия колебаний электронов в узлах (или поверхностная энергия электромагнитного поля) сферического отражателя;

— формованию луча требуется поверхностная энергия параболи- ческого отражателя;

— оптическому приближению отражения объекта требуется механическая энергия регулирования расстояния между линзами;

— концентрации света требуется поверхностная энергия колеба- ний электронов в узлах (или поверхностная энергия электромагнит- ного поля) сферически вогнутого отражателя.

Виды энергий,получаемые от потоков частиц,фотонов и лучистой энергии группы 2 (сверху вниз):

— энергия направленного потока электронов (электроннолуче-

вая трубка и сварка); — кинетическая энергия заряженной частицы (все три способа

ускорения частиц); — энергия электронного давления, тепловая энергия испаре-

ния; — энергия электромагнитного излучения (света);

— энергия рентгеновского излучения и тепловая энергия; — энергия электромагнитного излучения (видимого света); — энергия параллельного когерентного электромагнитного

излучения — энергия лазерного луча; — энергия возвращённого электромагнитного излучения —

энергия свечения — энергия испускания фотонов; — энергия α – β – γ –излучений; — энергия электромагнитной волны;

399