Физические явления. О логических линиях, позволяющих обнаруживать новые физические эффекты

В 1979 году Горьковский народный университет научно - технического творчества выпустил Методические материалы к своей новой разработке "Комплексному методу поиска новых технических решений". Мы планируем познакомить читателей сайта с этой интересной разработкой, во многом значительно опередившей свое время. Но сегодня предлагаем ознакомиться с фрагментом третьей части методических материалов, вышедшей под названием "Массивы информации". Предлагаемый в ней список физических эффектов включает в себя всего 127 позиций. Сейчас специализированные компьютерные программы предлагают более развернутые версии указателей физэффектов, но для пользователя, все еще "не охваченного" программной поддержкой интерес представляет таблица применений физических эффектов, созданная в Горьком. Ее практическая польза состоит в том, что на входе решатель должен был указать, какую функцию из перечисленных в таблице он хочет обеспечить и какой из видов энергии планирует использовать (как сказали бы сейчас - указать ресурсы). Номера в клетках таблицы - это номера физических эффектов в перечне. Каждый физэффект снабжен отсылками на литературные источники (к сожалению, почти все они в настоящее время являются библиографическими редкостями).
Работа выполнялась коллективом, в который входили преподаватели Горьковского народного университета: М.И. Вайнерман, Б.И. Голдовский, В.П. Горбунов, Л.А. Заполянский, В.Т. Корелов, В.Г. Кряжев, А.В. Михайлов, А.П. Сохин, Ю.Н. Шеломок. Предлагаемый вниманию читателя материал компактен, а следовательно может быть использован в качестве раздаточного материала на занятиях в общественных школах технического творчества.
Редактор

Список физических эффектов и явлений

Горьковский народный университет научно - технического творчества
Горький, 1979 год

N	Название физического эффекта или явления	Краткое описание сущности физического эффекта или явления	Типовые выполняемые функции (действия) (см. табл. 1)	Литература
1	2	3	4	5
1	Инерция	Движение тел после прекращения действия сил. Вращающееся или поступательно движущееся по инерции тело может аккумулировать механическую энергию, производить силовое воздействие	5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15, 21	42, 82, 144
2	Гравитация	силовое взаимодействие масс на расстоянии, в результате которого тела могут двигаться, сближаясь друг с другом	5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14, 15	127, 128, 144
3	Гироскопический эффект	Вращающиеся с большой скоростью тела способны сохранять неизменным положение своей оси вращения. Силовое воздействие со стороны с целью изменить направление оси вращения приводит к прецессии гироскопа, пропорциональной силе	10, 14	96, 106
4	Трение	Сила, возникающая при относительном перемещении двух соприкасающихся тел в плоскости их касания. Преодоление этой силы приводит к выделению тепла, света, износу	2, 5, 6, 7, 9, 19, 20	31, 114, 47, 6, 75, 144
5	Замена трения покоя трением движения	При колебаниях трущихся поверхностей сила трения уменьшается	12	144
6	Эффект безизносности (Крагельского и Гаркунова)	Пара сталь-бронза с глицериновой смазкой практически не изнашивается	12	75
7	Эффект Джонсона-Рабека	Нагрев трущихся поверхностей металл-полупроводник увеличивает силу трения	2, 20	144
8	Деформация	Обратимое или необратимое (упругая или пластическая деформация) изменение взаимного положения точек тела под действием механических сил, электрических, магнитных, гравитационных и тепловых полей, сопровождающееся выделением тепла, звука, света	4, 13, 18, 22	11, 129
9	Эффект Пойтинга	Упругое удлинение и увеличение в объеме стальных и медных проволок при их закручивании. Свойства материала при этом не меняются	11, 18	132
10	Связь деформации с электропроводностью	При переходе металла в сверхпроводящее состояние его пластичность повышается	22	65, 66
11	Электропластический эффект	Увеличение пластичности и уменьшение хрупкости металла под действием постоянного электрического тока высокой плотности или импульсного тока	22	119
12	Эффект Баушингера	Понижение сопротивления начальным пластическим деформациям при перемене знака нагрузки	22	102
13	Эффект Александрова	С ростом соотношения масс упруго соударяющихся тел коэффициент передачи энергии растет только до критического значения, определяемого свойствами и конфигурацией тел	15	2
14	Сплавы с памятью	Деформированные с помощью механических сил детали из некоторых сплавов (титан-никель и др.) после нагрева восстанавлива-ют в точности свою первоначаль-ную форму и способны при этом создавать значительные силовые воздействия	1, 4, 11, 14, 18, 22	74
15	Явление взрыва	Воспламенение веществ вследствие мгновенного их химического разложения и образование сильно нагретых газов, сопровождающееся сильным звуком, выделением значительной энергии (механической, тепловой), световой вспышкой	2, 4, 11, 13, 15, 18, 22	129
16	Тепловое расширение	Изменение размеров тел под действием теплового поля (при нагреве и охлаждении). Может сопровождаться возникновением значительных усилий	5, 10, 11, 18	128,144
17	Фазовые переходы первого рода	Изменение плотности агрегатного состояния веществ при определенной температуре, сопровождающееся выделением или поглощением	1, 2, 3, 9, 11, 14, 22	129, 144, 33
18	Фазовые переходы второго рода	Скачкообразное изменение теплоемкости, теплопроводности, магнитных свойств, текучести (сверхтекучесть), пластичности (сверхпластичность), электропроводности (сверхпроводимость) при достижении определенной температуры и без энергообмена	1, 3, 22	33, 129, 144
19	Капиллярность	Самопроизвольное течение жидкости под действием капиллярных сил в капиллярах и полуоткрытых каналах (микротрещинах и царапинах)	6, 9	122, 94, 144, 129, 82
20	Ламинарность и турбулентность	Ламинарность - упорядоченное движение вязкой жидкости (или газа) без междуслойного перемешивания с убывающей от центра трубы к стенкам скоростью потока. Турбулентность - хаотическое движение жидкости (или газа) с беспорядочным движением частиц по сложным траекториям и почти постоянной по сечению скоростью потока	5, 6, 11, 12, 15	128, 129, 144
21	Поверхностное натяжение жидкостей	Силы поверхностного натяжения, обусловленные наличием поверхностной энергии, стремятся сократить поверхность раздела	6, 19, 20	82, 94, 129, 144
22	Смачивание	Физико-химическое взаимодействие жидкости с твердым телом. Характер зависит от свойств взаимодействующих веществ	19	144, 129, 128
23	Эффект автофобности	При контакте жидкости с низким натяжением и высокоэнергетического твердого тела происходит сначала полное смачивание, затем жидкость собирается в каплю, а на поверхности твердого тела остается прочный молекулярный слой жидкости	19, 20	144, 129, 128
24	Ультразвуковой капиллярный эффект	Увеличение скорости и высоты подъема жидкости в капиллярах под действием ультразвука	6	14, 7, 134
25	Термокапиллярный эффект	Зависимость скорости растекания жидкости от неравномерности нагрева ее слоя. Эффект зависит от чистоты жидкости, от ее состава	1, 6, 19	94, 129, 144
26	Электрокапиллярный эффект	Зависимость поверхностного натяжения на границе раздела электродов с растворами электролитов или ионными расплавами от электрического потенциала	6, 16, 19	76, 94
27	Сорбция	Процесс самопроизвольного сгущения растворенного или парообразного вещества (газа) на поверхности твердого тела или жидкости. При малом проникновении вещества сорбтива в сорбент происходит адсорбция, при глубоком - абсорбция. Процесс сопровождается теплообменом	1, 2, 20	1, 27, 28, 100, 30, 43, 129, 103
28	Диффузия	Процесс выравнивания концентрации каждой компоненты во всем объеме смеси газа или жидкости. Скорость диффузии в газах увеличивается с понижением давления и ростом температуры	8, 9, 20, 22	32, 44, 57, 82, 109, 129, 144
29	Эффект Дюфора	Возникновение разности температур при диффузионном перемешивании газов	2	129, 144
30	Осмос	Диффузия через полупроницаемую перегородку. Сопровождается созданием осмотического давления	6, 9, 11	15
31	Тепломассо-обмен	Передача тепла. Может сопровождаться перемешиванием массы или обуславливаться перемещением массы	2, 7, 15	23
32	Закон Архимеда	Действие подъемной силы на тело, погруженное в жидкость или газ	5, 10, 11	82, 131, 144
33	Закон Паскаля	Давление в жидкостях или газах передается равномерно по всем направлениям	11	82, 131, 136, 144
34	Закон Бернулли	Постоянство полного давления в установившемся ламинарном потоке	5, 6	59
35	Вязкоэлектрический эффект	Увеличение вязкости полярной непроводящей жидкости при протекании между обкладками конденсатора	6, 10, 16, 22	129, 144
36	Эффект Томса	Снижение трения между турбулентным потоком и трубопроводом при введении в поток полимерной добавки	6, 12, 20	86
37	Эффект Коанда	Отклонение струи жидкости, вытекающей из сопла по направлению к стенке. Иногда наблюдается "прилипание" жидкости	6	129
38	Эффект Магнуса	Возникновение силы, действующей на цилиндр, вращающийся в набегающем потоке, перпендикулярной потоку и образующим цилиндра	5,11	129, 144
39	Эффект Джоуля- Томсона (дроссель-эффект)	Изменение температуры газа при его протекании через пористую перегородку, диафрагму или вентиль (без обмена с окружающей средой)	2, 6	8, 82, 87
40	Гидравлический удар	Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью вызывает резкое повышение давления, распространяющееся в виде ударной волны, и появление кавитации	11, 13, 15	5, 56, 89
41	Электрогидравлический удар (эффект Юткина)	Гидравлический удар, вызываемый импульсным электрическим разрядом	11, 13, 15	143
42	Гидродинамическая кавитация	Образование разрывов в быстром потоке сплошной жидкости в результате местного понижения давления, вызывающее разрушение объекта. Сопровождается звуком	13, 18, 26	98, 104
43	Акустическая кавитация	Кавитация, возникающая вследствие прохождения акустических волн	8, 13, 18, 26	98, 104, 105
44	Сонолюминесценция	Слабое свечение пузырька в момент его кавитационного схлопывания	4	104, 105, 98
45	Свободные (механические) колебания	Собственные затухающие колебания при выводе системы из равновесного положения. При наличии внутренней энергии колебания становятся незатухающими (автоколебаниями)	1, 8, 12, 17, 21	20, 144, 129, 20, 38
46	Вынужденные колебания	Колебания год действием периодической силы, как правило, внешней	8, 12, 17	120
47	Акустический парамагнитный резонанс	Резонансное поглощение веществом звука, зависящее от состава и свойств вещества	21	37
48	Резонанс	Резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении вынужденных и собственных частот	5, 9, 13, 21	20, 120
49	Акустические колебания	Распространение в среде звуковых волн. Характер воздействия зависит от частоты и интенсивности колебаний. Основное назначение - силовое воздействие	5, 6, 7, 11, 17, 21	38, 120
50	Реверберация	Послезвучание, обусловленное переходом в определенную точку запаздывающий отраженных или рассеянных звуковых волн	4, 17, 21	120, 38
51	Ультразвук	Продольные колебания в газах, жидкостях и твердых телах в диапазоне частот 20х103-109Гц. Распространение лучевое с эффектами отражения, фокусировки, образование теней с возможностью передачи большой плотности энергии, используемой для силового и теплового воздействия	2, 4, 6, 7, 8, 9, 13, 15, 17, 20, 21, 22, 24, 26	7, 10, 14, 16, 90, 107, 133
52	Волновое движение	еренос энергии без переноса вещества в виде возмущения, распространяющегося с конечной скоростью	6, 15	61, 120, 129
53	Эффект Допплера-Физо	Изменение частоты колебаний при взаимном перемещении источника и приемника колебаний	4	129, 144
54	Стоячие волны	При определенном сдвиге фаз прямая и отраженная волны складываются в стоячую с характерным расположением максимумов и минимумов возмущения (узлов и пучностей). Перенос энергии через узлы отсутствует, а между соседними узлами наблюдается взаимопревращение кинетической и потенциальной энергии. Силовое воздействие стоячей волны способно создавать соответствующую структуру	9, 23	120, 129
55	Поляризация	Нарушение осевой симметрии, поперечной волны относительно направления распространения этой волны. Поляризацию вызывают: отсутствие осевой симметрии у излучателя, или отражение и преломление на границах разных сред, или распространение в анизотропной среде	4, 16, 19, 21, 22, 23, 24	53, 22, 138
56	Дифракция	Огибание волной препятствия. Зависит от размеров препятствия и длины волны	17	83, 128, 144
57	Интерференция	Усиление и ослабление волн в определенных точках пространства, возникающее при наложении двух или нескольких волн	4, 19, 23	83, 128, 144
58	Муаровый эффект	Возникновение узора при пересечении под небольшим углом двух систем равноудаленных параллельных линий. Небольшое изменение угла поворота ведет к значительному изменению расстояния между элементами узора	19, 23	91, 140
59	Закон Кулона	Притяжение разноименных и отталкивание одноименных электрически заряженных тел	5, 7, 16	66, 88, 124
60	Индукцированные заряды	Возникновение зарядов на проводнике под действием электрического поля	16	35, 66, 110
61	Взаимодействие тел с полями	Смена формы тел приводит к изменению конфигурации образующихся электрических и магнитных полей. Этим можно управлять силами, действующими на заряженные частицы, помещенные в такие поля	25	66, 88, 95, 121, 124
62	Втягивание диэлектрика между обкладками конденсатора	При частичном введении диэлектрика между обкладками конденсатора наблюдается его втягивание	5, 6, 7, 10, 16	66, 110
63	Проводимость	Перемещение свободных носителей под действием электрического поля. Зависит от температуры, плотности и чистоты вещества, его агрегатного состояния, внешнего воздействия сил, вызывающих деформацию, от гидростатического давления. При отсутствии свободных носителей вещество является изолятором и называется диэлектриком. При термическом возбуждении становится полупроводником	1, 16, 17, 19, 21, 25	123
64	Сверхпроводимость	Значительное увеличение проводимости некоторых металлов и сплавов при определенных значениях температуры, магнитного поля и плотности тока	1, 15, 25	3, 24, 34, 77
65	Закон Джоуля- Ленца	Выделение тепловой энергии при прохождении электрического тока. Величина обратно пропорциональна проводимости материала	2	129, 88
66	Ионизация	Появление свободных носителей заряда в веществах под действием внешних факторов (электромагнитного, электрического или теплового полей, разрядов в газах облучения рентгеновскими лучами или потоком электронов, альфа-частиц, при разрушении тел)	6, 7, 22	129, 144
67	Вихревые токи (токи Фуко)	В массивной неферромагнитной пластине, помещенной в изменяющееся магнитное поле перпендикулярно его линиям, протекают круговые индукционные токи. При этом пластина нагревается и выталкивается из поля	2, 5, 6, 10, 11, 21, 24	50, 101
68	Тормоз без трения покоя	Колеблющаяся между полюсами электромагнита тяжелая металлическая пластина "увязает" при включении постоянного тока и останавливается	10	29, 35
69	Проводник с током в магнитном поле	Сила Лоренца воздействует на электроны, которые через ионы передают силу кристаллической решетке. В результате проводник выталкивается из магнитного поля	5, 6, 11	66, 128
70	Проводник, движущийся в магнитном поле	При движении проводника в магнитном поле в нем начинает протекать электрический ток	4, 17, 25	29, 128
71	Взаимная индукция	Переменный ток в одном из двух расположенных рядом контуров вызывает появление ЭДС индукции в другом	14, 15, 25	128
72	Взаимодействие проводников с током движущихся электрических зарядов	Проводники с током протягиваются друг к другу или отталкиваются. Аналогично взаимодействуют движущиеся электрические заряды. Характер взаимодействия зависит от формы проводников	5, 6, 7	128
73	ЭДС индукции	При изменении магнитного поля или его движения в замкнутом проводнике возникает ЭДС индукции. Направление индукционного тока дает поле, препятствующее изменению магнитного потока, вызывающего индукцию	24	128
74	Поверхностный эффект (скин- эффект)	Токи высокой частоты идут только по поверхностному слою проводника	2	144
75	Электромагнитное поле	Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей представляет собой распространение (радио волн, электромагнитных волн, света, рентгеновских и гамма лучей). Его источником может служить и электрическое поле. Частным случаем электромагнитного поля является световое излучение (видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное). Его источником может служить и тепловое поле. Электромагнитное поле обнаруживается по тепловому эффекту, электрическому действию, световому давлению, активизации химических реакций	1, 2, 4, 5, 6, 7, 11, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 26	48, 60, 83, 35
76	Заряд в магнитном поле	На заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Под действием этой силы движение заряда происходит по окружности или спирали	5, 6, 7, 11	66, 29
77	Электрореологический эффект	Быстрое обратимое повышение вязкости неводных дисперсных систем в сильных электрических полях	5, 6, 16, 22	142
78	Диэлектрик в магнитном поле	В диэлектрике, помещенном в электромагнитное поле, часть энергии переходит в тепловую	2	29
79	Пробой диэлектриков	Падение электрического сопротивления и термическое разрушение материала из-за разогрева участка диэлектрика под действием сильного электрического поля	13, 16, 22	129, 144
80	Электрострикция	Упругое обратимое увеличение размеров тела в электрическом поле любого знака	5, 11, 16, 18	66
81	Пьезо-электрический эффект	Образование зарядов на поверхности твердого тела под воздействием механических напряжений	4, 14, 15, 25	80, 144
82	Обратный пьезоэффект	Упругая деформация твердого тела под действием электрического поля, зависящая от знака поля	5, 11, 16, 18	80
83	Электро-калорический эффект	Изменение температуры пироэлектрика при внесении его в электрическое поле	2, 15, 16	129
84	Электризация	Появление на поверхности веществ электрических зарядов. Может вызываться и в отсутствии внешнего электрического поля (для пироэлектриков и сегнетоэлектриков при смене температуры). При воздействии на вещество сильным электрическим полем с охлаждением или освещением получаются электреты, создающие вокруг себя электрическое поле	1, 16	116, 66, 35, 55, 124, 70, 88, 36, 41, 110, 121
85	Намагничивание	Ориентация собственных магнитных моментов веществ во внешнем магнитном поле. По степени намагничивания вещества подразделяются на парамагнетики, ферромагнетики. У постоянных магнитов магнитное поле остается после снятия внешнего электрические и магнитные свойства	1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, 22, 23	78, 73, 29, 35
86	Влияние температуры на электрические и магнитные свойства	Электрические и магнитные свойства веществ вблизи определенной температуры (точки Кюри) резко меняются. Выше точки Кюри Ферромагнетик переходит в парамагнетик. Сегнетоэлектрики имеют две точки Кюри, в которых наблюдаются или магнитные, или электрические аномалии. Антиферромагнитики теряют свои свойства при температуре, названной точкой Нееля	1, 3, 16, 21, 22, 24, 25	78, 116, 66, 51, 29
87	Магнито- электрический эффект	В сегнетоферромагнетиках при наложении магнитного (электрического) поля наблюдается изменение электрической (магнитной) проницаемости	22, 24, 25	29, 51
88	Эффект Гопкинса	Возрастание магнитной восприимчивости при приближении к температуре Кюри	1, 21, 22, 24	29
89	Эффект Бархгаузена	Ступенчатый ход кривой намагничивания образца вблизи точки Кюри при изменении температуры, упругих напряжений или внешнего магнитного поля	1, 21, 22, 24	29
90	Жидкости, твердеющие в магнитном поле	язкие жидкости (масла) в смеси с ферромагнитными частицами твердеют при помещении в магнитное поле	10, 15, 22	139
91	Пьезо-магнетизм	Возникновение магнитного момента при наложении упругих напряжений	25	29, 129, 144
92	Магнито- калорический эффект	Изменение температуры магнетика при его намагничивании. Для парамагнетиков увеличение поля увеличивает температуру	2, 22, 24	29, 129, 144
93	Магнитострикция	Изменение размеров тел при изменении их намагниченности (объемное или линейное), объект зависит от температуры	5, 11, 18, 24	13, 29
94	Термострикция	Магнитострикционная деформация при нагреве тел в отсутствии магнитного поля	1, 24	13, 29
95	Эффект Эйнштейна и де Хааса	Намагничивание магнетика приводит к его вращению, а вращение вызывает намагничивание	5, 6, 22, 24	29
96	Ферро- магнитный резонанс	Избирательное (по частоте) поглощение энергии электромагнитного поля. Частота меняется в зависимости от интенсивности поля и при смене температуры	1, 21	29, 51
97	Контактная разность потенциалов (закон Вольты)	Возникновение разности потенциалов при контакте двух разных металлов. Величина зависит от химического состава материалов и их температуры	19, 25	60
98	Трибоэлектричество	Электризация тел при трении. Величина и знак заряда определяются состоянием поверхностей, их составом, плотностью и диэлектрической проницаемостью	7, 9, 19, 21, 25	6, 47, 144
99	Эффект Зеебека	Возникновение термоЭДС в цепи из разнородных металлов при условии разной температуры в местах контакта. При контакте однородных металлов эффект возникает при сжатии одного из металлов всесторонним давлением или насыщении его магнитным полем. Другой проводник при этом находится в нормальных условиях	19, 25	64
100	Эффект Пельтье	Выделение или поглощение тепла (кроме джоулева) при прохождении тока через спай разнородных металлов в зависимости от направления тока	2	64
101	Явление Томсона	Выделение или поглощение тепла (избыточного над джоулевым) при прохождении тока по неравномерно нагретому однородному проводнику или полупроводнику	2	36
102	Эффект Холла	Возникновение электрического поля в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля и направлению тока. В ферромагнетиках коэффициент Холла достигает максимума в точке Кюри, а затем снижается	16, 21, 24	62, 71
103	Эффект Эттингсгаузена	Возникновение разности температур в направлении, перпендикулярном магнитному полю и току	2, 16, 22, 24	129
104	Эффект Томсона	Изменение проводимости ферроманитного проводника в сильном магнитном поле	22, 24	129
105	Эффект Нернста	Возникновение электрического поля при поперечном намагничивании проводника перпендикулярно направлению магнитного поля и градиенту температур	24, 25	129
106	Электрические разряды в газах	Возникновение электрического тока в газе в результате его ионизации и под действием электрического поля. Внешние проявления и характеристики разрядов зависят от управляющих факторов (состава и давления газа, конфигурации пространства, частоты электрического поля, силы тока)	2, 16, 19, 20, 26	123, 84, 67, 108, 97, 39, 115, 40, 4
107	Электроосмос	Движение жидкостей или газов через капилляры, твердые пористые диафрагмы и мембраны, а также через силы очень мелких частиц под действием внешнего электрического поля	9, 16	76
108	Потенциал течения	Возникновение разности потенциала между концами капилляров а также между противоположными поверхностями диафрагмы, мембраны или другой пористой среды при продавливании через них жидкости	4, 25	94
109	Электрофорез	Движение твердых частиц, пузырьков газа, капель жидкости, а также коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии, в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля	6, 7, 8, 9	76
110	Седиментационный потенциал	Возникновение разности потенциалов в жидкости в результате движения частиц, вызванного силами неэлектрического характера (оседание частиц и т.п.)	21, 25	76
111	Жидкие кристаллы	Жидкость с молекулами удлиненной формы имеет свойство мутнеть пятнами при воздействия электрического поля и менять цвет при различных температурах и углах наблюдения	1, 16	137
112	Дисперсия света	Зависимость абсолютного показателя преломления от длины волны излучения	21	83, 12, 46, 111, 125
113	Голография	Получение объемных изображений путем освещения объекта когерентным светом и фотографирования интерференционной картины взаимодействия рассеянного объектом света с когерентным излучением источника	4, 19, 23	9, 45, 118, 95, 72, 130
114	Отражение и преломление	При падении параллельного пучка света на гладкую поверхность раздела двух изотропных сред часть света отражается обратно, а другая, преломляясь, проходит во вторую среду	4,	21
115	Поглощение и рассеяние света	ри прохождении света через вещество его энергия поглощается. Часть идет на переизлучение, остальная энергия переходит в другие виды (тепло). Часть переизлученной энергии распространяется в разные стороны и образует рассеянный свет	15, 17, 19, 21	17, 52, 58
116	Испускание света. Спектральный анализ	Квантовая система (атом, молекула), находящаяся в возбужденном состоянии, излучает излишнюю энергию в виде порции электромагнитного излучения. Атомы каждого вещества имеют сбою структуру излучательных переходов, которые можно зарегистрировать оптическими методами	1, 4, 17, 21	17, 52, 58
117	Оптические квантовые гeнераторы (лазеры)	Усиление электромагнитных волн за счет прохождения их через среду с инверсией населенности. Излучение лазеров когерентное, монохроматическое, с высокой концентрацией энергии в луче и малой расходимостью	2, 11, 13, 15, 17, 19, 20, 25, 26	85, 126, 135
118	Явление полного внутреннего отражения	Вся энергия световой волны, падающей на границу раздела прозрачных сред со стороны среды оптически более плотной, полностью отражается в эту же среду	1, 15, 21	83
119	Люминесценция, поляризация люминесценции	Излучение, избыточное под тепловым и имеющее длительность, превышающую период световых колебаний. Люминесценция продолжается некоторое время после прекращения возбуждения (электромагнитного излучения, энергии ускоренного потока частиц, энергии химических реакций, механической энергии)	4, 14, 16, 19, 21, 24	19, 25, 92, 117, 68, 113
120	Тушение и стимуляция люминесценции	Воздействие другим видом энергии, кроме возбуждающей люминесценцию, может или стимулировать, или потушить люминесценцию. Управляющие факторы: тепловое поле, электрическое и электромагнитное поля (ИК-свет), давление; влажность, присутствие некоторых газов	1, 16, 24	19
121	Оптическая анизотропия	азличие оптических свойств веществ по различным направлениям, зависящее от их структуры и температуры	1, 21, 22	83
122	Двойное лучепреломление	На. границе раздела анизотропных прозрачных тел свет расщепляется на два взаимоперпендикулярных поляризованных луча, имеющих различные скорости распространения в среде	21	54, 83, 138, 69, 48
123	Эффект Максвелла	Возникновение двойного лучепреломления в потоке жидкости. Определяется действием гидродинамических сил, градиентом скоростей потока, трением о стенки	4, 17	21
124	Эффект Керра	Возникновение оптической анизотропии у изотропных веществ под действием электрического или магнитного полей	16, 21, 22, 24	99, 26, 53
125	Эффект Поккельса	Возникновение оптической анизотропии под действием электрического поля в направлении распространения света. Слабо зависит от температуры	16, 21, 22	129
126	Эффект Фарадея	Поворот плоскости поляризации света при прохождении через вещество, помещенное в магнитное поле	21, 22, 24	52, 63, 69
127	Естественная оптическая активность	Способность вещества поворачивать плоскость поляризации прошедшего через него света	17, 21	54, 83, 138

Таблица выбора физических эффектов

Список литературы к массиву физических эффектов и явлений

1. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. М., 1947

2. Александров Е.А. ЖТФ. 36, №4, 1954

3. Алиевский Б.Д. Применение криогенной техники и сверхпроводимости в электрических машинах и аппаратах. М., Информстандартэлектро, 1967

4. Аронов М.А., Колечицкий Е.С., Ларионов В.П., Минеин В.Р., Сергеев Ю.Г. Электрические разряды в воздухе при напряжении высокой частоты, М., Энергия, 1969

5. Аронович Г.В. и др. Гидравлический удар и уравнительные резервуары. М., Наука, 1968

6. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М., 1963

7. Бабиков О.И. Ультразвук и его применение в промышленности. ФМ, 1958"

8. Базаров И.П. Термодинамика. М., 1961

9. Батерс Дж. Голография и ее применение. М., Энергия, 1977

10. Баулин И. За барьером слышимости. М., Знание, 1971

11. Бежухов Н.И. Теория упругости и пластичности. М., 1953

12. Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул. M., 1957

13. Белов К.П. Магнитные превращения. М., 1959

14. Бергман Л. Ультразвук и его применение в технике. М., 1957

15. Бладергрен В. Физическая химия в медицине и биологии. М.,1951

16. Борисов Ю.Я., Макаров Л.О. Ультразвук в технике настоящего и будущего. АН СССР, М., 1960

17. Борн М. Атомная физика. М., 1965

18. Брюнинг Г. Физика и применение вторичной электронной эмисси

19. Вавилов С.И. О "горячем" и "холодном" свете. М., Знание, 1959

20. Вайнберг Д.В., Писаренко Г.С. Механические колебания и их роль в технике. М., 1958

21. Вайсбергер А. Физические методы в органической химии. Т.

22. Васильев Б.И. Оптика поляризационных приборов. М., 1969

23. Васильев Л.Л., Конев С.В. Теплопередающие трубки. Минск, Наука и техника, 1972

24. Веников В.А., Зуев Э.Н., Околотин B.C. Сверхпроводимость в энергетике. М., Энергия, 1972

25. Верещагин И.К. Электролюминесценция кристаллов. М., Наука, 1974

26. Волькенштейн М.В. Молекулярная оптика, 1951

27. Волькенштейн Ф.Ф. Полупроводники как катализаторы химических реакций. М., Знание, 1974

28. Волькенштейн Ф.Ф, Радикало-рекомбинационная люминесценция полупроводников. М., Наука, 1976

29. Вонсовский С.В. Магнетизм. М., Наука, 1971

30. Ворончев Т.А., Соболев В.Д. Физические основы электровакуумной техники. М., 1967

31. Гаркунов Д.Н. Избирательный перенос в узлах трения. М., Транспорт, 1969

32. Гегузин Я.Е. Очерки о.диффузии в кристаллах. М., Наука, 1974

33. Гейликман Б.Т. Статистическая физика фазовых переходов. М., 1954

34. Гинзбург В.Л. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости. Сборник "Будущее науки" М., Знание, 1969

35. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М., Энергия, 1968

36. Голделий Г. Применение термоэлектричества. М., ФМ, 1963

37. Гольданский В.И. Эффект Месбауэра и его

применение в химии. АН СССР, М., 1964

38. Горелик Г.С. Колебания и волны. М., 1950

39. Грановский В.Л. Электрический ток в газах. T.I, М., Гостехиздат, 1952, т.II, М., Наука, 1971

40. Гринман И.Г., Бахтаев Ш.А. Газоразрядные микрометры. Алма-Ата, 1967

41. Губкин А.Н. Физика.диэлектриков. М., 1971

42. Гулиа Н.В. Возрожденная энергия. Наука и жизнь, №7, 1975

43. Де Бур Ф. Динамический характер адсорбции. М., ИЛ, 1962

44. Де Гроот С.Р. Термодинамика необратимых процессов. М., 1956

45. Денисюк Ю.Н. Образы внешнего мира. Природа, №2, 1971

46. Дерибере М. Практическое применение инфракрасных лучей. М.-Л., 1959

47. Дерягин Б.В. Что такое трение? М., 1952

48. Дитчберн Р. Физическая оптика. М., 1965

49. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М., 1966

50. Дорофеев А.Л. Вихревые токи. М., Энергия, 1977

51. Дорфман Я.Г. Магнитные свойства и строение вещества. М., Гостехиздат, 1955

52. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М., 1962

53. Жевандров Н.Д. Поляризация света. М., Наука, 1969

54. Жевандров Н.Д. Анизотропия и оптика. М., Наука, 1974

55. Желудев И.С. Физика кристаллов диэлектриков. М., 1966

56. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных кранах. М.-Л., 1949

57. Зайт В. Диффузия в металлах. М., 1958

58. Зайдель А.Н. Основы спектрального анализа. М., 1965

59. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлении. М., 1963

60. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм, М., Наука, 1970

61. Знание - сила. №11, 1969

62. "Илюкович A.M. Эффект Холла и его применение в измерительной технике. Ж. Измерительная техника, №7, 1960

63. Иос Г. Курс теоретической физики. М., Учпедгиз, 1963

64. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М., 1963

65. Каганов М.И., Нацик В.Д. Электроны тормозят дислокацию. Природа, № 5,6, 1976

66. Калашников, С.П. Электричество. М., 1967

67. Канцов Н.А. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах. М.-Л., 1947

68. Карякин А.В. Люминесцентная дефектоскопия. М., 1959

69. Квантовая электроника. М., Советская энциклопедия, 1969

70. Кенциг. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. М., ИЛ, 1960

71. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла. М., Энергия, 1971

72. Кок У. Лазеры и голография. М., 1971

73. Коновалов Г.Ф., Коновалов О.В. Система автоматического управления с электромагнитными порошковыми муфтами. М., Машиностроение, 1976

74. Корнилов И.И. и др. Никелид титана и.другие сплавы с эффектом "памяти". М., Наука, 1977

75. Крагелъский И.В. Трение и износ. М., Машиностроение, 1968

76. Краткая химическая энциклопедия, т.5., М., 1967

77. Коесин В.З. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. М., 1968

78. Крипчик Г.С. Физика магнитных явлений. М., МГУ, 1976

79. Кулик И.О., Янсон И.К. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. М., Наука, 1970

80. Лавриненко В.В. Пьезоэлектрические трансформаторы. М. Энергия, 1975

81. Лангенберг Д.Н., Скалапино Д.Дж., Тейлор Б.Н. Эффекты Джозефсона. Сборник "Над чем думают физики", ФТТ, М., 1972

82. Ландау Л.Д., Ахизер А.П., Лифшиц Е.М. Курс общей физики. М., Наука, 1965

83. Ландсберг Г.С. Курс общей физики. Оптика. М., Гостехтеоретиздат, 1957

84. Левитов В.И. Корона переменного тока. М., Энергия, 1969

85. Лендъел Б. Лазеры. М., 1964

86. Лодж Л. Эластичные жидкости. М., Наука, 1969

87. Малков М.П. Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения. М.-Л., 1963

88. Мирдель Г. Электрофизика. М., Мир, 1972

89. Мостков М.А. и др. Расчеты гидравлического удара, М.-Л., 1952

90. Мяников Л.Л. Неслышимый звук. Л., Судостроение, 1967

91. Наука и жизнь, №10, 1963; №3, 1971

92. Неорганические люминофоры. Л., Химия, 1975

93. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. М., Недра, 1970

94. Оно С, Кондо. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М., 1963

95. Островский Ю.И. Голография. М., Наука, 1971

96. Павлов В.А. Гироскопический эффект. Его проявления и использование. Л., Судостроение, 1972

97. Пенинг Ф.М. Электрические разряды в газах. М., ИЛ, 1960

98. Пирсол И. Кавитация. М., Мир, 1975

99. Приборы и техника эксперимента. №5, 1973

100. Пчелин В.А. В мире двух измерений. Химия и жизнь, № 6, 1976

101. Paбкин Л.И. Высокочастотные ферромагнетики. М., 1960

102. Ратнер С.И., Данилов Ю.С. Изменение пределов пропорциональности и текучести при повторном нагружении. Ж. Заводская лаборатория, №4, 1950

103. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М., 1961

104. Родзинский Л. Кавитация против кавитации. Знание - сила, №6, 1977

105. Рой Н.А. Возникновение и протекание ультразвуковой кавитации. Акустический журнал, т.З, вып. I, 1957

106. Ройтенберг Я.Н., Гироскопы. М., Наука, 1975

107. Розенберг Л.Л. Ультразвуковое резание. М., АН СССР, 1962

108. Самервилл Дж. М. Электрическая дуга. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962

109. Сборник "Физическое металловедение". Вып. 2, М., Мир, 1968

110. Сборник "Сильные электрические поля в технологических процессах". М., Энергия, 1969

111. Сборник "Ультрафиолетовое излучение". М., 1958

112. Сборник "Экзоэлектронная эмиссия". М., ИЛ, 1962

113. Сборник статей "Люминесцентный анализ", М., 1961

114. Силин А.А. Трение и его роль в развитии техники. М., Наука, 1976

115. Сливков И.Н. Электроизоляция и разряд в вакууме. М., Атомиздат, 1972

116. Смоленский Г.А., Крайник Н.Н. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. М., Наука, 1968

117. Соколов В.А., Горбань А. Н. Люминесценция и адсорбция. М., Наука, 1969

118. Сороко Л. От линзы к запрограммированному оптическому рельефу. Природа, №5, 1971

119. Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металла. Природа, №7, 1977

120. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний, М., 1968

121. Стророба Й., Шимора Й. Статическое электричество в промышленности. ГЗИ, М.-Л., 1960

122. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М., Химия, 1976

123. Таблицы физических величин. М., Атомиздат, 1976

124. Тамм И.Е. Основы теории электричества. M., 1957

125. Тиходеев П.М. Световые измерения в светотехнике. М., 1962

126. Федоров Б.Ф. Оптические квантовые генераторы. М.-Л., 1966

127. Фейман. Характер физических законов. М., Мир, 1968

128. Феймановские лекции по физике. T.1-10, М., 1967

129. Физический энциклопедический словарь. Т. 1-5, М., Советская энциклопедия, 1962-1966

130. Франсом М. Голография, М., Мир, 1972

131. Френкель Н.З. Гидравлика. М.-Л., 1956

132. Ходж Ф. Теория идеально пластических тел. М., ИЛ, 1956

133. Хорбенко И.Г. В мире неслышимых звуков. М., Машиностроение, 1971

134. Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. М., Знание, 1978

135. Чернышов и др. Лазеры в системах связи. М., 1966

136. Чертоусов М.Д. Гидравлика. Специальный курс. М., 1957

137. Чистяков И.Г. Жидкие кристаллы. М., Наука, 1966

138. Шерклифф У. Поляризованный свет. М., Мир, 1965

139. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости. Успехи физических наук. Т.112, вып. 3, 1974

140. Шнейдерович Р.И., Левин О.А. Измерение полей пластических деформаций методом муара. М., Машиностроение, 1972

141. Шубников А.В. Исследования пьезоэлектрических текстур. М.-Л., 1955

142. Шульман З.П. и др. Электрореологический эффект. Минск, Наука и техника, 1972

143. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект. М., Машгиз, 1955

144. Яворский Б.М., Детлаф А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М., 1965

Использование полупроводников в электронике прошло длительный путь – от первого детектора на кристалле сернистого свинца и до современных микро – ЭВМ. Такой результат достигнут благодаря успехам технологии, которая, в свою очередь, опирается на физическую электронику. В наши дни развитие микро- и наноэлектроники непрерывно стимулируется успехами в области физики полупроводников и в области технологии производства новых полупроводниковых структур.

По самому смыслу слов физической электроникой называют науку, которая занимается изучением и использованием потоков движущихся электронов, порождающих электрический ток. Или, так принято называть науку, изучающую электронные свойства некоторых твердых тел, а также методы получения материалов с такими характеристиками, которые позволяют создавать устройства для передачи и накопления электронов. При этом рассматриваются не любые материалы, а лишь полупроводники, характеристики которых интересны с точки зрения технических приложений.

Цели

Дисциплина «Физические основы электроники» относится к группе естественно-научных дисциплин и ее целью является изучение физики электрических явлений в твердых телах. Особое внимание уделяется основам зонной теории твердых тел, физическим механизмам и математическому описанию основных (электрических, тепловых, оптических и магнитных) свойств равновесных, неравновесных полупроводников, особенностям контактов различных веществ, поверхностным состояниям твердых тел. Рассматриваются различные физические эффекты, а также их применение в различных приборах и элементах.

Формируемые компетенции

В результате изучения дисциплины студенты должны

основы теории твердых тел,

физические механизмы и математические описания основных (электрических, тепловых, оптических, магнитных) свойств равновесных полупроводников,

физические механизмы и математические описания основных (электрических, тепловых, оптических, магнитных) свойств неравновесных полупроводников,

физические механизмы и математические описания основных свойств контактов различных веществ,

физические механизмы и математические описания поверхностных состояний твердых тел.

экспериментально исследовать свойства полупроводниковых материалов и структур,

использовать основные приемы обработки экспериментальных данных,

осуществлять информационный поиск по свойствам и использованию различных физических эффектов в электронике,

решать задачи по оценке параметров физических процессов и свойств твердых тел,

использовать математические методы в технических приложениях.

навыками работы с электронными приборами и аппаратурой, используемой для исследования характеристик и измерения параметров приборов,

методами расчета основных параметров полупроводниковых материалов и структур.

Физический эффект и его компоненты

Определение физического эффекта

Для однозначности толкования понятия физический эффект принято следующее определение: физический эффект – это закономерность проявления результатов взаимодействия объектов материального мира, осуществляемого посредством физических полей. При этом закономерность проявления характеризуется последовательностью и повторяемостью при идентичности взаимодействия.

Все физические поля и их модификации будем рассматривать как воздействия в отрыве от тех материальных объектов, от которых они исходят.

Воздействие всегда направлено на некоторый материальный объект (в дальнейшем просто «объект»), которым может быть отдельный элемент или совокупность взаимосвязанных элементов, образующих определенную структуру. Так, к объектам могут быть отнесены: системы из макротел (в том числе детали приборов, механизмов и т. д.), макротела (твердое тело, жидкость, кристалл и т.п.), молекула, атом, части атомов и молекул, частицы и т. д.

Результаты воздействия – это эффекты, проявляющиеся на объектах (или в окружающем их пространстве), на которые направлены определенные воздействия. Результатами воздействия являются те же физические поля, которые относятся к воздействиям. Этим обусловливается взаимосвязь между ФЭ, которая используется в объектах техники. К результатам воздействия относятся также измерения параметров объектов (размеров, формы, диэлектрической проницаемости и т. д.). При постоянстве условий взаимодействия и свойств объекта проявляются одни и те же результаты воздействия.

На рис. 1 изображена схема представления отдельного ФЭ, где А – воздействие, В – физический объект, на который оказывается воздействие, С – результат воздействия (эффект). Схематическое изображение ФЭ позволяет наглядно представлять физические процессы, происходящие при взаимодействии материальных объектов, в том числе в объектах техники.

Рис. 1. Структурная схема ФЭ

В основе любого производственного процесса, любого исследовательского метода лежит какой-то физический эффект. Количество физических эффектов, обнаруженных за время существования нашей цивилизации, составляет всего около 1000. Совокупность всех известных физических эффектов образует предмет физики.

В методологической литературе существует много описаний того, как открывают новые физические эффекты. Но, как правило, это пишут люди, которые ни одного нового физического эффекта не обнаружили, и поэтому описания эти не вполне соответствуют тому, как это происходит на самом деле.

Подавляющее большинство физических эффектов обнаружено случайно. Например, возникает необходимость использовать на практике общеизвестную, приведенную в учебниках закономерность. А при проведении измерений вместо того, чтобы ее подтвердить, вдруг видим нечто неожиданное и никому неизвестное. А так хорошо и давно, чуть ли не со школьных времен известная закономерность, на поверку, оказывается чисто гипотетическим построением... Я с этим встречаюсь вот уже больше 40 лет, и готов показать это на примерах.

Правильное и надежное знание, пригодное для практического использования, может быть получено только в результате измерений, каких-либо проверок... Одним словом, с помощью эмпирики, эксперимента. Не с помощью умных разговоров, не с помощью математики, а исключительно эмпирическим путем. Нередко бывает так, что предмет кажется настолько простым и очевидным, что изучать его путем специальных исследований даже как-то неудобно. И пытаясь использовать это как бы уже существующее знание, мы порой, совершенно не желая того, эмпирически осуществляем его проверку на истинность и случайно обнаруживаем новый эффект.

Ньютону приписывают высказывание: «гипотез не измышляю». На самом деле, это какое-то недоразумение или, может быть, неточный перевод. Гипотезы - это строительные леса любого научного построения. Без гипотез не может быть научной работы. Скорее всего, Ньютон имел в виду, что гипотезы он не рассказывает, не разглашает до тех пор, пока они не доказаны. Ну, правильно, гипотеза - это штука интимная, и нечего рассказывать о ней, пока не проверил. Впрочем, доказанная гипотеза - уже не гипотеза, а элемент теории.

Прежде, чем начинать какую-то работу, исследователь проделывает ее мысленно и предполагает, какой результат будет получен. То есть, он работает с гипотезой. Если он угадал результат исследования, значит, гипотеза была правильной. А если нет - то, возможно, будет сделано открытие нового физического эффекта, явления или закономерности. То есть, новый физический эффект может быть обнаружен в результате любого исследования. И всегда неожиданно.

Первая реакция на новый физический эффект обязательно отрицательная. Такова особенность человечества, что мы всегда, во все времена пребываем в уверенности, что максимум информированности во всех областях знания уже достигнут. Так что новый эффект, получается, никому не нужен. Для него просто нет места в существующей на данный момент системе знаний. О том, что познание бесконечно, знают все. Но очень редко это относят к собственной области знания. Кроме того, новый физический эффект всегда перечеркивает какое-то количество уже привычного знания. Ну а кто же по собственной воле призна ет ошибочность собственных представлений... Так что новый физический эффект - это всегда нежеланный, всем мешающий ребенок. И зачастую, именно по этой причине, сразу после его обнаружения начинаются попытки его опровергнуть и уничтожить. Для этого обнаруженный эффект стараются «не заметить» и сделать всё, чтобы нигде о нем не было никакой информации. К сожалению, это происходит чаще всего. Причем, что поразительно, зачастую уничтожает его сам первооткрыватель.

Так произошло, когда открытие сделал мой шеф, начальник лаборатории, в которой я работал. Мне это известно, потому что я был у него помощником при проведении эксперимента. Я его уговаривал не уничтожать полученные результаты и саму лабораторную установку. Это было о чем-то в области разрушения горных пород. Делал я это, может быть, даже слишком жестко. Я доказывал ему, что обнаруженный им эффект - это, может быть, единственный смысл его жизни. И когда он уйдет из жизни, это будет единственное, что от него останется. Он, естественно, обиделся, и сказал, что не хочет, чтобы его били так же, как меня. И если члены Ученого Совета (он собирался защищать докторскую диссертацию) поймут, что он знает больше, чем они, то на защите его точно завалят.

На самом деле, как я потом узнал, причина была еще и в другом. Ученые, имеющие должность выше младшего научного сотрудника, не назначаются на должность, а избираются, и потом каждые сколько-то лет переизбираются. Их нельзя уволить с работы, но зато можно не переизбрать. А поскольку это делается как бы коллегиально, то нельзя и обжаловать. Непереизбрание для них - это дамоклов меч. За любую неправильность в поведении, за косой взгляд в сторону Хозяина... Ну, а уж самостоятельное открытие, без разрешения ректора, да если еще и без его участия... Это уж вообще ни в какие рамки не лезет...

К сожалению, отношение к науке у нас таково, что главным требованием к диссертации является отсутствие в ней чего-либо нового. Так что, всё происходящее вокруг открытий, в общем-то, логично.

Молодые люди, попавшие в науку, естественно, стремятся повысить свой статус, не зная того, что как только они станут сотрудниками, избираемыми Ученым Советом, они потеряют право на самостоятельность и вообще на собственное мнение. И будут как миленькие шагать строем под неусыпным оком начальства...

Ну, а диссертацию свою, к которой мой шеф шел лет 15, он так и не защитил, поскольку ушел в Мир иной. И унес с собой эффект, который, возможно, так никогда и не откроют.

Да, меня бьют крепко за те открытия, что мне довелось сделать. Но рано или поздно я тоже уйду, а теми эффектами, которые я обнаружил, люди будут пользоваться ВСЕГДА.

Часто человека, обнаружившего новый эффект, пытаются выдавить из организации, в которой он работает, и не допустить публикации о случившемся открытии. Это мой вариант. А то, что ни выдавить меня, ни запретить публикацию у моих начальников не получилось, это не их вина.

Бывает, когда человек, обнаруживший эффект, убежден, что это открытие никому не нужно, и тормозит его принятие. Это о лорде Кельвине, который открыл электрическую колебательную систему (L-C контур), которая, без преувеличения, изменила направление развития нашей цивилизации. Лорд Кельвин был убежден в бесполезности этого открытия, и категорически возражал против того, чтобы научное сообщество тратило средства на изучение физики L-C контура. Это, кстати, нормально. Значение нового физического эффекта обычно воспринимается далеко не сразу.

Бывает, когда обнаруженный эффект оказывается очень нужным, но физика его непонятна. Чтобы настоящий ученый признал, что он что-то не понимает, я такого не припомню. И тогда подключают математику. Профессиональные математики создают достаточно сложный математический текст, который, разумеется, не имеет никакого отношения к физике обнаруженного явления, но настолько сложный, что проще его принять, чем в нем разбираться.

Так, например, произошло с кварцами. Эффект кварца был обнаружен в 1917 году, разбираться с его физикой никто не стал, и вот с тех пор развивается как бы наука о кварцах. Предложенный в самом начале математический аппарат всё время усложняется, но к физике кварцев она по-прежнему не имеет никакого отношения. Самое смешное, что непосредственно о кварцах из этой математики нельзя узнать вообще ничего. Даже о соотношении между толщиной кварцевой пластины и частотой кварцев, что является ключевым моментом при их изготовлении.

Вот и получилось, что принцип действия самого, наверное, нужного элемента электроники, без которого не обходится практически ни одно электронное устройство, до сих пор был неизвестен .

Это называется наукообразием. Мы живем в мире наукообразия, где суть не имеет значения. Ее с успехом заменяют кажущимся знанием, облеченным звонкими бессмысленными фразами, часто как бы подкрепленными крутой математикой. На многих кафедрах содержат математика, обязанностью которого является создание математического текста для диссертаций. Ну да, всё правильно, ведь даже существуют нормативы, в которых указано необходимое для диссертации количество «математического текста». По-моему, это выражение говорит само за себя. Кстати, я был свидетелем комической ситуации, когда математика уволили за то, что он всем соискателям и по всем тематикам много лет писал один и тот же математический текст.

Мне очень не повезло в жизни. Я ни разу не встретился с математиками и с математическими работами, направленными на нормальную научную работу. Нет, только на производство наукообразия. Может быть, так происходит не во всех областях знания, но в сейсморазведке, строительной и горной науке - это 100-процентная ситуация.

Мне, кстати, очень интересно общение с физиками-теоретиками. Значиться теоретиком в области, по определению являющейся совокупностью эмпирики, согласитесь, можно только при полном отсутствии чувства юмора.

Ну вот я дам для примера немного информации из того, самого тяжелого для меня времени.

1-й эффект

Когда я обнаружил свой первый физический эффект (в 1977г), то был убежден, что его не может быть. И коллеги мои были того же мнения, и очень рекомендовали мне не заниматься глупостями. Вот как это было.

В мою задачу входило определение затухания звука (поля упругих колебаний) при распространении его вдоль слоя горных пород, залегающего над угольным пластом (естественно, в условиях угольной шахты) в зависимости от нарушенности слоя и частоты зондирующего сигнала. Согласно начальной, исходной гипотезы, с увеличением разрушенности, трещиноватости горных пород, в исследуемом слое должно увеличиваться затухание звука, и это должно соответствовать увеличению вероятности обрушения породного слоя, которое приводит к травмированию находящихся под этим породным слоем шахтеров.

Предполагалось, что определив эту зависимость, можно будет по величине затухания поля упругих колебаний определять вероятность обрушения породного слоя. Иначе говоря, прогнозировать аварийную ситуацию.

Исходная гипотеза и вообще весь исходный посыл этого исследования представлялись вполне очевидными и логичными, и я приступил к исполнению задачи.

На рис.1 показана схема эксперимента.

Представлялось, что поле, возбуждаемое пьезоизлучателем, будет распространяться в пределах породного слоя мощности h - это так называемая непосредственная кровля, которая обрушается первой. Эта гипотеза подтвердилась в эксперименте, и всё, что в дальнейшем получилось, относилось именно к этому слою.

Первоначально всё выглядело предельно просто и однозначно. Однако когда нужно было делать аппаратуру, возник вопрос, на какой частоте должно идти излучение поля упругих колебаний. Никаких рекомендаций по этому поводу ни в какой литературе найти не удалось.

Рис. 1

Тогда было принято решение исследовать зависимость затухания от частоты зондирующего сигнала.

В качестве источника, возбуждающего пьезокерамический излучатель, использовался генератор синусоидального напряжения с изменяющейся частотой. В теоретических трудах по сейсморазведке указывается, что выше одного килогерца сигнал в горных породах вообще не распространяется. Уверенность в этом столь велика, что даже сейсмостанции делают для частот, не превышающих 1кГц. Но на всякий случай, в нашей измерительной установке был задан частотный диапазон от 20Гц до 20кГц.

Излучающая и приемная пьезокерамика (пьезопреобразователи) были идентичными по конструкции; они контактировали с кровлей на расстоянии примерно 5м друг от друга.

На рис.2 приведены графики зависимости показания усилителя I от частоты f . Предполагалось, что зависимости I (f ) будут геометрически подобными графикам 1 и 2 , и при этом различие между графиками 1 и 2 определяется тем, что измерения будут проводиться в двух различных горных выработках, различающихся уровнем нарушенности пород. Правда, было непонятно, как определять уровень нарушенности пород. Но, как оказалось, это и не понадобилось.

Рис. 2

Такая зависимость (1 и 2 ) казалась совершенно очевидной. Как представлялось, в трещиноватой среде (а материал породного слоя, залегающего над угольным пластом, по идее, и не может быть другим) с увеличением частоты затухание не может не увеличиваться.

Однако фактический результат не имел ничего общего с ожидаемым. Получившаяся зависимость показана графиком 3 . Экстремум имел максимум на частоте f 0 ≈1кГц. Как относиться к такому результату и что означает такая форма графика?

Дело в том, что форма графика 3 является геометрически подобной спектральному изображению характеристики электрической колебательной системы (L-C колебательного контура), а кроме того, именно так выглядит спектральное изображение затухающей синусоиды. И именно такой сигнал получается в результате ударного воздействия как на колебательный контур, так и на породный слой. Значит, что же получается... Что плоскопараллельная структура из песчаника (а именно песчаник толщиной (мощностью) h =2,5м и залегал в кровле в данном случае) проявила свойство колебательной системы?!... Но такой результат в принципе представлялся невероятным.

Обнаружить в конце ХХ-го века неизвестную ранее колебательную систему... Этого не могло быть. Сейсморазведка к этому моменту существовала уже почти 80 лет. И что же, за столько лет этого никто не заметил?... Ну ладно, это как раз может иметь свое объяснение. Если сейсморазведкой занимались люди, не знакомые с разделом математики, называемым спектрально-временны ми преобразованиями (а геофизикам действительно этот раздел математики не преподают), то, даже получив подобный результат, они могли бы и не распознать колебательную систему.

Да, если бы у меня не было радиотехнического образования, я, даже получив такой результат, не распознал бы колебательную систему. Мне встречались публикации, где приводилась подобная частотная характеристика. Но экстремум на частотной характеристике как только не истолковывался. Даже как свидетельство нарушения закона сохранения энергии...

Но, в конце концов, даже если всё так, то плоскопараллельная структура из однородного монолитного материала все равно никак не может оказаться колебательной системой. Дело в том, что колебательная система - это объект, который должен иметь механизм преобразования ударного воздействия в синусоидальный отклик. Камертон, пружина, маятник, L-C контур - все они имеют этот механизм, и он хорошо известен.

В пластине из однородной среды такой механизм не виден. В таком случае реакция на удар должна бы, по идее, представлять собой последовательность коротких импульсов с убывающей амплитудой, но никак не синусоиду. Как, собственно, и описано во всех учебниках. (Еще один пример очевидной, но непроверенной гипотезы?)

Но, несмотря на это сомнение, поскольку наличие колебательной системы подтверждается метрологически корректными измерениями, его существование следует признать. В конце концов, мало ли что мы не понимаем...

Показалось логичным колебательную систему этого типа назвать упругой колебательной системой, поскольку проявляется она при облучении ее полем упругих колебаний.

Дальнейшие следствия из этого эффекта в достаточной степени описаны в уже сделанных публикациях, и, в частности, в книге .

2-й эффект

У описанного выше эффекта была счастливая судьба. Он стал применяться сразу же после его обнаружения. Была найдена зависимость между возникающим в результате удара частотным спектром сейсмосигнала и строением земной толщи, и на основе этого стала разрабатываться методика исследований, получившая в дальнейшем название спектральной сейсморазведки. В частности, в соответствии с рис.3, зная частоту возникающей в результате удара синусоиды, стало возможным определять мощность непосредственной кровли h , что без бурения раньше сделать было невозможно. Эта информация оказалась ключевой при создании методики прогнозирования устойчивости кровли угольного пласта.

Однако отсутствие понимания механизма преобразования ударного воздействия в синусоидальный отклик - это была мина замедленного действия. И наконец, года через 4 она сработала.

Я должен был тогда передавать шахтным геологам аппаратуру и методику прогнозирования устойчивости кровли. Эта аппаратура представляла собой реализацию 1-го эффекта. Назначение аппаратуры - повышение безопасности шахтеров. Но достигалась-то она путем использования метода, которого не может быть. Не должно быть... И меня обуял просто-таки ужас от мысли, что при каких-то обстоятельствах этот незаконный эффект может не сработать, и мы вместо увеличения безопасности получим увеличение опасности. Одна ошибка может обойтись в человеческую жизнь. И что мне тогда делать? Вешаться?

И я отказался от передачи аппаратуры шахтам. По крайней мере, до тех пор, пока я не пойму физику этого эффекта. Скандал был вселенский. Передача аппаратуры была уже забита в какие-то планы. Меня уже никто не слушал и не слышал. И как-то это всё подействовало на меня так, что я вдруг понял то, что больше четырех лет понять не мог.

Логическая линия, осенившая меня, сейчас мне кажется столь простой и банальной, что мне даже неудобно признаваться в том, что я столько лет не мог к ней прийти. Ну вот смотрите сами, что она собой представляет.

Я уже столькими методами установил наличие затухающей синусоиды при ударном воздействии на объекты-резонаторы, что в этом сомневаться просто не имел права. С другой стороны, в идеально однородном материале механизма преобразования удара в синусоиду точно не может быть. Но ведь для нас важна не просто неоднородность среды, а ее акустическая неоднородность. А вот может ли быть однородная твердая среда неоднородной по акустическим характеристикам? А что мы знаем про акустические характеристики кроме скорости распространения фронта поля упругих колебаний? Ничего другого померить просто нельзя. Значит, остается предположить, что скорость распространения поля во всех точках объекта-резонатора не должна быть одинаковой. Подумал и испугался. Ну вы сами подумайте, может ли оказаться в монолитной однородной среде, типа, скажем, стекла, неодинаковой скорость во всех точках такого вот стеклянного объекта...

Нет, конечно, этого не может быть. Но я уже был битый такими вот очевидностями. И понимал, что если возникла гипотеза, то какая бы она ни была невозможная, ее надо проверить. Когда я рассказал коллегам о том, что меня мучило, они испугались за мой рассудок. И я их хорошо понимал.

А ведь так и оказалось. Действительно, скорость распространения фронта упругих колебаний в объектах-резонаторах не является одинаковой во всем объеме. Я в других моих статьях описывал, как это проверить и как выяснить . Так что здесь я это не буду описывать. Но когда я все-таки доказал экспериментально, что скорость распространения поля около границ плавно снижается по мере приближения фронта к границам, вот тут-то я окончательно понял, что этого быть не может.

То, что снижение скорости вблизи границ является условием наличия механизма преобразования удара в синусоиду, доказать удалось легко. Дело в том, что есть материалы, в которых скорость постоянна во всех точках объектов. И преобразование удара в синусоиду в таких материалах не происходит. Это, например, оргстекло (плексиглас). В случае короткого ударного воздействия на объект из оргстекла реакция имеет вид именно затухающих по амплитуде коротких импульсов, а не синусоиды.

И, таким образом, объекты из стекла (а также металлические, керамические, из горных пород) являются резонаторами, а из оргстекла- они нерезонаторы. Мне причина акустического различия стекла и оргстекла тоже непонятна, но, в конце концов, таково свойство разных материалов, и этот момент не нуждается в чьем-либо понимании. Но вот само по себе изменение скорости в стеклянных и т.п. объектах (то есть, в объектах-резонаторах) происходить не может .

Ну, просто, из закона сохранения импульса. Не может происходить изменение скорости движения/ распространения чего-либо без притока энергии. На рис.3 приведена схема распространения поля в объектах-резонаторах.

Рис. 3

При прозвучивании пластины-резонатора скорость распространения поля упругих колебаний в средней части пластины толщиной h постоянна и равна максимальному значению скорости распространения фронта волны V fr.max. , а в приповерхностных зонах Δh скорость фронта уменьшается при приближении фронта к поверхности. Средняя, измеряемая скорость V fr . mid зависит от соотношения h и Δh , и в толстых пластинах, при h»Δh V fr.mid. измеряемая скорость стремится к V fr.max. В тонких пластинах-резонаторах скорость движения фронта может не достигать значения V fr.max. Для примера, если в толстых стальных пластинах (порядка, скажем, 20мм) V fr.mid. ≈V fr.max. ≈ 6000м/с, то в пластинах толщиной 1,5мм из того же материала средняя скорость снижается до 1500м/с.

Вообще, вот эти моменты (которые порой могут длиться годами), когда измерения говорят одно, а стопроцентная уверенность говорит совсем другое - это не для слабонервных. Ну вот представьте себе, что на основании измерений вы увидели, что скорость распространения фронта в таком однородном материале как стекло, неодинакова в разных точках объекта... В принципе, такие проблемы принято решать с помощью мозгового штурма, когда тема обмозговывается не одним человеком, а несколькими коллегами, имеющими примерно одинаковое понимание предмета. К сожалению, я такой возможности не имел, и мучился все эти 40 лет один.

Единственный раз, когда мозговой штурм состоялся, это когда я рассказал в одной компании вот эту проблему о невозможности изменения скорости в зонах Δh . И тогда был предложен способ принципиально другого измерения скорости , в результате реализации которого оказалось, что скорость действительно не изменяется по величине. Она в приповерхностных зонах Δh изменяется, но не по величине, а по направлению (!!), и при этом изменяется по величине x -составляющая (см. рис.3), которую я до этого воспринимал не как величину проекции скорости на ось x , а как величину полной скорости.

Но ведь это означает, что зоны Δh возникают в результате того, что при нормальном (под прямым углом) прозвучивании слоев-резонаторов возникает тангенциальная составляющая поля, что идет категорически вразрез с классической теорией поля упругих колебаний.

Меня давно уже не заботит расхождение результатов эксперимента с положениями общепринятой теории поля упругих колебаний. С тех пор, как я убедился в том, что ни одно положение этой теории не может быть доказано экспериментально, мне стало понятно, что это вовсе не теория, а всего лишь набор гипотез.

Кстати, о том мозговом штурме. Те люди, которые в нем участвовали, в дальнейшем, когда мне понадобилось, чтобы они подтвердили, что мои утверждения - не плод моего больного воображения, а соответствуют реальности, отказались признать свое даже общение со мной. Я, разумеется, высказал им свое к ним отношение. Но был не прав. Потому что сам факт их общения со мной стоил бы им рабочего места, и уж точно, занимаемой должности.

Да, и еще. Я пытался проконсультироваться по поводу этого эффекта у специалистов в области физики твердых сред. Ведь, по идее, если в зонах Δh скорость отличается от скорости вне этой зоны, то приповерхностный слой материалов, из которых состоят объекты-резонаторы, должен бы иметь какое-то отличие от того же материала, но вдали от границы... Увы, как оказалось, эта область знания так же, как и сейсморазведка, не имеет за душой ни одного экспериментального подтверждения их математических выкладок. Ну ладно, обойдемся...

Я хотел бы здесь показать, что направление научного поиска определяется не нашими намерениями и даже (увы!) не планами нашего руководства, а исключительно теми вопросами, которые возникают при решении конкретных задач. И счастлив тот, кто может себе позволить полностью подчиняться только требованиям научного поиска. Так, обнаружив, что при нормальном прозвучивании пластин-резонаторов возникает тангенциальная составляющая поля, я вынужден был заняться изучением формирования и распространения этого тангенциального поля, несмотря на сильнейшие возражения моего научного и административного руководства.

Собрав установку для нормального прозвучивания пластины-резонатора изменяющимся по частоте полем упругих колебаний, я обнаружил, что на собственной частоте этого резонатора первичное поле переориентируется в ортогональном направлении. Этот эффект был назван акустическим резонансным поглощением (АРП), по аналогии с известными резонансными поглощениями других видов полей...

Как известно из курса философии (раздела «методология развития научного познания»), несложный эксперимент может оказаться могильщиком как угодно математизированной, освященной веками гипотезы. Примером того оказался эффект АРП, который доказал, что поле упругих колебаний в земной толще распространяется не поперек напластования, а вдоль его, в результате чего был поставлен окончательный крест на традиционной сейсморазведке как таковой.

Согласно методологии научного познания, каждый новый физический эффект является основой нового исследовательского метода, который является источником принципиально новой информации. Принципиально новая информация - это новый физический эффект. И, таким образом, если ученому не мешать, то он будет автором не одного, а целой цепочки из физических эффектов. Эту цепочку назовем цепочкой первого рода.

На основании собственного опыта, могу сказать, что существует еще одна цепочка физических эффектов (второго рода), которая возникает в результате попыток разгадать физику нового эффекта. Вот, в рамках этого короткого повествования можно увидеть цепочки обоих родов.

Центральным, первичным эффектом является обнаружение упругих колебательных систем. Это открытие сделано на границе между физикой поля упругих колебаний и радиотехникой (электротехникой). Цепочка первого рода - это метод спектральной сейсморазведки и обнаружение с его помощью нового, неизвестного ранее геологического объекта - зон тектонических нарушений, и, как продолжение этой цепочки - обнаружение целого ряда неизвестных ранее замечательных свойств этих зон .

Этот же центральный эффект дал начало цепочке второго рода. Это неодинаковость скорости фронта в однородных средах объектов-резонаторов, далее, эффект АРП, и следующее из этого эффекта разделение поля упругих колебаний на две части - реальную и мнимую .

В жизни любого человека есть время для того, чтобы учиться, затем наступает время, чтобы что-то делать самостоятельно и, если повезет, то создавать новое знание, а потом приходит время, чтобы передавать сделанное новому поколению. У меня сейчас наступил третий этап. Всё говорит об этом. Сделано столько, что об этом нельзя рассказать не только в такой вот маленькой статье, но и в целой книге .

У меня на первом этапе была прекрасная и огромная школа, где важно было только не сопротивляться и поглощать всё от всех моих замечательных учителей.

Когда наступил второй этап - новые знания хлынули сами абсолютно независимо от меня. Каждый новый эксперимент, каждое новое исследование давало новую информацию.

Познание бесконечно, и чтобы обеспечить дальнейшее развитие науки о поле упругих колебаний, я должен сосредоточить все оставшиеся у меня силы на то, чтобы передать мои знания грядущим поколениям.

ЛИТЕРАТУРА

Гликман А.Г. Основы спектральной сейсморазведки. LAP LAMBERT Academic Publishing, 232с. (2013-12-29)
Гликман А.Г.

Всё, что нас окружает: и живая, и неживая природа, находится в постоянном движении и непрерывно изменяется: движутся планеты и звёзды, идут дожди, растут деревья. И человек, как известно из биологии, постоянно проходит какие-либо стадии развития. Перемалывание зёрен в муку, падение камня, кипение воды, молния, свечение лампочки, растворение сахара в чае, движение транспортных средств, молнии, радуги – это примеры физических явлений.

И с веществами (железо, вода, воздух, соль и др.) происходят разнообразные изменения, или явления. Вещество может быть кристаллизировано, расплавлено, измельчено, растворено и вновь выделено из раствора. При этом его состав останется тем же.

Так, сахарный песок можно измельчить в порошок настолько мелкий, что от малейшего дуновения он будет подниматься в воздух, как пыль. Сахарные пылинки можно разглядеть лишь под микроскопом. Сахар можно разделить ещё на более мелкие части, растворив его в воде. Если же выпарить из раствора сахара воду, молекулы сахара снова соединяться друг с другом в кристаллы. Но и растворении в воде, и при измельчении сахар остаётся сахаром.

В природе вода образует реки и моря, облака и ледники. При испарении вода переходит в пар. Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. При воздействии низких температур (ниже 0˚С) вода переходит в твёрдое состояние – превращается в лёд. Мельчайшая частичка воды – это молекула воды. Молекула воды является и мельчайшей частичкой пара или льда. Вода, лёд и пар не разные вещества, а одно и то же вещество (вода) в разных агрегатных состояниях.

Подобно воде, и другие вещества можно переводить из одного агрегатного состояния в другое.

Характеризуя то или другое вещество как газ, жидкость или твёрдое вещество, имеют в виду состояние вещества в обычных условиях. Любой металл можно не только расплавить (перевести в жидкое состояние), но и превратить в газ. Но для этого необходимы очень высокие температуры. Во внешней оболочке Солнца металлы находятся в газообразном состоянии, потому что температура там составляет 6000˚С. А, например, углекислый газ путём охлаждения можно превратить в «сухой лёд».

Явления, при которых не происходит превращений одних веществ в другие, относят к физическим явлениям. Физические явления могут привести к изменению, например, агрегатного состояния или температуры, но состав веществ останется тем же.

Все физические явления можно разделить на несколько групп.

Механические явления – это явления, которые происходят с физическими телами при их движении относительно друг друга (обращение Земли вокруг Солнца, движение автомобилей, полёт парашютиста).

Электрические явления – это явления, которые возникают при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, телеграфирование, молния при грозе).

Магнитные явления – это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

Оптические явления – это явления, которые происходят при распространении, преломлении и отражении света (радуга, миражи, отражение света от зеркала, появление тени).

Тепловые явления – это явления, которые происходят при нагревании и охлаждении физических тел (таяние снега, кипение воды, туман, замерзание воды).

Атомные явления – это явления, которые возникают при изменении внутреннего строения вещества физических тел (свечение Солнца и звезд, атомный взрыв).

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Физические явления. О логических линиях, позволяющих обнаруживать новые физические эффекты

Список физических эффектов и явлений

Список литературы к массиву физических эффектов и явлений

Формируемые компетенции

Физический эффект и его компоненты

Определение физического эффекта