Энергообмен атомов

on 19 December 2010.

О ВЕЛИЧИНЕ РАССТОЯНИЯ, С КОТОРОГО АТОМНЫЕ  СИСТЕМЫ   МОГУТ ОБМЕНИВАТЬСЯ ЭНЕРГИЕЙ

 

Пора приучить себя к мысли, что все эффекты в микромире квантовые. При большой (комнатной!) температуре значителен разброс энергий молекул и атомов, поэтому, в отличие от сверхпроводящих систем, работающих при низкой температуре, наблюдается значительное уширение резонансных пиков. Однако от этого эффекты не стали не квантовыми!

Почему охлаждают системы хороших тепловизоров, астроприборов? Потому что иначе на этом широком поле (пике!) излучений не увидишь разницу в градус (или в одну стотысячную градуса!)

Эффект Пельте, охлаждение или нагрев контакта из разных металлов при пропускании по нему тока, это квантовый эффект. Отбор энергии электронами при переходе из одного металла в другой за счет внешнего источника питания происходит без столкновений и выравнивания энергий, а за счет поглощения квантов. Поэтому вблизи перехода из пространства будет поглощаться энергия. Подобный спай поэтому должен достаточно эффективно принимать (и излучать при другом направлении тока) электромагнитные волны определенных частот.

Переход электрона из одного металла в другой должен сопровождаться излучением или поглощением энергии. Внешнее проявление этого явления зафиксировано, измерено и проанализировано. Но мы часто называем внешним проявлением конечный результат, например, нагрев или охлаждение, между тем как возможны несколько стадий преобразования энергии, а изменение температуры есть лишь конечный эффект.

Поглощаемая или выделяемая в месте контакта энергия будет зависеть от величины тока через него. Точнее будет сказать, что количество энергии будет зависеть от количества перешедших через место контакта электронов.  (А ведь и разницы потенциалов?)

Но коль скоро энергия квантуется, то можно оценить величину кванта, а,  следовательно, и частоту излучения, излучаемого или поглощаемого отдельным электроном. Энергия кванта должна быть порядка 1 эВ (контактная разница потенциалов порядка 1 В, конечно, она будет определяться контактирующими металлами и может быть как больше, так и меньше этой величины).

Частота= Е/h= 1,6х10-19 /6,62х10-34=0,242х1015 Гц

Длина волны = скорость света/частота= =3х108/0,242х1015 =12,397х10-7м

Это инфракрасное излучение. Если взять другую пару, с большей контактной разницей потенциалов, то излучение войдет в диапазон видимого света. Вряд ли, конечно, кто-нибудь будет создавать подобные источники света. Хотя, кто знает? Увеличение коэффициента полезного действия источников света - задача громадной важности.

Почему не было обнаружено излучение, да и есть ли оно вообще?

Во-первых, излучение, как мы видим, происходит в инфракрасной области, регистрируется нагрев контакта, то есть внешнее проявление эффекта. Излучение никто не искал!

Во-вторых, мощность излучения не может быть очень велика, потому что излучается оно лишь из области контакта.

В-третьих, из-за разброса энергий электронов спектр излучения будет достаточно широк, то есть резонансный пик отнюдь не представляет собой, как у сверхпроводников, какую-то очень узкую щель. Настроить приемник на резонанс поэтому представляет проблему.

В-четвертых, металлы непрозрачны. Излучение умирало в области контакта, вызывая лишь нагрев его. Все то же самое, но на пленках, на пленках!

Есть очень интересный механизм выделения энергии при образовании молекул. Например, в водородной горелке, атомы водорода, полученные в результате дугового разряда выдуваются на стенку (или объект воздействия), где и рекомбинируют. Энергия, выделяющаяся при рекомбинации (а это порядка 4,6 х105 кдж/кмоль), разогревает поверхность до очень высокой температуры. Но ведь стенка не участвует в реакции, тем не менее почти вся энергия передается именно ей! Атом водорода не может подойти к стенке ближе, чем на 10-8 см, да и это много, потому что если бы мы могли так плотно упаковывать вещество, оно весило бы колоссально много.

Вопрос в том, каково расстояние, с которого стенка может поглотить энергию в непосредственной близости от зоны реакции, но вне прямого контакта с реагирующими телами. И вопрос, все ли тела в одинаковой мере могут влиять на реакцию рекомбинации.

Каким-то фантастическим образом при соприкосновении энергетических уровней атомов энергия сбрасывается с уровня одного атома на уровень другого. Так, например, в гелий-неоновом лазере гелий сбрасывает энергию возбуждения запрещенного уровня (этот уровень возбуждается электронным ударом) на разрешенный уровень неона, с которого в дальнейшем и генерируется излучение.

Размеры атома порядка 10-8 см (это 1 А), длина волны, например, красной линии спектра водорода 6562,1 А, то есть более чем в 6000 раз превышает размер атома.

Есть вопрос, который необходимо разрешить, хотя бы гипотетически, чтобы продолжить рассуждения. Каков размер кванта? Какова величина области пространства, в которой сосредоточена энергия кванта?

Автор предполагает, что размер кванта соответствует длине волны электромагнитного излучения, то есть размер его обратно пропорционален частоте (следовательно, и энергии). И поэтому именно в  такой области пространства возможно поглощение излучения. Косвенным подтверждением такого предположения можно считать дифракцию электромагнитных волн на препятствиях, соизмеримых с размерами кванта (длиной волны излучения!), необходимость перехода к более коротким волнам для увеличения разрешающей способности микроскопов.

Большая энергия занимает меньший объем, меньшее пространство!

Если это так, то размер кванта длинноволнового электромагнитного диапазона составляет километры. Величина энергии, которую несет подобный квант, ничтожна. 

Если предполагать, что электрон в металле должен поглотить энергию всего кванта, то неизбежно следует вывод, что огромный по размерам квант способен в этот момент свернуться, локализоваться в каком-то месте пространства, отдать свой импульс и энергию электрону и исчезнуть из другого места, не взаимодействовать с другими телами. Но если это так, то можно попытаться обнаружить некоторые странности при передаче импульса и энергии кванта слабосвязанному электрону. Размер пространства в несколько тысяч метров – это наш макромир. Вполне можно вести наблюдение за атомами (точнее, приемниками), отстоящими от точки прицела на расстоянии, позволяющем производить достоверные измерения. Радиочастотный квант – это рассматриваемый под микроскопом фотон. Свойства радиоволн присущи фотонам, но рельефно увидеть и осознать эти свойства проще именно на радиоволне.

Никого не изумляет, что два контура, находящиеся рядом, но настроенные на разные частоты, по разному поглощают электромагнитные волны. Вблизи генератора, излучающего строго определенную частоту, контур, настроенный на эту частоту будет нагреваться, а другой, находящийся рядом, через который проходит та же волна, но который настроен на другую частоту, будет оставаться холодным.

Мало того, контур, резонансно настроенный на частоту излучателя, оказывает влияние на излучатель, то есть взаимодействие посредством поля происходит взаимное! Однако влияние поглощающий контур будет оказывать только в том случае, если расстояние между ним и излучателем не превышает размер кванта, то есть длины волны электромагнитного излучения. В противном случае излучение отрывается от источника, оно перестает оказывать на него влияние. Окружающие излучатель приемники, находящиеся на расстоянии большем, чем размер кванта, не оказывают влияние на излучатель! Включенный вдали транзисторный приемник не окажет влияние на станцию. Но приемник вблизи антенны станции такое влияние окажет!

Автор предлагает такое доказательство возможности как взаимовлияния излучателя и поглотителя, так и возможности отбора энергии от излучателя.

Представим себе два контура, настроенных на одну частоту. Первый контур (излучатель) содержит заряженный конденсатор. При разряде его на контур зафиксировано выделение тепла. Затем вносится второй контур и располагается на расстоянии от первого, меньшем длины волны. Опыт повторяется. Выделение тепла в первом контуре будет меньше, чем в первом опыте (ведь во втором контуре, конечно же, выделится некоторая энергия!). Такой же опыт можно провести и с двухобмоточным трансформатором, на одну из обмоток которого разряжается конденсатор.

Второй контур отбирает энергию у первого. уменьшает его нагрев. Но происходит это, если расстояние между ними не превышает размер кванта!

Опыт с излучателем, подключенным к генератору, при аналогичной постановке покажет другой результат: при поднесении к излучателю  резонансно настроенного поглотительного контура возрастет потребление энергии излучателем. (В трансформаторе, подключенном к сети, при замыкании вторичной обмотки возрастет ток в первичной обмотке).

Атомы вещества представляют из себя системы, "работающие" за счет внутренней энергии (аналогично контуру с заряженным конденсатором).

Вопрос о величине расстояния при энергообмене, вопрос о возможности выкачивания энергии из системы, таким образом, упирается в величину длины волны излучения (в авторской интерпретации - в размер кванта)..

Важно, чтобы контур поглотителя был настроен резонансно контуру излучателя. Для атомных систем это означает, что поглотитель должен быть из тех же атомов, что и излучатель.

Чем же будет отличаться процесс выкачивания энергии от процесса, например, лучистого обмена?

Во-первых, процесс перекачки энергии будет происходить только при сближении образцов до расстояний, меньших длины волны. Для лучистого обмена это совсем не обязательно.

Во-вторых, перекачка энергии произойдет только со слоя, в который вложится квант (длина волны) излучения.

В-третьих, перекачка энергии должна происходить во много раз эффективней, чем лучистый обмен. То есть, возможно ускоренно охладить внешний слой излучателя.

Где-то здесь есть связь с теплопроводностью, со способностью веществ передавать тепло от более нагретых участков менее нагретым. Сама по себе проблема теплоотвода представляется значительной темой для дискуссии. Однако теплопроводность - это передача кинетической энергии молекул, а отнюдь не обмен квантами излучения. Раскачка "горячими" атомами "холодных"             требует времени, первый "холодный" слой экранирует воздействие "горячих" атомов на дальние слои, поэтому неизбежна инерционность при передаче тепла. Если же атом излучает квант, то передача энергии будет происходить со скоростью света, взаимодействие между излучающим и поглощающим атомами будет происходить на расстоянии, не превышающем длины волны.

Поразительно, что цвет, качество обработки, напыление микрослоя других веществ во много раз может увеличить энергообмен образца со средой или вакуумом. Поверхностный слой, оказывается, может определять макросвойства образца!

Следует ожидать, что приближение невозбужденного атома к возбужденному будет являться фактором инициации излучения. В непосредственной близости от невозбужденного атома время жизни атома в возбужденном состоянии должно уменьшаться!

Автор начал рассуждения с эффекта Пельте по той причине, что есть надежда обнаружить  с помощью него ряд интересных явлений.  Простые опыты могли бы позволить это.

Первый опыт может дать ответ о величине расстояния, с которого происходит поглощение энергии. В вакуумированной камере помещается контакт разнородных металлов, по которому пропускается ток. Направление тока таково, что вызывает охлаждение контакта за счет эффекта Пельте. В непосредственной близости от спая помещается измеритель температуры, расстояние до контакта варьируется микрометром. Так как теплообмен в вакууме исключен, то понижение температуры измерительного элемента будет свидетельствовать о поглощении энергии спаем  с заданного расстояния. Измеритель предпочтительно должен быть аналогичен первому контакту. Чем меньшая контактная разница потенциалов будет у выбранной пары, тем с большего расстояния будет происходить взаимовлияние контактов. Конечно же, гораздо проще это проверить на контурах, настроенных на радиочастоты, но что делать, если автору нравится эффект Пельтье?

Второй опыт - это попытка зарегистрировать излучение при пропускании тока по спаю в направлении, при котором происходит нагрев его. В этом опыте лучше использовать спай с большой  контактной разницей потенциалов, что позволяет войти в видимый диапазон. Наблюдать слой спая в микроскоп? А ведь оно должно быть по лазерному строго направленным! (Кстати, не создавать ли таким путем лазеры?). Должно быть некоторое рассеяние, должно наблюдаться излучение. А если сделать контакт плоскостей слегка расходящимся (конусным), то обеспечится выход излучения.

Третий опыт - это регистрация изменения частоты излучения от величины приложенного  к  нагревающемуся спаю напряжения.

У полупроводников эффект Пельтье столь значителен, что уже давно он используется, например, в холодильниках. Поэтому использование полупроводников при проведении контрольных опытов могло бы существенно упростить регистрацию результатов.

Научиться высасывать энергию из нагретых тел, из самых разнообразных источников - задача значимая.

Создание новых генераторов электромагнитных колебаний, создание принципиально новых источников света, создание контуров, резонансно поглощающих излучение, инициация излучения возбужденных атомов - такие перспективы видит автор в изучении и использовании подобных явлений.