collapse collapse

* Связь с администрацией форума

При проблемах с доступом, регистрацией и любых других проблемах, а так же по любым другим вопросам электронная почта admin@x-technology.ru

* Информация Пользователя

 
 
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

* Онлайн

  • Точка Гостей: 2
  • Точка Скрытых: 0
  • Точка Пользователей: 0

Нет пользователй он-лайн.

* Статистика форума

  • stats Всего пользователей: 223
  • stats Всего сообщений: 485
  • stats Всего тем: 61
  • stats Всего категорий: 5
  • stats Всего разделов: 13
  • stats Максимум онлайн: 27
18 Апр 2016 19:28 от will | Просмотры: 6280 | Комментарии: 2

В 1988 году журнал опубликовал статью доктора технических наук, академика Российской академии ракетно-артиллерийских наук В. В. Яворского "Энергия "из ниоткуда" (см. "Наука и жизнь" №C10). В ней сообщалось, что при работе над средствами поражения брони было обнаружено крайне любопытное явление. При внедрении в стальную плиту бронебойного снаряда из твердого металла массой 4 килограмма, не снаряженного взрывчатым веществом, вокруг пробоины возникала зона цветов побежалости, свидетельствующая о сильном нагреве. Оценка показала, что количество выделившегося тепла было в несколько раз больше кинетической энергии снаряда. Кпд процесса превышал 400%! Исследования на моделях - легких ударниках и прямые измерения количества выделившегося тепла в калориметре подтвердили наличие странного явления. Превышение тепловой энергии над кинетической для модели массой 61,5 грамма составило 20%, массой 88,5 грамма - 48%: явно прослеживалась роль масштабного фактора. Сотрудники ФИАН им. П. Н. Лебедева, к которым обратились за консультацией, объяснить происходящее не смогли, но указали, что обнаруженный дисбаланс энергий говорит о большой сложности протекающих при ударе процессов. Объяснить физическую суть явления и обнаружить новое, неизвестное ранее свойство металла сумели авторы настоящей статьи.В начале 2001 года появилось много сообщений о боеприпасах из обедненного урана (U238, остающегося после выделения из природной смеси изотопов U235, делящегося материала для АЭС и атомного оружия), которые обладают "потрясающей эффективностью" за счет прожигающего действия. Сообщалось, что 120-мм снаряд с начальной скоростью около 1700 м/с пробивает навылет один танк, а затем прожигает броню другого. Пробив броню, он извергает внутрь горящее облако мелких, как пыль, частиц. Количество сжигающей пыли достигает 20% от массы уранового снаряда.
Применять остроконечные болванки из твердого тяжелого металла в качестве бронебойных снарядов начали давно. Обычно материалом для них служил вольфрам, имеющий плотность 19,3 г/см3 и твердость по Бринеллю 4150 МПа. Твердость же обычных сталей не превышает 2700 МПа (и только очень дорогая высокопрочная сталь сложного состава имеет твердость более 5000 МПа), а их плотность гораздо ниже - около 7,8 г/см3. Но работать с вольфрамом трудно: из-за высокой твердости он практически не поддается обработке резанием и штамповке, а высокая температура плавления (около 3400°С) делает литье сложной технологической задачей.
И во время Второй мировой войны Германия уже начала заменять вольфрам в своих бронебойных снарядах более технологичным ураном с температурой плавления 1400°С. Они практически не отличаются по массе (18,95 г/см3), но твердость урана ниже (2160 МПа). Скорость снарядов тогда была невысокой - 870-990 м/с, и никто не заметил преимущества воздействия урановых боеприпасов по сравнению с вольфрамовыми.
Не получил должного объяснения и эффект выделения энергии из метеоритов, который демонстрирует нам сама природа. Большинство метеоритов железные, как и артиллерийские снаряды. Их скорость у поверхности Земли составляет 700-4000 м/с. Если скорость невелика, около 700 м/с, то на месте падения метеорита образуется яма, совпадающая с его контуром, а сам метеорит остается целым. Так было с 60-тонным метеоритом Гоба, найденным на юго-западе Африки в 1920 году.
При ударе со скоростью 2000 - 4000 м/с метеорит исчезает, и при его взрыве выделяется столько энергии, что на месте падения образуется огромный кратер (упавший в 1891 году железный Аризонский метеорит, например, оставил кратер диаметром 1207 м и глубиной 170 м). В таких кратерах никогда не находят крупных метеоритных тел: практически вся масса твердого метеорита превращается в пар.
Все эти факты позволяют заметить следующие закономерности. Во-первых, движение металлических тел в обоих случаях заканчивается ударом о твердую преграду. Во-вторых, если их скорость до удара была меньше некоторой величины, ничего особенного не происходило, но если больше, то при ударе либо выделялась лишняя теплота, либо тело взрывалось. Нам удалось понять причину этого странного явления и обнаружить неизвестное ранее свойство металла.
Структурной основой любого металла служит жесткая кристаллическая решетка, узлы которой заняты положительными ионами. Пространство между ними заполнено почти свободными отрицательными электронами, хаотическое движение которых напоминает обычный газ. Решетка сохраняет свою форму только благодаря энергии металлической связи, существующей между этими разноименно заряженными частицами. Под энергией связи подразумевают энергию, которая требуется для сублимации или разделения твердого тела на отдельные нейтральные атомы при его исходной температуре 0 К.



 

А. В узлах кристаллической решетки находятся положительные ионы металла. А поскольку одноименные заряды отталкиваются и стремятся разлететься, решетка должна быть неустойчивой.


 

B. Ионы в узлах кристаллической решетки совершают небольшие колебания вокруг точки равновесия. Как только ион отходит от узла, освободившееся место занимают отрицательно заряженные электроны, которые своим полем притягивают ион, возвращая его на место.


 

C. Если электроны проводимости вовлечь в направленное движение (создать электрический ток), они уже не будут "успевать" воздействовать на убегающие ионы и кристалл мгновенно взорвется, выделив энергию связи.


Электростатические силы притягивают ионы к электронам, и можно сказать, что электронный газ, как клей, скрепляет решетку. Пока существует металлическая связь, оба сорта частиц пребывают в энергетическом равновесии. Для его нарушения, говорит теория твердого тела, необходимо, "чтобы кинетическая энергия системы (ионов и электронов) лишь немного возросла". Но чему равно это "немного", до сих пор оставалось неизвестным. Вместе с тем, согласно квантовой теории, если облако электронов каким-то образом упорядочить, их кинетическая энергия возрастет. Иными словами, стоит хотя бы часть свободных электронов сгруппировать, "отвлечь" от роли клея, собрав, например, в направленный поток, как одноименно заряженные ионы мгновенно покинут узлы решетки, отталкиваясь друг от друга. В этом и кроется постоянная готовность металлического кристалла к взрыву.
При традиционной обработке металла - ковке, штамповке и плавке - тепловая или механическая энергия подводится ко всем ионам и электронам одновременно. Поэтому в металлических кристаллах сохраняется энергетическое равновесие зарядов. При повышении их внутренней энергии металл последовательно переходит сначала в жидкое состояние, а затем и в пар. Но равновесное состояние кристаллов исключает их взрыв.
Тем не менее взорвать металл можно двумя силами: электрической или механической, воздействуя ими только на свободные электроны. В лабораторных условиях проще пользоваться электрической силой. Поразительны в этом смысле опыты французского физика Георга Вертгейма (G. Wertheim). В 1844-1848 годах он показал, что небольшой электрический ток (примерно в 10 раз более сильный, чем в обычной электропроводке) существенно меняет характеристики металлов. Их сопротивление на разрыв уменьшается, а модуль упругости снижается на 18%. Получается так: если нет тока и свободные электроны движутся хаотически, они надежно "склеивают" узлы решетки, защищают металл от разрыва, обеспечивают его высокую упругость. Но стоит сформировать из них направленный поток, как металл становится податливым к воздействию силы. А что станет с металлом, если электрический ток продолжать увеличивать, но металл охлаждать, сохраняя его твердое состояние?
Авторы проделали подобные опыты, пропуская ток по металлическим пленкам толщиной несколько сотен атомарных слоев. В столь тонком слое металл хорошо охлаждался воздухом и нагревался не выше 180°С.
Плотность тока j в пленках увеличивали в 1000 раз по сравнению с обычным проводом. При значениях j= (1,43÷8,04)•109 А/м2 (соответственно вольфрам и алюминий) энергетическое равновесие в кристаллах нарушалось настолько, что они взрывались, минуя жидкое состояние, за несколько микросекунд. Известно, что плотность тока пропорциональна скорости потока электронов, а кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости. Поэтому, когда плотность тока увеличивалась в тысячу раз, кинетическая энергия направленного (локализованного) потока электронов возрастала в миллион раз. Этого оказалось достаточно, чтобы "отвлечь" свободные электроны от роли "клея" и взорвать кристаллическую решетку. Способ взрыва твердого металла с помощью электрической силы, а также источник энергии, основанный на этом принципе, авторы запатентовали в 2000 году.
Электрический взрыв твердого металла оказался весьма эффективным. Энергия связи каждого атома, например, железа, превращенная в энергию взрыва, составляет около 8•106 Дж/кг (известное взрывчатое вещество тротил вдвое слабее). Вместе с тем эффективность взрывчатых веществ оценивается не только энергией, но и мощностью, то есть отношением энергии взрыва к его продолжительности. Благодаря кратковременности мощность взрыва металла в сотни раз больше, чем у того же тротила.
Проведенные опыты позволили наконец определить ту величину избытка кинетической энергии свободных электронов, которая нарушает равновесие частиц в металлическом кристалле. Мы установили, что труднее всего взорвать легкий алюминий. Для этого требуется электрическая энергия ß=1/66 его энергии связи. Легче всего взрывается тяжелый вольфрам - необходимая энергия составляет только 1/2133 энергии связи, и кпд взрыва близок к 100%, поскольку он равен (1 - ß)•100.
Действие механической силы на свободные электроны заметили давно. Наиболее известен опыт Толмена и Стюарта (Tolman R. C., Stewart T. D., 1916 год), в котором катушку медного провода раскручивали, как волчок, до линейной скорости 19,8 - 56,4 м/с, а потом резко останавливали с отрицательным ускорением 39,6 - 282 м/с2. Этого оказалось достаточно, чтобы свободные электроны пролетали по инерции мимо заторможенных ионов, выплескивались из меди во внешнюю цепь и фиксировались гальванометром как импульс электрического тока. Ток, однако, был настолько слаб, что не вызывал в металле никаких изменений. Скорость и ускорение метеоритов и снарядов намного выше, поэтому при их торможении возникает новое явление.

 

Этот уникальный кадр видеофильма демонстрирует макроскопическое проявление квантовых процессов - возникновение периодических скачков температуры металла вдоль стальной проволоки диаметром 0,3 мм во время протекания по ней электрического тока силой 48,6 А.



Волновая деформация поверхности лакового слоя, которая наглядно демонстрирует эффект перераспределения концентрации свободных электронов в тонких металлических пленках.

 

Опыт Толмена и Стюарта. Катушку с медным проводом раскручивали до высокой скорости и резко тормозили.)

Рассмотрим снаряд как останавливающуюся катушку. Его атомы жестко связаны кристаллической решеткой в единый массив. Когда снаряд ударяет в броню, решетка останавливается, но свободные электроны продолжают двигаться по инерции так же, как в опыте Толмена и Стюарта. Только теперь их ускорение относительно ионов равно примерно 107 м/с2. Поскольку скорость направленного электронного потока пропорциональна ускорению, можно считать, что при торможении снаряда она на пять порядков больше, чем при остановке медной катушки. Это значит, что кинетическая энергия направленного потока электронов в снаряде будет на десять порядков выше, чем в меди. Именно эта энергия, обусловленная локализацией свободных электронов, и вызывает частичный распад снаряда или полный взрыв метеорита.
Признаками, определяющими, взорвется металл или нет, служат скорость v движения тела перед ударом, атомная масса А металла, из которого оно состоит, кинетическая энергия W ≈10-8Av2/2(в электронвольтах) каждого его атома, соответствующая скорости движения, энергия ε связи частиц в металле и их отношение α=W/ε


 

Из таблицы видно, что кинетическая энергия W атомов рассмотренных тел намного меньше энергии связи металла, из которого эти тела состоят, a <1. Поэтому ее, естественно, не хватает на испарение метеоритов или на передачу броневой мишени вчетверо большей теплоты. Кинетическая энергия служит лишь тем "запалом", который нарушает энергетический баланс кристалла во время торможения снаряда.

Теперь можно ответить на вопрос, поставленный в самом начале.
Автор статьи "Энергия "из ниоткуда" измерил теплоту, полученную мишенью, и посчитал, что эта энергия появилась неизвестно откуда потому, что кинетическая энергия снаряда меньше, чем тепловая энергия "перегретой" мишени. Но, взвесив снаряд до и после удара, он обнаружил бы, что снаряд стал легче. Расчеты показывают, что для получения 48% избыточной тепловой энергии снаряд массой 88,5 грамма должен потерять только 4,2 грамма металла. Исчезнувшая кристаллическая масса превратилась в пар, выделив ту избыточную энергию, которая "перегрела" мишень. Таким образом, нарушения закона сохранения энергии не произошло.
Итак, если нужно, чтобы металлическая болванка взорвалась, ударив о твердую преграду, необходимо увеличить ее скорость и выбрать для нее металл с максимальной атомной массой и минимальной энергией связи. По этим признакам металлы, способные взрываться при механическом взаимодействии, образуют ряд U235, W184, Fe56. Уран отвечает этим требованиям лучше всего. Прожигающий эффект урановых снарядов выражен очень ярко, а у стальных не наблюдается вовсе.

Доктор технических наук М. Марахтанов,
профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана и
А. Марахтанов, аспирант Калифорнийского университета, г. Беркли (США)

Наука и жизнь №4, 2002 
http://www.nkj.ru/archive/articles/4072/
01 Мар 2016 05:00 от Converter | Просмотры: 6249 | Комментарии: 1

Новый метод, разработанный учеными из Нью-Йоркского университета и описанный в одном из последних выпусков журнала Nanotechnology, позволяет сгенерировать особый вид колебаний магнитных полей. Эти колебания, которые получили название спин-волн, очень быстро перемещаются в пределах магнитных материалов и могут служить новым эффективным методом передачи информации и переноса энергии, что открывает перспективу для использования такого вида волн в области телекоммуникаций, для обработки и передачи информации в пределах компьютерных чипов и в других электронных устройствах.



"Спин-волны имеют огромный потенциал для кардинального улучшения функциональных возможностей широкого ряда самых различных уже существующих технологий" - рассказывает Эндрю Кент (Andrew Kent), профессор физики из Нью-Йоркского университета, - "Наши исследования дают начало использованию технологий, более быстрых и более энергосберегающих, нежели технологии, используемые в настоящий момент".

В настоящее время уже существуют методы преобразования электромагнитных волн в спин-волны, применяемые в некоторых антенных системах. Но получаемые спин-волны имеют очень большую длину волны и распространяются достаточно медленно. Ультракоротковолновые спин-волны могут преодолевать гораздо большие расстояния, делая это намного быстрей и с меньшими затратами энергии. Однако, процесс генерации коротковолновых спин-волн связан со многими техническими трудностями.


Наногенератор STNO

Для преодоления вышеупомянутых технических трудностей ученые разработали устройства, получившие название нано-генераторов спиновых колебаний (spin torque nano-oscillators, STNO), наноразмерные устройства, которые способны преобразовывать входящий электрический ток в спин-волны. Множество таких генераторов, установленных в определенном порядке, могут служить своего рода излучающей антенной, вырабатывающей поток направленных спин-волн.

Более того, исследователям удалось добиться реализации волноводов для спин-волн внутри структуры магнитного материала, проходя через которые эти волны приобретают определенную форму, фазу, амплитуду и способность следовать строго по заданному пути. Несложно догадаться, что эти волноводы могут эффективно выступать в качестве модуляторов, при помощи которых в спин-волны внедряется передаваемая информация, и в качестве детектора, который позволяет считывать переданную информацию.

Данные исследования проводились под патронатом Международного общества Марии Кюри (Marie Curie International Outgoing Fellowship), а финансирование работ обеспечивал грант, предоставленный Исследовательским управлением армии США (Army Research Office).

http://www.dailytechinfo.org/nanotech/5593-uchenym-udalos-sgenerirovat-magnitnye-spin-volny-sposobnye-effektivno-perenosit-informaciyu-i-energiyu.html
22 Янв 2016 23:38 от Admin | Просмотры: 6318 | Комментарии: 4

Необычные ветряки, или в чем выделились изобретатели из Испании
791-0
Лопасти у испанского ветряка отсутствуют. Это стало возможно благодаря эффекту Кармана. Как же он выглядит? Vortex Bladeless – это конус перевернутой формы, весьма длинный. Он в процессе своей работы образует вихри за счет движения данного конуса. Колебание, которое достигается с помощью магнитов, преобразуется в электроэнергию. Установка не оснащена деталями, которые может быть тяжело обслуживать. А шум и опасность для летающей «живности» исключены.
Ветроэлектростанция имеет множество плюсов. Среди преимуществ можно отметить следующее:
низкие затраты на монтаж;
экономичная эксплуатация.

* Поиск


* Мини-чат

Обновить История
  • Admin: тест
    08 Окт 2016 18:33
  • 3.14kaso: проверено. работает.
    14 Июн 2016 23:36
  • Vasilius: проверка связи
    09 Июн 2016 00:59
  • Vasilius: тук-тук
    09 Июн 2016 00:58
  • Bronepoezd: 111
    05 Мар 2016 13:08
  • will: 0_0
    01 Янв 2016 14:07
  • will: 2016
    01 Янв 2016 14:07
  • will: тест
    01 Янв 2016 14:07
  • will: С новым 2016 годом!!!
    01 Янв 2016 14:07
  • Bombar: ну хоть тесты отличные
    19 Дек 2015 23:52
  • 3.14kaso: тестировеание проходит отлично
    19 Дек 2015 10:10
  • Admin: тест
    18 Дек 2015 17:18
  • Bronepoezd: еее
    21 Ноя 2015 17:37
  • Bronepoezd: ttt
    21 Ноя 2015 17:37
  • Bronepoezd: тут цензуры нет?
    09 Сен 2015 17:23
  • DIMAG: уууу
    04 Сен 2015 21:38
  • PReva: чу
    30 Авг 2015 16:11
  • will: ы
    09 Авг 2015 15:32
  • Bombar: всё это очень подозрительно!
    01 Авг 2015 10:26
  • Bronepoezd: чо он идет не так как хочу
    31 Июл 2015 18:39