Табиғатта кездесетін көпіршік ату құбылыстары

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті Физика-техникалық факультеті

Радиотехника, электроника және телекоммуникация кафедрасы

Курстық жұмыс

Тақырыбы: Көпіршік-ату құбылысы табиғи ортада орын алатын жағдайларды жинақтап, соларға қазақша-орысша-ағылшынша түсініктеме беріп, электрондық оқулық түрінде құрастырып, Интернет жүктеу

Пән атауы: Цифрлық байланыс технологиялары

Тексерген: Әбубәкір Әзенұлы

Орындаған: Төлентай Наслизат

Тобы: РЭТ-35

Нұрсұлтан қаласы 2019 ж

Мазмұны:

І. Кіріспе . . .

Көпіршік-ату құбылысы дегеніміз не ?
Табиғатта кездесетін көпіршік ату құбылыстары

ІІ. Негізгі бөлім . . .

2. 1. Көпіршік-ату құбылысының табиғатта орын алатын жағдайлары 2. 1. Көпіршік-ату құбылысының кері және оң әсерлері

ІІІ. Қорытынды бөлім . . .

3. 1.

Анықтама. Көпіршік-ату (кавитация - cavitation) деп, белгілі бір алғышарттар орындалғанда, көпіршіктік құрылымдардың - қуыстардың арнайы бір субстанцияда пайда болып, мәжбүрлі түрде жарылып, содан күтулі және де күтпеген соңғы әрекеттердің туындауын айтамыз. Кейде бұл құбылысты немесе үдерісті көпіршік-ату ерен құбылысы (КА-ЕҚ) немесе көпіршік-ату феномені (КАФ) деп те атаймыз. Көпіршік-ату - өзіндік күшке һәм энергияға ие - олар көпіршік-ату күші (КАК) және көпіршік-ату энергиясы (КАЭ) делінеді. Табиғатта көпіршік-ату энергиясын “еркін энергия” ретінде қабылдаған жөн болмақ, өйткені табиғи радиациямен қатар (Вернадскийдің пайымдауы бойынша), көпіршік-ату - энтропияның қисапсыз өсуін тежейтін ерекше құбылыс. Сондықтан да, табиғи көпіршік-ату күшін түбегейлі әсерлесу күштерінің (ТӘК) жетіспей тұрған кезектегі күші десек қателеспеспіз деген ойдамыз. Сөз орайы келіп тұрғанда айта кетейік: табиғи радиациялық күшті де - ионданудың сәулелену күшін де осы ТӘК қатарына қосқан да дұрыс болады деген сенімдеміз; солай етсек, ТӘК құрамындағы күштер саны жетіге жетіп, табиғат пен адамзат тіршілігінде жеті санының киелілігі орныға түсіп, оның ерек сипаты айқындалары хақ. Көпіршік-атудың ауадағы және судағы жарқын мысалдарын атап өткен жөн, олар мейлінше көп кездеседі және де тыңғылықты зерттеліп, адамдардың күнделікті тіршілігінде, жаңармалы технологияларда елеулі орын алуда - деуге тұрарлық. Бір ғасыр бұрынғы кезеңдерде мамандар ортасында - кеме құрастырушылар мен гидро- және жылу электрстансалар тұрғызушылар арасында теріс пікір мен көзқарас туындатушы құбылыс болғанымен, өткен ғасырдың орта шенінен бастап, КА-ЕҚ пен КАФ деген терістер біртіндеп оң пікір мен көзқарасқа ауыса бастады. Оған осы XX ғасырдың 30-50- жылдарында, дәлірек айтсақ 1931-1934 һәм 1946-1947 жылдары кавитациялық Ранк-Хилш құбырының (РХҚ) пайда болып [4] -[14], соның негізінде арқандық-құйындық Ранк-Хилш (АҚК-РХҚ) технологиялық базалық құрауышының құрастырылуы зор рөл атқарғандығын атап өткен жөн болмақ [4] . Ендігіде ары қарай талқылауларымызды жалғастыру үшін элементарлық бөлшектерге ұқсас (ЭБ) көпіршік-атудан туындаған жаңа неологизм түрлері болып табылатын «CAVITation»+«IONization» сөз жұбынан туындаған «cavition»

- кавитион, қысқаша ci: ci1 -атом-нуклондық құрылымдар үшін, ci2 - молекулалық құрылымдар үшін, бұл екеуі микроәлем үдерістеріне арналған; кавитиондардың ci3 һәм ci4 түрлері - макроәлем үдерістеріне арналған: ci3 - макромолекулалармен байланысты үдерістерге, ал ci4 - көзбен көріп, бақылауға болатын үдерістерге арналған

[5] .

Сонымен де, ci1f - фотоннан түрленген кавитион, ci1e - электроннан түрленген кавитион болсын делік, осы екеуінің өзара бір-бірінен айырмашылығы бар ма? Бар! Өйткені, ci1f - біріншісі жарылғанда бірден жарық квантын шығарады да, дыбысты адам құлағы естімейтін диапазонда қалыптастырады, ал ci1e - екіншісі жарылғанда жарықты бірден адам көзі көретіндей шығармайды, бірақ адам көзі бірден көрмейтіндей етіп, ал дыбысты адам құлағы бірден естімейтін диапазонда қалыптастырады (ЭМ құбылысында олардың бар екенін біз өте жақсы білеміз!) . Яғни, жарық квантын шығаруда кавитионның бұл екі түрі бір-біріне ұқсамайды, ал дыбыс шығаруда бұл екеуі бір-біріне ұқсайды. Физикада фотон мен электрон екеуі де ЭБ болып есептелгенмен, фотон - корпускул, ал ЭМҚ туындататын еркін электрон - толқын ретінде есептеліп, қарастырылады. Тиісінше, электрон қозғалатын өткізгіштің айналасында ЭМ өріс пайда болады да, ол мұқиат зерттеледі, ал жарық шығарып қозғалып келе жатқан фотонның айналасында өріс қалыптасады деп, зерттелгенін кездестірмедік. Мінеки, осындай кереғарлықтан келіп, жарық пен электрлік екі құбылысын да ЭМ деп есептеу дұрыс болар ма екен(?) - деген заңды сұрақ туындайды. Егер осы күнге шекті физиканың тұжырымдағанындай болса, адамзат электрлік пен ЭМ құбылысты Күн-Құдай сыйлаған жарықтан керегінше ала

бермес пе еді, бір-бір жарым ғасырдай уақыт сарсаңға салынып, электрлікті іздеп, жүздеген тәжірибелер жасап, несі бар еді!? Біздің айтпағымыз - түсінікті: ci1f пенci1e екеуі де кавитион, бірақ әрқайсы өзінше бар болады, өзіндік атрибуттарымен ерекшеленеді, физиканың әзірге еш саласы оларды толықтай сипаттай алмайды, өйткені осы күнге дейін біз құйттап отырған кавитация - көпіршік-ату табиғаттың түбегейлі құбылысы, ал көпіршік-ату күші (КАК) табиғаттағы түбегейлі күштердің (ТТК) - гравитациялық, электрлік, магниттік, әлсіз және күшті ядролық - бесеуінің қатарына қосылуға тиіс алтыншы күш болады деп, ал көпіршік-ату энергиясы (КАЭ) табиғи радиациямен қатар еркін энергия рөлінде мойындалады деп - кім ойлаған. Осы жерде айтпай кетуге болмайтын тағы бір ойдың шеті көрініп тұрғандай: «қоршаған ортадағы радиация мен радиациялық энергия һәм күш бүгінге шекті неліктен ТТК қатарына қосылмаған?». Шынтуайтыне келсек, ТРФ - табиғи радиациялық фон деген тұрақты сөзтіркес баяғыдан қалыптасқан, табиғатты радиациясыз елестету мүмкін емес, ТРФ әлсіз және күшті ядролық күштерге жатпайды, тіптен, тіршілік атаулы ТРФ болмаса, биосфера болып дами алмас еді, бұны мамандар жақсы біледі: флора мен фаунада жасушалық деңгейде зат алмасу ТРФ әсерінің тікелей араласуымен ғана жүреді екен. Әлбетте, ТРФ әсері - күші мен энергиясы көзге көрінбейді екен - деп, осы күнге дейін ТТК қатарына енгізілмегені түсініксіз іс - демекпіз. Сөйтіп, табиғи құбылыстарда орын алып жүрген 7 санының қасиеттілігін ескере отырып (7 ноталық дыбыс бірліктері, 7 кемпірқосақтағы түс бірліктері), біз ТТК құрамын жетіге дейін ұлғайтуды ұсынамыз: «гравитациялық, электрлік, магниттік, әлсіз, күшті ядролық, кавитациялық және радиациялық». Осы арада В. И. Вернадскийдің айтқан тұжырымын еске алмай болмас: «Табиғатта энтропияның қисапсыз ұлғаюына тосқауыл болатын бір ғана күш бар, ол - өздігінен қалпына келіп отыратын табиғи радиация!». Сондықтан да, ТРФ энергиясын Вернадский «еркін энергия» деп атаған. Біздің пайымдауымыз бойынша, еркін энергия рөліне лайық тағы бір энергия көзі бар, ол - КАК, КАЭ! Мінеки, енді жаңа эйнштейндер келіңдер, «Ұлы бірегейлікті - Великое объединение - Great union» заң ретінде дәлелдеңдер де, соның теңдеуін іздеңдер! Эйнштейн демекші, осы мәнмәтінде (контекст) А. Эйнштейннің 1905 жылғы зерттеулеріне негіз болған 1887 жылы Г. Герц ашқан фотоэффект құбылысына және де

«квант» ұғымын ғылым айдынына алып келген М. Планктің 1900 жылы ашқан жаңалығына да тағы бір көңіл бөліп қойғанды жөн көріп отырмыз: бұл жаңалықтар біздің талқылап жүрген ғылыми ізденістерімізге де қатысы болатынға ұқсайды. «Атом ЭМ импульстік сәулеленуді үздіксіз емес, дискретті түрде - үзік-үзік етіп, шақ-шақтап шығарып-жұтады екен, яғни бұл сәулеленудің кванттап шаққандағы энергиясы E= h·υ, мұнда υ - сәулелену жиілігі, h - кванттап әсерлесудегі әр квантқа сай әсер (күш), ол Планк тұрақтысы деп аталады, h= 6, 626×10-34 Дж·сек немесе ħ= h/(2·π) - Планк-Дирак тұрақтысы» [2] -[3] . Осы мәнмәтіндегі дискреттілік біздің жоғарыдағы ci1 кавитионы табиғатына байланысты айтқан құбылмалылыққа сарындас, ал жоғарыдағы Шрёдингер теңдеулері туралы талқылаудағы толқындылық ci1 кавитионының тербелмелілігімен сарындас екенін аңғару қиын болмас. Аталмыш ci1 кавитионы үшін толқындылық мүлде жат дей алмаймыз, өйткені жоғарыда ол жарылып-толықсып отырады дедік қой, бұл үдеріс қайта-қайта қайталанған кезде толқынданғандай құбылыс туындатады, бірақ физикада бейнеленетін толқыннан бөлек бұндай көрініс. Сондықтан да, біз бұл құбылысты кавитиондардың қайтымды құбылмалы жарылып-толығатын тербелме феномені - ерен құбылысы демекпіз (ҚҚ-ЖТ-ТФ - ОФ-СВ-ПК - обратимый феномен схлопываний-восстановлений пульсирующих колебаний кавитионов - RP-CR-PO - reversible phenomenon of collapsing-restorations of pulsating oscillations of cavitions) . Бұл әдістеме ЭМҚ нақты құпиясын ашудан, оның табиғатын дөп басудан зерттеушілерді

бұрып әкетті. Осы әдістемеге сүйеніп, электрлік құбылыс пен магнетизмнің практикада жүзеге асырылған нәтижелеріне қарық болған адамзат бұл құбылыстың басқаша табиғаты болады дегенді естігісі келмеген сыңайлы. Мамандарға келетін болсақ, әңгіме - басқаша ойлауда. Біз бұл ойымызды фотоэффект теориясын талқылау арқылы айқындайық. Бұл теорияны Генрих Герц пен Макс Планктың тәжірибелік һәм теориялық нәтижелеріне сүйеніп, 1905 жылы сол кезде жас ғалым Альберт Эйнштейн жасап, ұсынған болатын.

Эйнштейннің теориясына негіз болған жәйт - жарықтың кванттық түрде сәулелену энергиясының әсерімен металдан электрондардың босап шығуы болды. Эйнштейн теориясында фотоэффект былай түсіндіріледі: металға түсірілген жарықтың квантын бойына сіңіріп алған электрон энергияның мынадай шамасына ие болады h·υ. Содан, босап шыққан әр электрон оны өз атомында ұстап тұрған әлсіз ядролық күштің энергиясына тең энергиядан айырылады (ол шаманы Эйнштейн босап шығу жұмысы Aшығ деп атаған!) . Шынтуайтына келсек, бұл жұмыс емес, әлсіз ядролық күшті өңгеріп шығуға жеткілікті энергия, мұнда бұл энергияны потенциалдық энергияның баламасы деуге болады, өйткені осы энергияның арқасында электрон өз атомындағы ядроның үстінде ілінген күйде ядроны айнала қозғалады деуге болады, басқаша айтсақ, бұл - электронның атом құрамындағы абсолютті қозғалысының энергиясы, ал Гейзенбергтің сөзімен айтсақ: анықталмағандық жағдайындағы электронның атомда бар болуы, әрекеттенуі (∆x·∆px≥ħ/2) ! Эйнштейн электронның босап шығу Aшығ жұмысын пайдаланып, оған дарытылатын кинетикалық энергияны былай анықтайды: m·v2/2 = h·υ - Aшығ (қазіргі жағдайда бұл формуланы былайша жазуға тиіспіз: m·c2/2 = h·υ -

Aшығ) . Осыдан келіп, Эйнштейн өз теңдеуін жазады: h·υ = m·v2/2 + Aшығ(қазіргіше жазсақ: h·υ = m·c2/2 + Aшығ) . (1) Әлбетте, дәл сол уақытта жарық жылдамдығынан бастап, атомдағы ядролық күштерге шекті көптеген құпиялар әлі ашылмаған еді, сондықтан біз жаңаша ой топшылап, Эйнштейннің теңдеуін жаңаша қорытып жазуымыз қажет екені хақ. Сонымен, металдан босап шыққан электрон фермионға жататындықтын әлсіз ядролық күшті (weak nuclear force) еңсеретін Ewnf - WNF-энергияны жоғалтады (бұл жоғалтылатын энергияны атомның ионизациялану энергиясы десек те болар еді!), бірақ соның есесіне еркіндік алған электрон (released electron) кавитионға айналып, қосымша “метаморфоз - ғажайып түрлену” энергиясын (energy “metamorphosis” from the transformation of an electron into a cavition) - Ee-c бойына сіңіріп алады. Сондықтан да, еркіндік алып, кавитионға түрленіп шыққан электронның энергиясы мынадай болады: Ere-c= h·υ-Ewnf +Ee-c. Мұндағы “метаморфоз” Ee-c энергиясын еркіндік алған электрон өз атомындағы энергетикалық шұңқырдан - өзіндік миниатюрлі өрісінен алып шығады. Олай болмаған күнде электрон - “жалаң болып, сопиып” (“Naked like a falcon”), өзіндік энергиядан жұрдай болып шыққан болар еді.

Осыдан келіп, h·υ = Ere-c + Ewnf - Ee-

c. (2) Бұны біз көпіршік-ату теориясына сәйкес Эйнштейн теңдеуі деп атаймыз! Задында, Герц, Планк һәм Эйнштейннің XX ғасыр басындағы кезеңде «кавитация - көпіршік-ату» ұғымы ғылыми категория санатында және де сол ұғымнан тікелей туындаған «кавитион» неологизмі мүлде болмады. Сондықтан да, көпіршік-ату теориясын жасай отырып, біздер осы күнге дейін қол жеткізілген ғылыми жетістіктерді қайта “Эротосфен елегінен” өткізуіміз керек. Олай ету: - біріншіден, сол классикалық жетістіктерді араға ғасыр салып, тағы бір тексеріп, зерделеу болса; - екіншіден, жаңа жасалып жатқан теорияға ұзақ уақыт бойы сараптамадан өткен - “болары болып, бояуы сіңген” білім-ілім тұрғысынан жасалған сынақ іспеттес болмақ. Енді кавитион өзіне сәйкес электрон босап шыққан соң, өткізгіштің бойына тап болса, онда ол соның бойымен жарықтың c жылдамдығымен, m·c2/2= h·υ-Ewnf кинетикалық

энергиясының арқасында зымырай қозғалады да электрлік құбылысын туындатады. Ал, оның “метаморфоз - ғажайып түрлену” Ee-c энергиясын кавитион микрожарылысқа айналдырады, сонда пайда болған қосымша энергия кавитионның қайта қалыптасуына жұмсалады, соның нәтижесінде микрожарылыс қайталанып, сонда пайда болған қосымша энергия кавитионның қайта қалыптасуына жұмсалады, осы үдеріс тоқтаусыз кез-келген ұзақ уақытқа созылмақ . . . Бұндай құбылыс электронға да, фотонға да тән. Демек, бұл мәнмәтінде Эйнштейннің классикалық теңдеуі кавитионның қозғалғыштығын және де электр энергиясын қорыту қабілетін қамтамасыз етеді, ал “метаморфоз” энергиясы кавитионның ci1 сапасында бар болуына, әрекет етуіне кепіл болмақ. Осы мәнмәтінде айтылған ойлар сонымен қоса, біздің бұрынырақ тұжырымдаған негізгі нәтижелеріміздің бірін нақтылай түседі: ci1 сапасындағы кавитион өзі түрленіп отырған электронға

«қозғалғыштық» қасиет дарытады және де бұл қозғалыс сол электрон үшін салыстырмалы қозғалыс болмақ (электронның өз атом құрамындағы абсолютті қозғалысымен салыстырғанда!) . 6 Есеп-қисапқа бір мезгіл ден

қойсақ . . . Кавитионның басқа

атрибуттарын анықтайық: период Θ= 1/υ сек, мұнда υ - жиілік, оның мәні фотон үшін: υ= 6·1014 Гц, яғни Θ= 1/(6·1014) = 1, 7·10-15 сек; электрон үшін гироскоптық жиіліктің (тұрақты магниттік дөңгелек өрісте) мәні: ω= m·c2/h = 9, 1·10-31·9·1016/(6, 62·10-34) = 12, 4·1019 Гц, яғни периодтың мәні Θ= 1/(12, 4·1019) = 8·10-21 сек. Егер магниттік өріс ұзынға созылған болса, онда бұрыштық жиілік ω= e·B/m формуласымен анықталады, ал резонанстық жиілік υ= ω/(2·π) формуласымен анықталады, мысалға B=0, 01 Тл

болғанда, υ= ω/(2·π) = e·B/(2·π·m) = 10-2·1, 6·10-19/(2·π·9, 1·10-31) = 2, 8·108 Гц, яғни мұндағы период мәні Θ= 1/(2, 8·108) =3, 6·10-9 сек. Бұл есептеулер нені көрсетеді?

Жоғарыда айтқанымыздай, ci1 кавитионына түрленген ЭБ (әзірге әңгіме арқауы болып отырған фотон мен электрон) классикалық физикадағы толқынның өзі болмағанымен, өте жоғарғы υ жиілікті ҚҚ-ЖТ-ТФ - тербелмелі құбылыс болатынына көзіміз жетіп отыр.

Сондықтан да, период ұғымына біз бекер көңіл бөліп отырған жоқпыз. Периодтың әр мәні Θ уақыт аралығында кавитион жарылып-толықсып - қайта қалпына келіп үлгереді. Демек, жуықтап айтқанда Θ/2 уақыт аралығында кавитион жарылып, келесі Θ/2 уақыт аралығында кавитион толықсып, қайта көпіршік қалпына келе қалады. Периодтың көмегімен ci1 сапасындағы кавитион қандай қашықтықты қанша уақытта өңгеретінін оңай анықтауға болады: фотон әр период уақытында Θ·c≈ 1, 7·10-15·3·108 = 5, 1·10-7 м қашықтық өңгереді; мысалға Күннен Жерге дейінгі қашықтық 14, 96·1010 м, яғни Θ·(14, 96·1010/(5, 1·10-7) ) ≈1, 7·10-15·2, 9·1017 сек = 4, 93·102 сек = 493 сек ≈ 8, 2 мин. Демек, Күннен шыққан фотон 8, 2 мин уақыт ci1 сапасындағы кавитион түрінде қозғалып, Жерге жетеді. Электрон үшін бір мысал келтірейік: оның жылдамдығы v= 105 м/сек (бұл Т= 300 ºК температурасына сәйкес келетін электронның vТ термо-жылдамдығы болып табылады) ; бұл электрон әр период уақытында Θ·v= 3, 6·10-9·v = (3, 6·10-9 сек) ·(105 м/сек)

= 3, 6·10-4 м қашықтық өңгереді; мысалға 1000 км қашықтыққа созылған өткізгіштің соңғы нүктесіне дейін жетуге Θ·(106/(3, 6·10-4) ) = 3, 6·10-9·106/(3, 6·10-4) = 10 сек қажет, яғни 1000 км созылған ЭТТ (ЛЭП) бойымен қозғалған электрон 10 сек уақытта соның бастапқы нүктесінен бастап, соңғы нүктесіне дейін ҚҚ-ЖТ-ТФ түрінде қозғалып жетеді екен. 7 Атомның кавитиондық нобайы: ескертпенің де ерен маңыздысы болса

ше?. . Ескертпе. Атомның құрылымын, қасиеттерін һәм атрибуттарын зерттей келе, біздің көзіміз мынадай қызғылықты жәйтке жеткендей болады: «Атом - нендей феномен - өзінің болмысымен, құрам-құрылысымен көпіршіктің нағыз өзі емес пе екен?» - дегендейін, бір жағынан сұрақ, ал екінші жағынан - болжам: электрондардың энергетикалық шұңқырлары - деңгейлері тұманданып, бұлт аспанды торлағандай

атомның ішкі аумағын айнала қоршап тұрады - көпіршіктің қабыршағы іспеттес; осы қабыршақты “керіп” тұратын атомның ядроны ортаға алған ішкі дүниесі, мұнда ядро мен қабыршақтың арасы - вакуум не квазивакуум! Бұл ескертпедегі жай ғана сұрақ қой. Ал, бұдан туындайтын сұрақтардың сұрағы: «Бұл атом-көпіршік жарыла ма өзі, яғни кавитация - көпіршік-ату үдерісін туындата ала ма?». Бұл супер-сұраққа жауапты Күнге қарап, табуға болады ғой деп топшылаймыз. Шынымен де, Кұн ядросында, қойнында, бетінде һәм айналасында - тәжінде тынбай жүріп жататын химиялық заттардың бір-біріне түрленулері, ядролық һәм синтездік реакциялар, термоядролық һәм қайталама-тіркес реакциялар, жарылыстар мен сәулелену құбылыстары, солардың кейбірі атомдардың жарылуы мен сәулеленуі, ыдырауы мен ионизацияға ұшырауы, бір зат атомынан екінші зат атомына түрленуі арқылы жүретіндігі белгілі. Мысалы Күндегі мына ең көп тараған реакцияны алайық [4] : 2D + 3T -> 4He + n + 17, 6

MeV, (3) мұнда энергия «нейтрондану» оқиғасына негізделгендіктен былай анықталады: E = m·v2/2 = 1, 67·10- 27·(5, 8·107) 2/2 = 2, 8·10-12 [J] = 17. 6 [MeV] (4) (1 эВ ≈ 1, 6⋅10−19 Дж - [J] ; 1 Дж ≈

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.