Хронофизических свойств материалов.

Хронофизических свойств материалов.

 

 

Вейник А.И., Комлик С.Ф.

 

УДК 622.22: 530.1

 

Вейник А.И., Комлик С.Ф. Комплексное определение хронофизических свойств материалов. – Мн.: Навука i тэхнiка, 1992. – 95 с. – ISBN 5-343-00936-0.

 

Рассматриваются известные ранее хрональное и метрическое явления и новые термоэлектрические эффекты. Они позволяют успешно нарушать следующие известные законы физики: третий механики Ньютона, сохранения количества движения, Вольта, второй термодинамики Клаузиуса и т.д. Описываются способы экспериментального определения главных свойств перечисленных явлений и эффектов, что дает представление о количественной стороне указанных нарушений и о возможностях практического их применения.

Предназначена для научных и инженерно-технических работников, преподавателей, аспирантов и студентов, а также широкого круга читателей, интересующихся этими вопросами.

Табл. 7. Ил. 21. Библиогр.: 14 назв.

Рецензенты;
акад. АН Беларуси Г.А. Анисович,

д-р техн. наук А.А. Шипко.

 

Введение.

 

       Весьма интересно, что человеку на каждом шагу приходится сталкиваться с такими хорошо всем известными и привычными понятиями, как время и масса. Например, в обыденной жизни нам более или менее часто приходится поглядывать на часы, а при покупках продуктов и многих других товаров – на весы. Однако мы обычно не задумываемся над физическим содержанием этих понятий. Но даже если бы и задумались, например, в научном исследовании, то ничего особенного а них обнаружить не смогли бы: как правило, они выполняют у нас лишь роль неких вспомогательных служебных параметров, в обезличенной (универсальной) форме характеризующих определенные стороны различных процессов и тел.

       Вместе с тем время и масса содержат в себе нечто такое, что всегда непостижимым образом привлекало к ним жгучий интерес со стороны творчески мыслящих личностей самых разных профессий – художников, поэтов, ученых, не говоря уже о философах. Теперь мы знаем, что этот интерес вполне оправдан, ибо «за спиной» времени и массы (точнее, пространства) притаились явления, которые призваны в корне изменить все наше миропонимание, опрокинуть все наши привычные взгляды и представления. Обнаружить раньше эти явления было невозможно, так как не созрел еще должный научный фундамент, названный Томасом Куном парадигмой [13].

       На поверку оказалось, что «за спиной» времени стоит некое новое явление, именуемое хрональным (от греческого chronos – время), а «за спиной» массы – новое метрическое явление (от греческого metron – мера, размер). Время входит в состав хронального явления, а масса – в состав метрического и по существу представляет собой меру количества пространства. Хрональное и метрическое явления в совокупности образуют основу нашего хронально-метрического мира, самым важным и характерным представителем которого служит человек.

       Все это было обнаружено в рамках термодинамики реальных процессов, именуемой также общей теорией (ОТ) природы [10]. Эта новая теория сейчас интенсивно развивается, получено большое множество весьма интересных, принципиально важных и крайне перспективных результатов. В частности, было теоретически сформулировано семь фундаментальных законом природы (начал): сохранения энергии, сохранения количества вещества, состояния, взаимности, переноса, увлечения и заряжания (диссипации); из них новыми являются второе, третье, четвертое и седьмое. Этим началам обязаны подчиняться все явления, включая неизвестные ранее хрональное и метрическое. Благодаря этому последние влились в общий круговорот бесчисленных явлений природы, что сделало новые время и пространство легко управляемыми, подобно аналогичным характеристикам других простых явлений – теплового, электрического, магнитного и т.д. В результате безобидные на первый взгляд служебные параметры – время и масса – вдруг обрели способность проявлять свою самостоятельность, выходить из-под привычного контроля и нарушать многие физические законы. Например, оказалось возможным нарушить третий закон механики Ньютона и закон сохранения количества движения, то есть открыть путь для реального осуществления так называемого безопорного движителя, который при своем движении не опирался бы на землю, воду, воздух или реактивную струю.

       Как это звучит ни парадоксально, но не менее интересные, важные и перспективные результаты удалось получить также из того, что отсутствует в ОТ. Речь идет о втором законе классической термодинамики (и энтропии), которого нет в ОТ, ибо природа его не знает. Поэтому вместе с ним теряют силу и все его запреты, включая тепловую смерть мира, неосуществимость вечного двигателя второго рода, по терминологии Вильгельма Оставальда (вечного реального самопроизвольного движения с трением), невозможность практического использования теплоты источника одной температуры – земли, воды или воздуха, невозможность преобразования теплоты в работу или электроэнергию с коэффициентом полезного действия (КПД) 100% и т.д.

       Любопытно, что упомянутые нарушаемые законы, входящие в состав фундамента современных теоретических представлений, защищены «Указаниями по составлению заявки на открытие» Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий в следующей запретительной форме: «4. Не принимаются к рассмотрению в качестве заявок на открытия материалы, в которых описаны... д)...движение за счет внутренних сил, получение КПД устройств, равного или более единицы, и т.д.» Движение за счет внутренних сил нарушает закон сохранения количества движения, а КПД, равный единице (100%), - второй закон термодинамики Клаузиуса (КПД более единицы имеет в виду нарушение первого закона термодинамики, или закона сохранения энергии, что, по терминологии Вильгельма Оставальда, соответствует вечному двигателю первого рода, или просто вечному двигателю – ptrpetuum mobile, но такие двигатели в принципе невозможны).

       Вполне естественно, что именно эти запреты «Указаний» определили содержание решающих экспериментов, предназначенных для решения судеб старых и новых представлений, старой и новой теории. В результате было создано большое число реально действующих устройств типа БМ, имеющих целью «движение за счет внутренних сил», и ПД, представляющих собой вечные двигатели второго рода [10].

       Осуществление БМ и ПД оказалось возможным только благодаря наличию в природе всеобщей связи явлений и благодаря тому, что эта связь была положена в основание новой теории. Всеобщую связь хорошо отражают уравнения состояния и переноса, где основные коэффициенты определяют главные свойства изучаемых явлений, а перекрестные – количественную сторону их взаимного влияния (взаимной связи). Поэтому становится весьма актуальной задача экспериментального определения указанных коэффициентов, особенно это касается неизвестных ранее явлений, и перекрестных коэффициентов, без знания которых невозможно судить о количественной стороне несоблюдения соответствующих законов, в результате чего затрудняется инженерное проектирование устройств БМ и ПД различного типа и правильное определение возможных областей их применения на практике.

       Таким образом, настоящая книга в известном смысле дополняет монографию [10] и может служить количественной иллюстрацией к некоторым описанным в ней решающим экспериментам. При разработке экспериментальных методов определения главных свойств явлений и необходимых расчетных коэффициентов особое внимание было обращено на следующее обстоятельство.

       До сих пор наиболее распространенными были методы, позволяющие находить из опыта лишь один какой-либо основной коэффициент, например теплоемкость, электроемкость, теплопроводность, электропроводность (электросопротивление), магнитную проницаемость и т.п. Причем для каждого конкретного явления были разработаны свои особые подходы, различающиеся условиями экспериментов, размерами, конфигурацией и способами крепления испытуемых образцов и т.д. Для основных коэффициентов это в большинстве случаев вполне приемлемо, но для перекрестных, обладающих существенно меньшей величиной, неодинаковые условия экспериментов, а следовательно, и разная их погрешность, а зачастую также невозможность использовать один и тот же образец при воздействиях различного рода могут сильно исказить результаты и привести к ошибочным выводам о количественной стороне взаимного влияния явлений.

       В связи с этим возникла настоятельная потребность создать методы, в которых в течение одного опыта различные воздействия оказываются на один и тот же образец в одних и тех же условиях; такие методы именуются комплексными. Проще всего это удается сделать для термических и электрических явлений; соответствующий метод и полученные с его помощью результаты описаны в гл. 3. Эти результаты легли в основу осуществления некоторых термоэлектрических типов ПД.

       Особый интерес представляет хрональное явление. Во взаимодействии с метрическим оно создает условия, необходимые и достаточные для нарушения третьего закона механики Ньютона и закона сохранения количества движения. Ранее хрональное явление было неизвестно, поэтому работа по определению его главных характеристик и хронофизических свойств различных металлов и неметаллических материалов проводится впервые. Здесь (см. гл. 1) излагается самый простой приближенный метод комплексного определения всех этих характеристик и свойств в одном опыте и на одном образце. Главные характеристики позволяют судить о количественной стороне нарушения соответствующих законов механики; это нарушение составляет основу принципа «движения за счет внутренних сил» (БМ). Знание хронофизических свойств материалов важно при конструировании соответствующих БМ, особенно при изготовлении хрональной изоляции, всевозможных экранов и защиты экспериментатора от хрональных излучений; этому вопросу следует уделять повышенное внимание. Все это вместе взятое будет способствовать лучшему пониманию физической сути хронального явления, что, несомненно, должно открыть ему более широкий выход в практику.

       Что касается неизвестного ранее метрического явления, то некоторые его свойства уже были изучены достаточно подробно в механике, только ранее они не рассматривались с позиций, получивших развитие в новой теории, поэтому многие важные черты этих свойств оказались вне поля зрения прежних исследователей (см. гл. 2).

 

Глава 1.

Примеры измерения агрегатных превращений.

 

Все процессы природы, протекающие в живых и не­живых объектах, сопровождаются излучениями хронального поля. Поэтому, чтобы подтвердить работоспособ­ность описанных датчиков и электронной аппаратуры, целесообразно рассмотреть несколько конкретных слу­чаев их использования, например при измерениях агре­гатных превращений и напряжений, возникающих в ме­таллических и неметаллических материалах. Эти примеры хорошо иллюстрируют количественную сторону хрональной проблемы и одновременно представляют самостоя­тельный практический интерес.

На рис. 1.5 приведены результаты сравнительных из­мерений с помощью описанного комплекса частоты n и температуры Т в функции времени t плавящейся и за­твердевающей в керамической форме висмутовой отлив­ки (а - в)н тающего льда (г).

 

Рис. 1.5. Влияние агрегатных превращений на частоту:

а - плавле­ние и затвердевание висмута, датчик ДГ-1;

б - то же, датчик ДГ-2;

в - затвердевание висмута, датчик ДГ-3;

г - таяние льда, датчик ДГ-3.

 

Предварительное рас­плавление висмута в форме осуществляется с помощью специального электрического нагревающего устройства, управляемого от ИВК, температура измеряется хромель-копелевой термопарой. Датчик располагается в специальной хроноизолированной камере на одном конце фо­кусирующего устройства, представляющего собой труб­ку из нержавеющей стали длиной 1 м и внутренним диаметром 15 мм; трубка заземлена и покрыта хроноизолирующим материалом. Другой конец трубки направ­лен на интересующий нас участок отливки. Для устра­нения тепловых конвективных потоков воздуха от отлив­ки к датчику на оба конца трубки надеты стеклянные колпачки.

На рис. 1.5 все сплошные кривые 1 и опытные точки соответствуют изменению частоты D n, фиксируемой дат­чиком; штриховые кривые 2 определяют температуру Т,фиксируемую термопарой. Горизонтальные участки кри­вых 2 характеризуют длительность процессов плавления и затвердевания, вертикальные штриховые линии 3 - 6 отсекают на частотных кривых эти же длительности. Из сопоставления кривых I и 2 видно, что началу и концу агрегатного превращения соответствуют резкие измене­ния частоты, причем длительность превращения можно с равным успехом определять как по температурном кри­вой, так и по частотной. Отсюда можно сделать вывод об удовлетворительной работоспособности датчиков и измерительного комплекса, а также о том, что хрональный метод вполне приемлем, например, для дистанцион­ного контроля длительности затвердевания отливки пли слитка [10].

Обращает на себя внимание тот факт, что датчики ДГ-2 н ДГ-3 почти на три порядка более чувствительны, чем основной датчик ДГ-1, в котором под действием хронального поля изменяется частота колебании кварцевой пластинки. Но при этом ДГ-2 и ДГ-3 более подвержены всевозможным наводкам.

Между вертикальными штриховыми линиями 3 и 4 происходит плавление материала, а между 5 и 6 - его затвердевание. Из рис. 1.5, а видно, что плавление висмута сопровождается ростом активности хронального поля, повышением его хронала (и частоты) и снижением скорости хода реального времени, а затвердевание - уменьшением хронала и увеличением скорости хода ре­ального времени, причем датчик ДГ-2 только умножает этот эффект (рис. 1.5, б).В свою очередь датчик ДГ-3 не только умножает, но и «переворачивает» эффект: при плавлении частота падает (рис. 1.5, г),а при затверде­вании возрастает {рис. 1.5, в). Именно этот случаи ого­ворен в предыдущем параграфе, он обусловлен особен­ностями микросхем 531ЛАЗП и 561ЛА7.

 

Измерение напряжений.

 

Уже говорилось, что все процессы сопровождаются хрональнымп излучениями. В частности, датчик реагирует на изменение напряженного состояния материала, на появление трещин и т.д. На рис. 1.6, а и б отражены результаты опытов с керамическими (алундовыми) труб­ками. В случае а трубка с наружным диаметром 22 мм, толщиной стенки 2 мм и длиной 280 мм была помещена на две опоры и нагружена посередине массой 22,4 кг. Внезапный сброс нагрузки в момент, отмеченный вер­тикальной штриховой линией 1,привел к резкому умень­шению частоты примерно на 200 Гц, частота восстановилась через 70 с. В опыте б трубка с наружным диа­метром 7 мм, толщиной стенки 1 мм и длиной 200 мм была сломана в момент 2,частота уменьшилась на 50 Гц и восстановилась через 20 с.

На рис. 1.6, в и г представлены результаты разруше­ния в тисках пластины размером 65x35х2 мм из быст­рорежущей стали Р9. Пластина имела две цилиндрические опоры по краям и одну с противоположной сто­роны посередине. Штриховые линии 3 соответствуют началу нагружения, а 4 - моменту разрушения образца. Один из двух одинаковых датчиков ДГ-1 был сфокуси­ровал на растянутых волокнах пластины (рис. 1,6, в), а второй - на сжатых (рис. 1.6, г).У этих датчиков хрональному облучению подвергается только кварце­вый резонатор с частотой 30 МГц, а микросхема датчи­ка вынесена на 20 см за пределы поля, что увеличивает стабильность показаний приборов.

 

 

 

Рис. 1.6. Влияние напряжений на частоту, фиксируемую датчиками

ДГ-3 (а и б) и ДГ-1 (в и г): участки А и С кривых соответствуют   

изменению хронального фона окружающей среды, участки В –

изменению нагрузки; в опыте б фокусирующее устройство

отсутству­ет – датчик изолирован полиэтиленом с отверстием

напротив зоны разрушения.

Приведенные и многие другие подобные опыты сви­детельствуют о том, что изменение напряженного со­стояния материала сопровождается излучениями хронального поля, причем интенсивность этих излучений возрастает со скоростью изменения нагрузки. Интенсив­ность со стороны сжатых волокон более чем на порядок превышает таковую со стороны растянутых. В условиях резкого сброса напряжений, например при возникновении трещин и разрушении материала, наблюдается скачкообразное уменьшение частоты. Описанный эффект можно использовать на практике, если фокусирующую трубку направить на сильно нагруженный узел машины при определении условий его работы, на соответствую­щий участок местности при хрональном прогнозирова­нии землетрясений и т.п.

Описанные примеры измерений хронального поля, излучаемого процессами фазовых превращений и изме­нения напряженного состояния в металлических и неметаллических материалах, весьма характерны. Они подтверждают основную хрональную идею и говорят о пригодности разработанных датчиков и измерительной аппаратуры для практических исследований. Упомяну­тые варианты в схемах измерений позволяют судить о влиянии различных факторов на количественную сторо­ну эксперимента.

 

Глава 2.

Хроноемкость.

 

Величина хронора, полученного с помощью формулы (2.2), используется для определения хроноемкости си­стемы (навески). Хроноемкость К _c равна количеству
хронального вещества c, которое изменяет хронал си­стемы t на единицу хронала, т.е.

                                           К _c = d c /d t дж.                                                                (2.3)

Если хроноемкость отнести к единице массы систе­мы, то получится удельная хроноемкость c _c, измеряе­мая в дж/кг.

В последнюю формулу вместо бесконечно малых ве­личин можно подставлять их конечные значения c и t, так как в наших опытах отсчет хронала и хронора фак­тически ведется от условий, соответствующих окружа­ющей среде. Хронор известен из силового опыта. Чтобы найти хронал, можно на навеску наложить один из хрональных датчиков. Однако не исключены и другие варианты: например, нахождение хронора, хронала и хроноемкости можно совместить с определением хронопроводности в некоем комплексном эксперименте. Рас­смотрим этот вопрос более подробно.

       2.3. Принципиальная схема определения хронопроводности.

 

На рис. 2.1, а показана одна из схем, в которой одно­временно задействованы хрональный аккумулятор в виде сахара, описанные выше датчики, эффект увлече­ния хрононов сатлонами и т.д. В общем случае испы­туемый на хронопроводность образец 4 длиной l состоит из пяти участков: двух l₁ двух l₂ и промежуточного между ними. Источник хронального поля 1 представ­ляет собой блок пиленого сахара массой 0,5 кг, заря­женного генератором-человеком (его плюс-пальцем). Для усиления хронального потока и повышения таким образом чувствительности прибора методом увлечения хрононов сатлонами применены четыре магнита из сплава КС37 в виде таблеток 2 и 6 диаметром 18 мм и толщи­ной 5 мм. При этом плюс-хрононы от хронального акку­мулятора входят в южный полюс и выходят из север­ного, ибо именно такое направление увлечения наблю­дается в отдельно взятом магните [10, с.371]. Датчик 3 расположен на входе потока в образец, а датчик 7 - на его выходе. Хроноизоляция системы изображена штриховыми линиями 5.

Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки для определения

хронофизических свойств веществ с использованием

хронального акку­мулятора и магнитного усилителя (а)

и схема распределения хронала вдоль образца (б).

 

В течение первых 2-3 ч прогревается аппаратура и выравнивается температура в системе. За полчаса до основного эксперимента начинается автоматическая запись показаний всех приборов. Затем ставится на место хрональный аккумулятор 1. По изменению часто­ты датчиков 3 и 7 судят о ходе хронального заряжания образца. Найденные значения хронала используются при определении хроноемкости и коэффициентов хроно­проводности и хроноотдачи следующим образом.

Предположим, что хронал окружающей среды со стороны датчика 3 (источника) равен t_и, а со стороны датчика 7 - t_с. Коэффициент хроноотдачи на первой поверхности образца (со стороны датчика 3)равен a _c1, а на второй - a _c2, коэффициент хронопроводности мате­риала образца L _c,поле хронала одномерное. Через на-прайляющие точки Н₁ и Н₂, изображенные на рис. 2.1, б, проходят все касательные к хрональным кривым на по­верхности тела [2, с. 27]. Наиболее характерны кривые, отвечающие моментам t₁ и t₂ эталонного времени. В мо­мент t₁ начинается заметное повышение хронала и ча­стоты второй поверхности, в момент t₂ оба датчика вы­ходят на стационарный режим, при этом распределение хронала вдоль образца становится линейным. Момент t₁ удобно использовать для определения коэффициента хронопроводности, а момент t₂ - для определения коэф­фициентов хроноотдачи.

В расчетах с целью максимального упрощения зада­чи приближенно можно принять, что распределение хро­нала вдоль образца описывается уравнением параболы n-го порядка. Для момента t₁ это уравнение имеет вид (рис. 2.1, б) [2, с.33]

                                      t = (t_п - t_с)(1 - c/ l) ⁿ + t_с,                                                  (2.4)

При этом количество хронального вещества, аккумули­рованного образцом, определяется площадью под кри­вой t₁ и равно [2, с.34]

                                           c = (1/(n + 1)) K _c(t_п - t_с),                                                (2.5)

где хроноемкость материала образца K _c = m c _c = FL g c _c; m - масса образца; c _c - его удельная хроноемкость, F - площадь поперечного сечения; g - плотность.

Хрональный заряд поступает из источника на по­верхность образца по закону хроноотдачи (пятое начало ОТ) в соответствии с уравнением [2, с.106]

                                           d c = a _c ((t_п - t_с) Fdt.                                                         (2.6)

От поверхности внутрь образца заряд распространя­ется по закону хронопроводности (пятое начало). При параболическом распределении хронала по длине об­разца уравнение хронопроводности приобретает вид [2, с.35]

d c = L _c n((t_п - t_с)/l) Fdt.                                               (2.7)

Связь между хронопроводностью, хроноемкостью и эталонным временем t определяется путем интегрирова­ния при переменных t и l уравнения хронального балан­са, составленного из равенств (2.5) - (2.7). Находим [2, с.109]

 

       = + - ² ln(1+ ),                     (2.8)

где коэффициент хроналопроводности (типа температу­ропроводности)

a _c = L _c / c _c g

Если положить t_и = t_п, что соответствует большому a _c1  по сравнению с L _c, то это выражение преобразуется к следующему весьма простому виду [2, с.110]:

                                           a _c t₁/l² = 1/(2n(n+1))

откуда

                                           L _c = [1/(2n(n+1))] (c _c gl²/t₁)                                               (2.9)

       Расчетные формулы (2.8) и (2.9) позволяют вычислить хронопроводность. Входящее в них время t₁ нахо­дится из опытных кривых. Хроноемкость определяется через силу и хрональный заряд из опыта, который опи­сан в параграфе 1.7; при этом в качестве навесок ис­пользуются две таблетки l₁, изображенные на рис. 2.1, а. Показатель n в формулах можно принять равным 2 (или точнее 1,79) [2, с.72].

На рис. 2.2 изображена еще одна схема опыта, ис­пользующая проволочные микроантеннки типа а,изобра­женные на рис. 1.3. Микроантеннки («змейки») 6 изготовлены из медного эмалированного провода диаметром 1 мм и имеют длину 140 мм и наибольшую ширину 35 мм. Они принимают хрононы, идущие по вертикали из Космоса непрерывным потоком, и направляют их в конический концентратор 5. Через трубку 4 хрононы по­ступают на описанный выше образец 1 длиной l, снаб­женный двумя датчиками 3,но без магнитов. Направ­ление потока хрононов показано штриховыми линиями. Оси змеек ориентированы вдоль окружностей разного диаметра. На середине подставки 7 расположены ма­ленькие змейки длиной 35 мм, изготовленные из эмали­рованного медного провода диаметром 0,5 мм. Подстав­ка имеет кольцевые поверхности или специальные штырьки для придания змейкам нужного наклона. Все большие змейки находятся вне тени от конуса 5. С уве­личением
числа змеек мощность этого типа источника возрастает.

 

Рис. 2.2. Схема экспериментальной установки с использованием

хрональных излучений Космоса, патрубок б (или зеркало а)

предназна­чен для отвода хронального потока за пределы

помещения.

 

Хрональные характеристики материала образца оп­ределяются описанным выше способом. В начале опыта под образец пододвигается подставка 7 со змейками либо с заранее установленной подставки снимается хроноизоляция, которая в данном случае может представ­лять собой деревянную рамку с натянутой на ней в бес­порядке проволокой в виде сетки, искажающей в про­екции конфигурацию змеек и таким образом лишающей их возможности переизлучать хрононы Космоса. Боко­вая поверхность образца, защищается хроноизоляциеи 2. Но всегда должна быть предусмотрена возможность свободного прохода хрононов сквозь образец. К сожа­лению, из-за этого не удается полностью избавиться от влияния внешних хрональных помех.

 

Глава 3.

Эффект Пельтье.

 

При прохождении через границу раздела разнородных проводников выделяется или поглощается количество тепла

                                           I_QП = П I _Y = d j _П I _Y                                                            (3.3)

где П – коэффициент Пельтье:

                                           П = d j_П;                                                                           (3.4)

I _Y - сила тока; d j_П – электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в эффекте Пельтье.

Теплота Пельтье имеет чисто диссипативную природу, поэтому для коэффициента Пельтье естественно принять то же правило знаков, что и для джоулевой теплоты в законе Джоуля-Ленца, которая при своем выделении счи­тается положительной. Коэффициент Пельтье положите­лен, если ток I _Y  идет от положительного металла к отрицательному, т.е. от высокого потенциала Вольта к низкому (электроны перемещаются в обратном направле­нии), и при этом теплота в спае выделяется. Такое на­правление ток имеет в горячем спае термопары. Заметим, кстати, что в работах [4, с.206; 5, с.314; 6, с.281; 7, с.308] было принято противоположное правило знаков.

Из формулы (3.4) видно, что коэффициент Пельтье фактически представляет собой скачок электрического потенциала в месте контакта проводников. Однако этот скачок не равен точно разности потенциалов Вольта из-за взаимного термодинамического влияния контактирующих проводников. Именно поэтому калориметрические изме­рения потока теплоты Пельтье, отражающие истинную величину скачка, и скачки, найденные путем непосредст­венных электрических измерений потенциалов Вольта для отдельных проводников, не соответствуют друг дру­гу. На этой разнице основаны так называемые вечные двигатели второго рода (ПД), по терминологии Виль­гельма Оствальда, описанные в работе [10].

 

Эффект Томсона.

 

Известный линейный эффект Томсона определяется урав­нением

                                           I_QТ = t DТ I _Y = d j _Т I _Y                                                                    (3.5)

где

                                           d j _Т = t DТ;                                                                       (3.6)

I_QТ - поток теплоты Томсона, выделяемой или поглоща­емой вдоль проводника; t - коэффициент Томсона; DТ - разность температур; I _Y - сила тока; d j _Т - ЭДС, соответствующая эффекту Томсона.

Коэффициент Томсона считается положительным, если ток течет в сторону убывающей температуры (электроны перемещаются в противоположном направлении) и теп­лота в проводнике выделяется. В работах [4-7] принято противоположное правило знаков.

Из формул (3.5) и (3.6) видно, что количество тепла Томсона пропорционально силе тока в первой степени, а ЭДС Томсона от силы тока не зависит. Физическая природа этого эффекта целиком определяется термоэлект­рическим уравнением состояния проводника [7,с.310]. Согласно этому уравнению, с увеличением температуры материала его электрический потенциал (потенциал Вольта) возрастает, а с уменьшением падает (в неболь­шом интервале температур практически по линейному закону). Именно это приводит к соотношению диссипативного типа (см. формулу (3.5)).

Иногда эффект Томсона объясняют снижением энер­гии носителя электрического заряда, например электро­на, при его движении в сторону убывающей температуры,

избыток энергии отводится в окружающую среду в виде теплоты (при движении носителя в противоположную сторону теплота из окружающей среды поглощается). Однако для такого процесса характерны совсем иные количественные закономерности, о чем говорится ниже.

 

Эффект увлечения.

 

Линейный эффект увлечения электрического заряда по­током теплоты описывается уравнением, аналогичным (3.5). В этом эффекте в материале возникает разность потенциалов увлечения (ЭДС) d j _у, преодоление которой током I _Y приводит к выделению или поглощению вдоль проводника количества тепла диссипации [5, с.285; 7, с.311]:

                                           I_Qу = В_у DТ I _Y = d j _у I _Y                                                       (3.7)

где

                                           d j _у = В_у DТ;                                                                     (3.8)

В_у - коэффициент увлечения.

Этот коэффициент поло­жителен, если при течении положительного электрического заряда в сторону убывающей температуры теплота в проводнике выделяется. Как видим, количество линей­ного тепла увлечения пропорционально силе тока, авоз­никающая при этом ЭДС от тока не зависит. Эффект увлечения был использован для экспериментального определения величины универсального взаимодействия, связывающего в электроне порции (кванты) электрического и термического веществ [7, с.352].

Линейный эффект увлечения теплоты потоком элек­тричества сопровождается возникновением дополнитель­ной разности температур (термодвижущей силы - ТДС)
d Т_у, которая в соответствии с уравнением состояния вы­зывает появление дополнительной ЭДС d j _ут. Преодоле­ние носителями теплоты возникшей разности температур(ТДС) d Т_у и носителями электричества возникшей раз­ности электрических потенциалов (ЭДС) d j _ут приводит к выделению или поглощению вдоль проводника соответ­ствующих количеств тепла диссипации, определяемых соотношениями типа (3.7) и (3.8).

 

Новый линейный эффект.

 

Наконец, наибольший интерес представляет линейный эффект нагрева и охлаждения носителя электрического заряда в процессе преодоления им разности температур. Количественно этот эффект, названный в работе [7, с.310] линейным термопарным, определяется выраже­нием [4, с.169; 5, с.296, 316; 6, с.283; 7, с.309].

                                           I_Qл = В_л DТ I³ _Y = d j _л I _Y                                                     (3.9)

где

                                      d j _л = В_л DТ Т I² _Y  ;                                                           (3.10)

В_л -коэффициент пропорциональности; d j _л  - соответ­ствующая линейная ЭДС.

Линейный коэффициент В_л будем считать положительным, если положительный электрический заряд распространяется в сторону убы­вающей температуры и при этом теплота вдоль провод­ника выделяется.

Должен существовать также и обратный линейный эффект - заряжания электричеством носителя теплоты в процессе преодоления им разности потенциалов. Однако для заметного проявления этого эффекта требуется, что­бы носитель теплоты обладал соответствующими электроемкостными свойствами.

Линейный эффект (3.9) для наглядности можно ус­ловно представить в форме прежних уравнений (3.5) и (3.7), т.е.

                                           I_Qл = В_л.ус DТ I _Y = d j _л I _Y                                                   (3.11)

где

                                           В_л.ус = В_л I² _Y                                                                      (3.12)

Такая запись полезна при сравнении эффектов Томсона, увлечения и линейного. Если коэффициенты Томсона t и увлечения В_у для данного материала часто можно счи­тать величинами постоянными, то условный линейный коэффициент В_л.ус оказывается зависящим от квадрата силы тока.

Из формул (3.9) и (3.10) видно, что поток тепла I_Qл,выделяемого или поглощаемого в обсуждаемом линей­ном эффекте, проп