Balbu ya mwanga inawaka dhidi ya sheria za fizikia

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Kanuni za uendeshaji wa balbu za mwanga zinaonekana kwetu wazi na wazi kwamba karibu hakuna mtu anayefikiri juu ya mitambo ya kazi zao. Walakini, jambo hili linaficha siri kubwa, ambayo bado haijatatuliwa kikamilifu.

Kwanza, utangulizi kuhusu jinsi makala hii ilivyotokea.

Takriban miaka mitano iliyopita, nilijiandikisha kwenye kongamano fulani la wanafunzi na kuchapisha makala hapo kuhusu makosa ambayo sayansi yetu ya kitaaluma hufanya katika kufasiri vifungu vingi vya msingi, jinsi makosa haya yanavyosahihishwa na sayansi mbadala, na jinsi sayansi ya kitaaluma inavyopambana na njia mbadala, kwa kuweka lebo. kwake " pseudoscience "na kumshtaki kwa dhambi zote za mauti. Nakala yangu ilining'inia kwenye kikoa cha umma kwa kama dakika 10, baada ya hapo ikatupwa kwenye sump. Mara moja nilitumwa kwa marufuku ya muda usiojulikana na nikakatazwa kuonekana nao. Siku chache baadaye, niliamua kujiandikisha na tovuti zingine za wanafunzi ili kujaribu tena na uchapishaji wa nakala hii. Lakini ikawa kwamba nilikuwa tayari kwenye orodha nyeusi kwenye tovuti hizi zote na usajili wangu ulikataliwa. Ninavyoelewa, kuna ubadilishanaji wa taarifa kuhusu watu wasiotakikana kati ya vikao vya wanafunzi na kuorodheshwa kwenye tovuti moja kunamaanisha kukimbia kiotomatiki kutoka kwa wengine wote.

Kisha niliamua kwenda kwenye gazeti la Kvant, ambalo linahusika na makala maarufu za sayansi kwa watoto wa shule na wanafunzi wa chuo kikuu. Lakini kwa kuwa katika mazoezi gazeti hili bado linaelekezwa zaidi kwa wasikilizaji wa shule, makala hiyo ilipaswa kurahisishwa sana. Nilitupa kila kitu kuhusu pseudoscience kutoka hapo na nikaacha tu maelezo ya jambo moja la kimwili na nikatoa tafsiri mpya. Hiyo ni, makala imegeuka kutoka kwa uandishi wa habari wa kiufundi hadi wa kiufundi tu. Lakini sikungoja jibu lolote kutoka kwa ofisi ya wahariri kwa ombi langu. Na hapo awali, jibu kutoka kwa ofisi za wahariri wa magazeti lilinijia kila wakati, hata kama bodi ya wahariri ilikataa nakala yangu. Kutokana na hili nilihitimisha kuwa katika ofisi ya wahariri mimi pia niko kwenye orodha nyeusi. Kwa hiyo makala yangu haikuwahi kuona mwanga wa siku.

Miaka mitano imepita. Niliamua kuwasiliana na ofisi ya wahariri ya Kvant tena. Lakini miaka mitano baadaye, hakukuwa na jibu la ombi langu. Hii ina maana kwamba bado niko kwenye orodha yao isiyoruhusiwa. Kwa hivyo, niliamua kutopigana na vinu vya upepo tena, na kuchapisha nakala hapa kwenye wavuti. Kwa kweli, inasikitisha kwamba idadi kubwa ya watoto wa shule hawataiona. Lakini hapa siwezi kufanya chochote. Kwa hivyo, hii ndio makala yenyewe….

Kwa nini mwanga umewashwa?

Pengine, hakuna makazi kama hayo kwenye sayari yetu ambapo hakutakuwa na balbu za umeme. Kubwa na ndogo, fluorescent na halojeni, kwa mienge ya mfukoni na taa za kijeshi zenye nguvu - zimeimarishwa sana katika maisha yetu hivi kwamba zimejulikana kama hewa tunayopumua. Kanuni za uendeshaji wa balbu za mwanga zinaonekana kwetu wazi na wazi kwamba karibu hakuna mtu anayefikiri juu ya mitambo ya kazi zao. Walakini, jambo hili linaficha siri kubwa, ambayo bado haijatatuliwa kikamilifu. Hebu tujaribu kutatua wenyewe.

Hebu tuwe na bwawa na mabomba mawili, kwa njia ya moja ambayo maji hutiririka ndani ya bwawa, kupitia nyingine hutoka ndani yake. Wacha tufikirie kwamba kilo 10 za maji huingia kwenye bwawa kila sekunde, na katika bwawa lenyewe, 2 kati ya kilo hizi kumi hubadilishwa kichawi kuwa mionzi ya sumakuumeme na kutupwa nje. Swali: ni maji ngapi yatatoka kwenye bwawa kupitia bomba lingine? Pengine, hata mwanafunzi wa darasa la kwanza atajibu kwamba itachukua kilo 8 za maji kwa pili.

Hebu tubadilishe mfano kidogo. Hebu kuwe na nyaya za umeme badala ya mabomba, na balbu ya umeme badala ya bwawa. Fikiria hali hiyo tena. Waya moja ndani ya balbu ina, tuseme, elektroni milioni 1 kwa sekunde. Ikiwa tunadhania kwamba sehemu ya milioni hii inabadilishwa kuwa mionzi ya mwanga na hutolewa kutoka kwa taa kwenye nafasi inayozunguka, basi elektroni chache zitaondoka kwenye taa kupitia waya nyingine. Je, vipimo vitaonyesha nini? Wao wataonyesha kwamba sasa umeme katika mzunguko haubadilika. Sasa ni mtiririko wa elektroni. Na ikiwa sasa umeme ni sawa katika waya zote mbili, hii ina maana kwamba idadi ya elektroni zinazoacha taa ni sawa na idadi ya elektroni zinazoingia kwenye taa. Na mionzi ya mwanga ni aina ya jambo ambalo haliwezi kutoka kwa utupu kamili, lakini linaweza tu kutoka kwa aina nyingine. Na ikiwa, katika kesi hii, mionzi ya mwanga haiwezi kuonekana kutoka kwa elektroni, basi jambo linatoka wapi kwa namna ya mionzi ya mwanga?

Hali hii ya mwanga wa balbu ya umeme pia inapingana na sheria moja muhimu sana ya fizikia ya chembe ya msingi - sheria ya uhifadhi wa kinachojulikana kama malipo ya lepton. Kwa mujibu wa sheria hii, elektroni inaweza kutoweka na utoaji wa gamma quantum tu katika mmenyuko wa maangamizi na antiparticle yake, positron. Lakini kwenye balbu nyepesi hakuwezi kuwa na positroni kama wabebaji wa antimatter. Na kisha tunapata hali mbaya sana: elektroni zote zinazoingia kwenye balbu kupitia waya moja huacha balbu kupitia waya mwingine bila athari yoyote ya kuangamiza, lakini wakati huo huo jambo jipya linaonekana kwenye balbu yenyewe kwa namna ya mionzi ya mwanga.

Na hapa kuna athari nyingine ya kuvutia inayohusishwa na waya na taa. Miaka mingi iliyopita, mwanafizikia maarufu Nikola Tesla alifanya majaribio ya ajabu juu ya uhamisho wa nishati kwa njia ya waya moja, ambayo ilirudiwa katika wakati wetu na mwanafizikia wa Kirusi Avramenko. Kiini cha jaribio kilikuwa kama ifuatavyo. Tunachukua transformer ya kawaida zaidi na kuiunganisha na upepo wa msingi kwa jenereta ya umeme au mtandao. Mwisho mmoja wa waya wa vilima vya sekondari huzunguka tu hewani, tunavuta mwisho mwingine kwenye chumba kinachofuata na huko tunaunganisha kwenye daraja la diode nne na balbu ya umeme katikati. Tunatumia voltage kwa transformer na mwanga ulikuja. Lakini baada ya yote, waya moja tu huenea kwake, na waya mbili zinahitajika kwa mzunguko wa umeme kufanya kazi. Wakati huo huo, kulingana na wanasayansi wanaochunguza jambo hili, waya inayoenda kwenye balbu haina joto hata kidogo. Haina moto sana kwamba chuma chochote kilicho na upinzani wa juu sana kinaweza kutumika badala ya shaba au alumini, na bado itabaki baridi. Aidha, inawezekana kupunguza unene wa waya kwa unene wa nywele za binadamu, na bado ufungaji utafanya kazi bila matatizo na bila kuzalisha joto katika waya. Hadi sasa, hakuna mtu aliyeweza kuelezea jambo hili la maambukizi ya nishati kwa njia ya waya moja bila hasara yoyote. Na sasa nitajaribu kutoa maelezo yangu ya jambo hili.

Kuna dhana kama hiyo katika fizikia - utupu wa mwili. Haipaswi kuchanganyikiwa na utupu wa kiufundi. Ombwe la kiufundi ni sawa na utupu. Tunapoondoa molekuli zote za hewa kutoka kwenye chombo, tunaunda utupu wa kiufundi. Utupu wa kimwili ni tofauti kabisa, ni aina ya analog ya mambo yote au mazingira. Wanasayansi wote wanaofanya kazi katika uwanja huu hawana shaka kuwepo kwa utupu wa kimwili, kwa sababu ukweli wake unathibitishwa na ukweli na matukio mengi yanayojulikana. Wanabishana juu ya uwepo wa nishati ndani yake. Mtu anazungumza juu ya kiwango kidogo sana cha nishati, wengine wana mwelekeo wa kufikiria juu ya kiwango kikubwa cha nishati. Haiwezekani kutoa ufafanuzi halisi wa utupu wa kimwili. Lakini unaweza kutoa ufafanuzi wa takriban kupitia sifa zake. Kwa mfano, hii: utupu wa mwili ni njia maalum inayoenea ambayo huunda nafasi ya Ulimwengu, hutoa maada na wakati, inashiriki katika michakato mingi, ina nguvu kubwa, lakini haionekani kwetu kwa sababu ya ukosefu wa vitu muhimu. viungo vya hisia na kwa hiyo inaonekana kwetu utupu. Inapaswa kusisitizwa hasa: utupu wa kimwili sio utupu, inaonekana tu kuwa utupu. Na ikiwa unachukua nafasi hii, basi vitendawili vingi vinaweza kutatuliwa kwa urahisi. Kwa mfano, kitendawili cha inertia.

Ni nini inertia bado haijulikani wazi. Aidha, jambo la inertia hata linapingana na sheria ya tatu ya mechanics: hatua ni sawa na majibu. Kwa sababu hii, nguvu zisizo na nguvu wakati mwingine hujaribu hata kutangazwa kuwa za uwongo na za uwongo. Lakini ikiwa tutaanguka chini ya ushawishi wa nguvu zisizo na nguvu kwenye basi iliyovunjika kwa kasi na kupata donge kwenye paji la uso wetu, ni jinsi gani donge hili litakuwa la uwongo na la uwongo? Kwa kweli, inertia hutokea kama majibu ya utupu wa kimwili kwa harakati zetu.

Tunapokaa kwenye gari na kushinikiza gesi, tunaanza kusonga bila usawa (kuharakisha) na kwa harakati hii ya uwanja wa mvuto wa mwili wetu tunaharibu muundo wa utupu wa mwili unaotuzunguka, na kuipa nishati fulani. Na utupu humenyuka kwa hili kwa kuunda nguvu zisizo na nguvu ambazo hutuvuta nyuma ili kutuacha katika mapumziko na hivyo kuondokana na deformation iliyoletwa kutoka humo. Ili kuondokana na nguvu zisizo na nguvu, nishati nyingi zinahitajika, ambayo hutafsiri kuwa matumizi ya juu ya mafuta kwa kuongeza kasi. Mwendo zaidi wa sare hauathiri utupu wa kimwili kwa njia yoyote, na kwa hiyo haufanyi nguvu za inertial, kwa hiyo, matumizi ya mafuta kwa mwendo wa sare ni kidogo. Na tunapoanza kupunguza kasi, tunasonga tena bila usawa (polepole) na tena tunaharibu utupu wa mwili na harakati zake zisizo sawa, na tena humenyuka kwa hili kwa kuunda nguvu zisizo na nguvu ambazo hutuvuta mbele ili kutuacha katika hali ya mwendo wa rectilinear sare. wakati hakuna deformation ya utupu. Lakini sasa hatuhamishi tena nishati kwa utupu, lakini inatupa, na nishati hii hutolewa kwa namna ya joto katika usafi wa kuvunja gari.

Harakati kama hiyo ya gari iliyoharakishwa-sare-iliyopunguzwa sio kitu zaidi ya mzunguko mmoja wa mwendo wa oscillatory wa mzunguko wa chini na amplitude kubwa. Katika hatua ya kuongeza kasi, nishati huletwa ndani ya utupu, katika hatua ya kupungua, utupu hutoa nishati. Na jambo la kuvutia zaidi ni kwamba utupu unaweza kutoa nishati zaidi kuliko hapo awali kupokea kutoka kwetu, kwa sababu yeye mwenyewe ana ugavi mkubwa wa nishati. Katika kesi hii, hakuna ukiukwaji wa sheria ya uhifadhi wa nishati hutokea: ni kiasi gani cha nishati ambacho utupu utatupa, hasa kiasi sawa cha nishati tutapokea kutoka kwake. Lakini kutokana na ukweli kwamba utupu wa kimwili unaonekana kwetu kuwa tupu, itaonekana kwetu kuwa nishati hutokea kutoka popote. Na ukweli kama huo wa ukiukwaji dhahiri wa sheria ya uhifadhi wa nishati, wakati nishati inaonekana halisi kutoka kwa utupu, imejulikana kwa muda mrefu katika fizikia (kwa mfano, kwa sauti yoyote, nishati kubwa kama hiyo hutolewa kwamba kitu cha kurudisha nyuma kinaweza kuanguka).

Harakati ya mzunguko pia ni aina ya harakati zisizo sawa, hata kwa kasi ya mara kwa mara, kwa sababu katika kesi hii, nafasi ya vector kasi katika mabadiliko ya nafasi. Kwa hivyo, harakati kama hiyo huharibu utupu wa kimwili unaozunguka, ambao humenyuka kwa hili kwa kuunda nguvu za upinzani kwa namna ya nguvu za centrifugal: daima huelekezwa kwa njia ya kunyoosha trajectory ya harakati na kuifanya rectilinear wakati hakuna utupu. deformation. Na kuondokana na nguvu za centrifugal (au kudumisha utupu unaosababishwa na mzunguko), unapaswa kutumia nishati, ambayo huenda kwenye utupu yenyewe.

Sasa tunaweza kurudi kwenye uzushi wa mwanga wa balbu ya mwanga. Kwa uendeshaji wake, jenereta ya umeme lazima iwepo kwenye mzunguko (hata ikiwa kuna betri, bado ilikuwa mara moja kushtakiwa kutoka kwa jenereta). Mzunguko wa rotor ya jenereta ya umeme huharibu muundo wa utupu wa kimwili wa jirani, nguvu za centrifugal hutokea kwenye rotor, na nishati ya kushinda nguvu hizi huacha turbine ya msingi au chanzo kingine cha mzunguko kwenye utupu wa kimwili. Kuhusu harakati za elektroni katika mzunguko wa umeme, harakati hii hutokea chini ya hatua ya nguvu za centrifugal zilizoundwa na utupu katika rotor inayozunguka. Elektroni zinapoingia kwenye filamenti ya balbu ya mwanga, hupiga kwa nguvu ioni za kimiani za kioo, na huanza kutetemeka kwa kasi. Wakati wa vibrations vile, muundo wa utupu wa kimwili huharibika tena, na utupu humenyuka kwa hili kwa kutoa quanta ya mwanga. Kwa kuwa utupu yenyewe ni aina ya jambo, utata uliojulikana hapo awali wa kuonekana kwa jambo kutoka popote huondolewa: aina moja ya suala (mionzi ya mwanga) inatoka kwa aina nyingine ya aina yake (utupu wa kimwili). Elektroni zenyewe katika mchakato kama huo hazipotee na hazibadilika kuwa kitu kingine. Kwa hiyo, ni elektroni ngapi zinazoingia kwenye balbu ya mwanga kupitia waya moja, kiasi sawa kitatoka kupitia nyingine. Kwa kawaida, nishati ya quanta pia inachukuliwa kutoka kwa utupu wa kimwili, na sio kutoka kwa elektroni zinazoingia kwenye filament. Nishati ya sasa ya umeme katika mzunguko yenyewe haibadilika na inabaki mara kwa mara.

Kwa hivyo, kwa mwangaza wa taa, sio elektroni wenyewe zinahitajika, lakini vibrations mkali wa ions ya kimiani kioo ya chuma. Elektroni ni chombo tu kinachofanya ioni zitetemeke. Lakini chombo kinaweza kubadilishwa. Na katika majaribio na waya moja, hii ndiyo hasa kinachotokea. Katika majaribio maarufu ya Nikola Tesla juu ya upitishaji wa nishati kwa njia ya waya moja, chombo kama hicho kilikuwa uwanja wa umeme wa ndani wa waya, ambao ulibadilisha nguvu zake kila wakati na kwa hivyo kufanya ions kutetemeka. Kwa hivyo, usemi "uhamisho wa nishati kupitia waya moja" katika kesi hii haufanikiwa, hata ni makosa. Hakuna nishati iliyopitishwa kupitia waya, nishati ilitolewa kwenye balbu yenyewe kutoka kwa utupu wa kimwili unaozunguka. Kwa sababu hii, waya yenyewe haikuwaka moto: haiwezekani kuwasha kitu ikiwa nishati haitolewa kwake.

Matokeo yake, matarajio ya kuvutia ya kushuka kwa kasi kwa gharama ya kujenga mistari ya nguvu hujitokeza. Kwanza, unaweza kupata kwa waya moja badala ya mbili, ambayo hupunguza mara moja gharama za mtaji. Pili, badala ya shaba ya bei ghali, unaweza kutumia chuma chochote cha bei rahisi, hata chuma chenye kutu. Tatu, unaweza kupunguza waya yenyewe kwa unene wa nywele za binadamu, na kuacha nguvu ya waya bila kubadilika au hata kuiongeza kwa kuifunga kwenye ala ya plastiki ya kudumu na ya bei nafuu (kwa njia, hii pia italinda waya. kutoka kwa mvua ya anga). Nne, kutokana na kupunguzwa kwa uzito wa jumla wa waya, inawezekana kuongeza umbali kati ya misaada na hivyo kupunguza idadi ya misaada kwa mstari mzima. Je, ni jambo la kweli kufanya hivi? Bila shaka ni kweli. Kungekuwa na utashi wa kisiasa wa uongozi wa nchi yetu, na wanasayansi hawatakuangusha.