Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля

Описан расчетно-экспериментальный метод для обнаружения и изучения в электропроводящей макроструктуре металлического проводника с импульсным аксиальным током большой плотности квантованных (с квантовым числом n=1,2,3,...) макроскопических «горячих» шириной Δznh и «холодных» шириной Δznci продольных...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Баранов, М.И, Рудаков, С.В
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2016
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Теоретична електротехніка та електрофізика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147480
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля / М.И. Баранов, С.В. Рудаков // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 6. — С. 45–53. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-147480
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1474802019-02-15T01:23:26Z Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля Баранов, М.И Рудаков, С.В Теоретична електротехніка та електрофізика Описан расчетно-экспериментальный метод для обнаружения и изучения в электропроводящей макроструктуре металлического проводника с импульсным аксиальным током большой плотности квантованных (с квантовым числом n=1,2,3,...) макроскопических «горячих» шириной Δznh и «холодных» шириной Δznci продольных участков, образующих шаг шириной (Δznh+Δznci) периодически размещенных вдоль проводника квантованных продольных волновых электронных пакетов (ВЭП). Показано, что при протекании в круглом сплошном стальном оцинкованном проводе радиусом r₀=0,8 мм и длиной l₀=320 мм апериодического импульса тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс с амплитудой его плотности δ0m≈0,37 кА/мм² в исследуемом проводе стохастическим путем от одного протекания по нему указанного тока к другому возникают квантованные продольные ВЭП, имеющие один (n=1), три (n=3) и девять (n=9) «горячих» продольных участков одинаковой ширины Δznh. Места расположения середин данных «горячих» продольных участков ВЭП шириной Δznh≈7 мм вдоль провода соответствуют амплитудам распространяющихся вдоль него квантованных электронных полуволн де Бройля, характеризующихся в проведенных экспериментах квантовым числом n=1,3,9 и квантованной длиной полуволны λenz/2≈l₀/n, равной 320, 107 и 34 мм соответственно. Полученные экспериментальные результаты соответствуют расчетным квантовомеханическим данным применительно к дрейфующим свободным электронам электропроводящего материала провода, базирующимся на фундаментальном соотношении неопределенности Гейзенберга и установленных закономерностях волнового продольного распределения в структуре провода этих электронов Описаний розрахунково-експериментальний метод для виявлення і вивчення в електропровідній макроструктурі металевого провідника з імпульсним аксіальним струмом великої щільності квантованих (з квантовим числом n=1,2,3...) макроскопічних «гарячих» шириною Δznh і «холодних» шириною Δznci подовжніх ділянок, створюючих крок шириною (Δznh+Δznci) періодично розміщених уздовж провідника квантованих подовжніх хвилевих електронних пакетів (ХЕП). Показано, що при протіканні в круглому суцільному сталевому оцинкованому дроті радіусом r₀=0,8 мм і довжиною l₀=320 мм аперіодичного імпульсу струму тимчасової форми tm/τp≈9 мс/160 мс з амплітудою його щільності δ0m≈0,37 кА/мм² в досліджуваному дроті стохастичним шляхом від одного протікання по ньому вказаного струму до іншого виникають квантовані подовжні ХЕП, що мають один (n=1), три (n=3) і дев'ять (n=9) «гарячих» подовжніх ділянок однакової ширини Δznh. Місця розташування середин даних «гарячих» подовжніх ділянок ХЕП шириною Δznh=7 мм уздовж дроту відповідають амплітудам квантованих електронних півхвиль де Бройля, що розповсюджуються уздовж нього та характеризуються в проведених експериментах квантовим числом n=1,3,9 і квантованою довжиною півхвилі λenz/2≈l₀/n, рівною 320, 107 і 34 мм відповідно. Отримані експериментальні результати відповідають розрахунковим квантовомеханічним даним стосовно вільних електронів електропровідного матеріалу дроту, що дрейфують, базуються на фундаментальному співвідношенні невизначеності Гейзенберга і встановлених закономірностях хвилевого подовжнього розподілу в структурі дроту цих електронів Purpose. Development of calculation-experimental method for a discovery and study of electronic wavepackages (EWP) and of de Broglie electronic half-waves in a metallic conductor with the pulse axial-flow current of high density. Methodology. Theoretical bases of the electrical engineering, bases of quantum physics, electrophysics bases of technique of high voltage and large pulsecurrents, and also bases of technique of measuring of permanent and variable electric value. Results. On the basis of generalization of results of research of features of the longitudinal wave periodic distributing of negatively charged transmitters of electric current of conductivity in the thin round continuous zincked steel wire offered and approved in the conditions of high-voltage laboratory method for a discovery and direct determination in him of geometrical parameters of «hot» and «cold» longitudinal areas quantized periodic longitudinal EWP and accordingly the mediated determination of values of the quantized lengths formative their de Broglie electronic halfwaves. It is shown that results of close quantum mechanical calculations of EWP and quantized lengths λenz/2 of longitudinal de Broglie half-waves for the probed wire long l well comport with the results of the executed high temperature experiments on the powerful high-voltage generator of homopolar large pulse current of millisecond duration. Originality. First calculationexperimental a way the important for the theory of electricity fact of existence is set in a round metallic explorer with the impulsive axial-flow current of the quantized coherent de Broglie electronic half-waves, amplitudes of which at the quantum number of n=1,3,9 correspond the middles of «hot» longitudinal areas of EWP. Calculation quantum mechanical correlation of type of λenz/2=l₀/n got experimental confirmation, in obedience to which on length of l₀ conductor the integer of quantized electronic half-waves is always laid de Broglie. Practical value. The use of the offered method allows to expose electro-technological possibilities of practical application of features sharply not homogeneous periodic wave longitudinal distributing of drifting lone electrons and accordingly by them the conditioned thermal field in round metallic conductors with the electric axial-flow current of high-slay 2016 Article Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля / М.И. Баранов, С.В. Рудаков // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 6. — С. 45–53. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2016.6.08 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147480 621.3.022: 537.311.8: 621.313 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теоретична електротехніка та електрофізика Теоретична електротехніка та електрофізика
spellingShingle	Теоретична електротехніка та електрофізика Теоретична електротехніка та електрофізика Баранов, М.И Рудаков, С.В Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля Електротехніка і електромеханіка
description	Описан расчетно-экспериментальный метод для обнаружения и изучения в электропроводящей макроструктуре металлического проводника с импульсным аксиальным током большой плотности квантованных (с квантовым числом n=1,2,3,...) макроскопических «горячих» шириной Δznh и «холодных» шириной Δznci продольных участков, образующих шаг шириной (Δznh+Δznci) периодически размещенных вдоль проводника квантованных продольных волновых электронных пакетов (ВЭП). Показано, что при протекании в круглом сплошном стальном оцинкованном проводе радиусом r₀=0,8 мм и длиной l₀=320 мм апериодического импульса тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс с амплитудой его плотности δ0m≈0,37 кА/мм² в исследуемом проводе стохастическим путем от одного протекания по нему указанного тока к другому возникают квантованные продольные ВЭП, имеющие один (n=1), три (n=3) и девять (n=9) «горячих» продольных участков одинаковой ширины Δznh. Места расположения середин данных «горячих» продольных участков ВЭП шириной Δznh≈7 мм вдоль провода соответствуют амплитудам распространяющихся вдоль него квантованных электронных полуволн де Бройля, характеризующихся в проведенных экспериментах квантовым числом n=1,3,9 и квантованной длиной полуволны λenz/2≈l₀/n, равной 320, 107 и 34 мм соответственно. Полученные экспериментальные результаты соответствуют расчетным квантовомеханическим данным применительно к дрейфующим свободным электронам электропроводящего материала провода, базирующимся на фундаментальном соотношении неопределенности Гейзенберга и установленных закономерностях волнового продольного распределения в структуре провода этих электронов
format	Article
author	Баранов, М.И Рудаков, С.В
author_facet	Баранов, М.И Рудаков, С.В
author_sort	Баранов, М.И
title	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля
title_short	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля
title_full	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля
title_fullStr	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля
title_full_unstemmed	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля
title_sort	расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де бройля
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Теоретична електротехніка та електрофізика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147480
citation_txt	Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля / М.И. Баранов, С.В. Рудаков // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 6. — С. 45–53. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT baranovmi rasčetnoéksperimentalʹnyjmetodissledovaniâvmetalličeskomprovodnikesimpulʹsnymtokomvolnovyhélektronnyhpaketoviélektronnyhpoluvolndebrojlâ AT rudakovsv rasčetnoéksperimentalʹnyjmetodissledovaniâvmetalličeskomprovodnikesimpulʹsnymtokomvolnovyhélektronnyhpaketoviélektronnyhpoluvolndebrojlâ
first_indexed	2025-07-11T02:07:51Z
last_indexed	2025-07-11T02:07:51Z
_version_	1837314573448773632
fulltext	Теоретична електротехніка та електрофізика ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 45 © М.И. Баранов, С.В. Рудаков УДК 621.3.022: 537.311.8: 621.313 doi: 10.20998/2074-272X.2016.6.08 М.И. Баранов, С.В. Рудаков РАСЧЕТНО−ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ПРОВОДНИКЕ С ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ ВОЛНОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПАКЕТОВ И ЭЛЕКТРОННЫХ ПОЛУВОЛН ДЕ БРОЙЛЯ Описаний розрахунково-експериментальний метод для виявлення і вивчення в електропровідній макроструктурі ме- талевого провідника з імпульсним аксіальним струмом великої щільності квантованих (з квантовим числом n=1,2,3...) макроскопічних «гарячих» шириною Δznh і «холодних» шириною Δznci подовжніх ділянок, створюючих крок шириною (Δznh+Δznci) періодично розміщених уздовж провідника квантованих подовжніх хвилевих електронних пакетів (ХЕП). Показано, що при протіканні в круглому суцільному сталевому оцинкованому дроті радіусом r0=0,8 мм і довжиною l0=320 мм аперіодичного імпульсу струму тимчасової форми tm/τp≈9 мс/160 мс з амплітудою його щільності δ0m≈0,37 кА/мм2 в досліджуваному дроті стохастичним шляхом від одного протікання по ньому вказаного струму до іншого виникають квантовані подовжні ХЕП, що мають один (n=1), три (n=3) і дев'ять (n=9) «гарячих» подовжніх ділянок однакової ширини Δznh. Місця розташування середин даних «гарячих» подовжніх ділянок ХЕП шириною Δznh=7 мм уздовж дроту відповідають амплітудам квантованих електронних півхвиль де Бройля, що розповсюджуються уздовж нього та характеризуються в проведених експериментах квантовим числом n=1,3,9 і квантованою довжиною півхвилі λenz/2≈l0/n, рівною 320, 107 і 34 мм відповідно. Отримані експериментальні результати відповідають розрахунковим квантовомеханічним даним стосовно вільних електронів електропровідного матеріалу дроту, що дрейфують, базу- ються на фундаментальному співвідношенні невизначеності Гейзенберга і встановлених закономірностях хвилевого подовжнього розподілу в структурі дроту цих електронів. Бібл. 21, рис. 8. Ключові слова: металевий провідник, імпульсний струм, хвилевий електроний пакет, електронна півхвиля де Бройля, розрахунково-експериментальне дослідження електронних процесів в металі. Описан расчетно-экспериментальный метод для обнаружения и изучения в электропроводящей макроструктуре ме- таллического проводника с импульсным аксиальным током большой плотности квантованных (с квантовым числом n=1,2,3,...) макроскопических «горячих» шириной Δznh и «холодных» шириной Δznci продольных участков, образующих шаг шириной (Δznh+Δznci) периодически размещенных вдоль проводника квантованных продольных волновых элек- тронных пакетов (ВЭП). Показано, что при протекании в круглом сплошном стальном оцинкованном проводе радиу- сом r0=0,8 мм и длиной l0=320 мм апериодического импульса тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс с амплитудой его плотности δ0m≈0,37 кА/мм2 в исследуемом проводе стохастическим путем от одного протекания по нему указанного тока к другому возникают квантованные продольные ВЭП, имеющие один (n=1), три (n=3) и девять (n=9) «горячих» продольных участков одинаковой ширины Δznh. Места расположения середин данных «горячих» продольных участков ВЭП шириной Δznh≈7 мм вдоль провода соответствуют амплитудам распространяющихся вдоль него квантованных электронных полуволн де Бройля, характеризующихся в проведенных экспериментах квантовым числом n=1,3,9 и квантованной длиной полуволны λenz/2≈l0/n, равной 320, 107 и 34 мм соответственно. Полученные экспериментальные результаты соответствуют расчетным квантовомеханическим данным применительно к дрейфующим свободным электронам электропроводящего материала провода, базирующимся на фундаментальном соотношении неопреде- ленности Гейзенберга и установленных закономерностях волнового продольного распределения в структуре провода этих электронов. Библ. 21, рис. 8. Ключевые слова: металлический проводник, импульсный ток, волновой электронный пакет, электронная полуволна де Бройля, расчетно-экспериментальное исследование электронных процессов в металле. Введение. В [1-9] были представлены результа- ты многолетних теоретических и экспериментальных исследований по установлению основных квантово- механических закономерностей волнового продоль- ного и радиального распределений дрейфующих сво- бодных электронов в немагнитном круглом сплошном цилиндрическом металлическом проводнике радиу- сом r0 и длиной l0>>r0, по которому в продольном направлении протекает импульсный аксиальный ток i0(t) произвольных амплитудно-временных парамет- ров (АВП). Эти результаты были получены при усло- вии Δi/r0>>1, где Δi − толщина токового скин-слоя в проводнике, и использовании усредненной в нем плотности тока δ0(t)≈i0(t)/S0, где S0=πr0 2 − поперечное сечение указанного проводника. Полученные в [1-9] данные свидетельствуют о том, что в однородной электропроводящей структуре металлического про- водника, содержащей квантовое число n=1,2,3... элек- тронных полуволн де Бройля, стохастическим путем возникают продольные и радиальные квантованные периодические волновые электронные пакеты (ВЭП), каждый из которых содержит по одному относитель- но «горячему» и «холодному» продольному или ради- альному участкам макроскопических размеров. Эти участки вызывают возникновение в металлической макроструктуре проводника неоднородных темпера- турных полей, периодически изменяющихся по его длине или радиусу. Причем, уровни температур на «горячих» и «холодных» продольных участках про- водника при проявлении в нем ВЭП могут отличаться до 3,5 раз [4, 7]. Стохастический характер формиро- вания данных квантованных ВЭП определяется кван- тованным энергетическим состоянием свободных электронов, оказавшихся в микроструктуре материала проводника в момент подачи на него электрического напряжения и начала протекания по нему электриче- ского тока того или иного вида [6]. Укажем, что вол- 46 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 новые пакеты, возникающие при распространении монохроматических электромагнитных волн в ди- электрических средах, в свое время были описаны в теории электромагнетизма и на сегодня в электрофи- зике они изучены достаточно хорошо [10]. Что каса- ется ВЭП металлических проводников с электриче- ским постоянным, переменным и импульсным током различных АВП, образуемых в их электропроводящих структурах с дрейфующими свободными электронами в результате интерференции (наложения) когерент- ных электронных полуволн де Бройля, то они в на- стоящее время в теории электричества практически не исследованы. Вот поэтому до сих пор квантовофизи- ческие особенности пространственного распределе- ния основных носителей электричества в таких струк- турах − дрейфующих свободных электронов, прояв- ляющиеся наиболее резко в случае протекания по ним в штатных (сильноточные разряды в цепях высоко- вольтных электроустановок [7, 11]), нештатных и ава- рийных режимах работы (токовые перегрузки, корот- кие замыкания (КЗ) и прямые удары линейной мол- нии [8, 12]) больших плотностей тока (108 А/м2 и бо- лее), и соответственно новые области их электротех- нологического применения остаются малоизученны- ми. В этой связи разработка и практическое использо- вание новых расчетно-экспериментальных методов обнаружения и изучения квантованных периодиче- ских ВЭП и квантованных электронных полуволн де Бройля в металлических проводниках с указанными плотностями электрического тока проводимости яв- ляются актуальными научно-техническими задачами. Целью статьи является разработка расчетно- экспериментального метода для обнаружения и изу- чения квантованных ВЭП и дебройлевских электрон- ных полуволн в металлическом проводнике с им- пульсным аксиальным током большой плотности. 1. Постановка задачи исследования ВЭП и дебройлевских электронных полуволн в металли- ческом проводнике с импульсным током. Рассмот- рим неподвижно размещенный на открытом воздухе прямолинейный круглый сплошной немагнитный ме- таллический проводник радиусом r0 и длиной l0>>r0. Пусть параметры воздушной среды соответствуют нормальным атмосферным условиям (давление воз- духа составляет 1,013·105 Па, а его температура T0 равна 0 С [10]), а к противоположным концам рас- сматриваемого проводника с удельной электропро- водностью γ0 его материала приложена разность элек- трических потенциалов, униполярно изменяющаяся во времени t по произвольному закону. Считаем, что по исследуемому проводнику поперечным сечением S0=πr0 2 вдоль его продольной оси протекает импульс- ный однополярный ток проводимости i0(t) амплиту- дой I0m, характеризующийся усредненной плотностью δ0(t). Ограничимся рассмотрением случая, для которо- го толщина токового скин-слоя Δi в материале про- водника существенно больше его радиуса r0. Для при- ближенного описания поведения дрейфующих сво- бодных электронов проводника, как и в [1-9], вос- пользуемся известным одноэлектронным приближе- нием, пренебрегающим их взаимным влиянием друг на друга, а также влиянием ионов кристаллической решетки металла проводника на его коллективизиро- ванные электроны [10]. Будем придерживаться той точки зрения, что продольные (радиальные) распре- деления дрейфующих свободных электронов в иссле- дуемом проводнике подчиняются временным волно- вым уравнениям Шрëдингера и соответственно их собственным квантованным решениям [10]. Требуется на основе обобщения ранее полученных в [1-9] кван- товомеханических результатов, касающихся электро- физических особенностей волнового распределения носителей тока проводимости в однородных прово- дящих структурах, сформулировать и апробировать в лабораторных условиях расчетно-экспериментальный метод исследования ВЭП и электронных полуволн де Бройля в тонких круглых металлических проводниках с импульсным аксиальным током i0(t) апериодической временной формы и большой плотности δ0(t). 2. Предлагаемый метод обнаружения в метал- лическом проводнике с импульсным током ВЭП и электронных полуволн де Бройля. Для наглядности и лучшего понимания рассматриваемой электрофизи- ческой задачи приведем вначале приближенное кван- товомеханическое соотношение для наименьшей ши- рины Δznh «горячего» продольного участка в прово- дящей структуре проводника с импульсным аксиаль- ным током i0(t), вызывающим появление в ней усред- ненной плотности тока с амплитудой δ0m≈I0m/S0 [7, 9]: nhz ≈ 121 000 ])2(8[)(    mee mhne , (1) где e0=1,602·10-19 Кл − модуль электрического заряда электрона [10]; me=9,109·10-31 кг − масса покоя элек- трона [10]; ne0 − усредненная плотность свободных электронов в металле проводника до воздействия на него исследуемого импульса электрического тока [10]; h=6,626·10-34 Дж·с − постоянная Планка [10]. Из (1), полученного с использованием фунда- ментального соотношения неопределенности Гейзен- берга [10], следует, что ширина Δznh «горячего» про- дольного участка проводника практически определя- ется численным значением амплитуды δ0m плотности импульсного тока в его материале. Так, с учетом (1) для медного проводника (ne0=16,86·1028 м-3 [10]) при δ0m=4·106 А/м2, характерной для штатных режимов работы промышленных электрических сетей пере- менного тока [13], находим, что в нем ширина Δznh оказывается примерно равной 0,53 м. При δ0m=4·108 А/м2, соответствующей аварийному режиму работы промышленных электрических сетей с протеканием по их токопроводам токов КЗ [13] или штатному ре- жиму работы сильноточных цепей высоковольтных электрофизических установок [11], расчетная ширина Δznh принимает численное значение около 5,3 мм. При δ0m=4·1011 А/м2, характерной для быстрого электриче- ского взрыва (ЭВ) тонких металлических проволочек [14], ширина Δznh «горячего» продольного участка в медном проводнике согласно (1) оказывается числен- но равной примерно 5,3 мкм. Подобная микроскопи- ческая величина для Δznh хорошо согласуется с ли- нейными размерами проводящих мелкодисперсных фракций, образующихся в результате ЭВ (сублимации токопроводящих частей) тонких металлических про- волочек [11, 14]. Кроме того, согласно [15] при экспе- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 47 риментальном исследовании явления быстрого ЭВ в воздухе тонких круглых медных проволочек длиной 60 мм и диаметром 100 мкм путем пропускания по ним от высоковольтного генератора импульсных то- ков (ГИТ) синусоидального затухающего по экспо- ненте разрядного импульсного тока большой плотно- сти (δ0m≈6,4·1012 А/м2) в диспергированных продуктах взрывообразного разрушения твердой меди (в «ме- таллической» плазме) методом скоростного фоторе- гистрирования были зафиксированы продольные пе- риодические страты, состоящие из слоистой продоль- ной периодической дискообразной структуры различ- ной светимости, содержащей чередующиеся между собой «светлые» шириной Δzh (34 шт.) и «темные» шириной Δzc (34 шт.) продольные участки. Данные участки попарно образовывали в разрядном воздуш- ном промежутке указанной сильноточной цепи ГИТ с «металлической» плазмой шаг периодической струк- туры ВЭП длиной около (Δzh+Δzc)≈1,76 мм [11, 15]. Можно обоснованно предполагать, что в случае ис- следования в [15] ЭВ тонких медных проволочек «светлые» продольные участки «металлической» плазмы продуктов взрыва в разрядном воздушном промежутке соответствовали «горячим» участкам ВЭП, а их «темные» продольные участки − «холод- ным» участкам ВЭП. Опытные данные из [15] указы- вают на достоверность квантовомеханических поло- жений, используемых в основе расчетных оценок в [1-9] волновых распределений дрейфующих свобод- ных электронов и соответственно ВЭП в тонких ме- таллических проводниках. Приведенные выше оценочные данные свиде- тельствуют о том, что выявить в лабораторных усло- виях особенности продольного волнового распреде- ления тока в металлических проводниках можно только в режиме пропускания через них таких посто- янных, переменных или импульсных токов i0(t), кото- рые обеспечивают протекание в поперечных сечениях S0 их электропроводящих материалов лишь относи- тельно больших плотностей тока δ0m. Согласно опыт- ным данным из [16] для постоянного тока уровень его плотности в тонком стальном оцинкованном проводе (r0=0,15 мм; Δ0=5 мкм − толщина наружного защитно- го цинкового покрытия) при экспериментальном изу- чении его ВЭП составляет около 6,8·108 А/м2. Из соб- ственного опыта при изучении квантованных ВЭП и электронных полуволн де Бройля в тонком круглом стальном оцинкованном проводе (r0=0,8 мм; Δ0=5 мкм) с апериодическим импульсным аксиальным то- ком i0(t) миллисекундной длительности в условиях научно-исследовательской лаборатории, оснащенной мощным высоковольтным ГИТ для формирования на электрической нагрузке длительной С- компоненты тока искусственной молнии [12], следует, что значе- ния δ0m численно составляют около 3,7·108 А/м2 [3, 7]. В связи с вышеизложенным предлагаемый рас- четно-экспериментальный метод исследования в мак- роструктуре выбранного с учетом визуализации ожи- даемых электрофизических проявлений (квантован- ных продольных ВЭП и формирующих их электрон- ных полуволн де Бройля) металлического проводника с импульсным аксиальным током i0(t) базируется на использовании указанных квантовофизических зако- номерностей и электрической схемы сильноточной разрядной цепи упомянутого ГИТ-С, приведенной на рис. 1. В качестве испытательных образцов (ИО) про- водника, включаемых согласно рис. 1 и 2 в сильно- точную разрядную цепь высоковольтного ГИТ-С, ис- пользуем прямолинейные участки промышленно вы- пускаемого стального оцинкованного провода (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2) [17]. Наличие в таких ИО сравнительно легкоплавкого тонкого по- крытия и тугоплавкого достаточно массивного осно- вания провода обеспечивает при его интенсивном локальном джоулевом нагреве (до температур поряд- ка 1500 С) опосредованное обнаружение за счет сфе- рообразного вспучивания покрытия на «горячих» продольных участках провода квантованных про- дольных ВЭП и соответственно электронных деброй- левских полуволн, образующих подобные ВЭП [7, 9]. Рис. 1. Принципиальная электрическая схема сильноточной разрядной цепи мощного высоковольтного ГИТ-С, приме- ненного для исследования квантованных периодических продольных ВЭП и электронных полуволн де Бройля в ис- пытательном образце металлического проводника (ГВПИ − генератор высоковольтных поджигающих импульсов на- пряжения амплитудой до ±100 кВ; F1, F2 − соответственно трех− и двухэлектродный высоковольтные воздушные ис- кровые коммутаторы; Cd − разделительная емкость на 180 пФ и импульсное напряжение до ±120 кВ в цепи ГВПИ, управляющего срабатыванием воздушных искровых комму- таторов F1 и F2; ИО − испытательный образец металличе- ского проводника; ШК − шунт коаксиальный типа ШК-300 для измерения импульсного тока в проводнике; ±UCC − за- рядное напряжение конденсаторов ГИТ-С; ±UCA − зарядное напряжение конденсаторов других ГИТ существующего генератора тока искусственной молнии; LC≈11,43 мГн, RC≈4,74 Ом, CC≈45,36 мФ − соответственно индуктивность, активное сопротивление и емкость разрядной цепи ГИТ-С) Используемый мощный одномодульный ГИТ-С на номинальную запасаемую электрическую энергию WC0=567 кДж, выполненный согласно схеме рис. 1 на основе 324 параллельно соединенных высоковольт- ных импульсных конденсаторов ИМ-5-140 (номи- нальное напряжение U0=±5 кВ; номинальная емкость C0=140 мкФ), имеет следующие собственные элек- трические параметры [12]: CC≈45,36 мФ; RC≈4,74 Ом; LC≈11,43 мГн. Отметим, что в ГИТ-С была применена резистивная защита его конденсаторов от аварийных сверхтоков, реализованная путем размещения на их высоковольтных выводах защитных постоянных объ- емных графито-керамических резисторов ТВО-60-100 Ом [12, 18]. После заряда до постоянного напряжения 48 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 UCC≤±4,2 кВ конденсаторов ГИТ-С (при UCA=0) и по- дачи от генератора высоковольтных поджигающих импульсов (ГВПИ) управляющего микросекундного импульса напряжения амплитудой ±100 кВ на управ- ляемый электрод высоковольтного трехэлектродного воздушного искрового коммутатора F1 каскадного типа со стальными полусферическими электродами и рабо- чими промежутками длиной 4 и 9 мм, входящего в со- став существующего в НИПКИ «Молния» НТУ «ХПИ» генератора тока искусственной молнии [12], за счет формируемого на ИО провода импульса перенапряже- ния происходит срабатывание высоковольтного двух- электродного воздушного искрового коммутатора F2 с графитовыми прямоугольными электродами и рабочим изоляционным промежутком длиной 3 мм. Рис. 2. Общий вид круглого сплошного стального оцинкован- ного провода (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2), включенного своими концами с помощью болтового соеди- нения в сильноточную разрядную цепь мощного высоко- вольтного ГИТ-С и размещенного над теплозащитным асбе- стовым полотном, до воздействия на него апериодического импульса аксиального тока i0(t) большой плотности В результате через ИО провода будет протекать импульс тока требуемых АВП. Измерение АВП про- текающих через ИО провода импульсов тока i0(t) вы- полняется при помощи цифрового запоминающего осциллографа Tektronix TDS 1012 и поверенного мет- рологической службой измерительного коаксиального шунта (ШК) типа ШК-300 с собственным активным сопротивлением 0,185 мОм и возможностью фикса- ции нано−, микро− и миллисекундных импульсов то- ка амплитудой от 10 А до 200 кА [12], включенного согласно рис. 1 в непотенциальную (заземленную) часть сильноточной разрядной цепи ГИТ-С. Исполь- зуемый нами ШК при штатном измерении в разряд- ной цепи ГИТ-С длительной апериодической компо- ненты тока искусственной молнии имел коэффициент преобразования, равный около 56,42·102 А/В [7, 12]. На рис. 3 приведена осциллограмма апериодиче- ского импульса тока отрицательной полярности в раз- рядной цепи ГИТ-С при наличии в ней вместо ИО стального провода штатного эквивалента электриче- ской нагрузки в виде алюминиевого листа толщиной 2 мм и размером в плане 0,5 м  0,5 м. Видно, что при модуле амплитуды I0m≈835 А генерируемый в этом случае (WC≈400 кДж; UCC≈−4,2 кВ) апериодический импульс тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс (tm − время, соответствующее I0m; τp − длительность им- пульса тока на уровне 0,5I0m) характеризуется полной длительностью t0≈1000 мс и переносит в сильноточ- ной разрядной цепи ГИТ-С большой электрический заряд, модуль которого равен примерно qC≈191 Кл. Рис. 3. Осциллограмма апериодического импульса тока i0(t) отрицательной полярности временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс, протекающего в разрядной цепи ГИТ-С с эквивалентом электрической нагрузки в виде плоского алюминиевого листа толщиной 2 мм и размером в плане 500 мм х 500 мм (WC≈400 кДж; UCC≈−4,2 кВ; I0m≈−835 А; tm≈9 мс; τp≈160 мс; t0≈1000 мс; qC≈−191 Кл; масштаб по вертикали − 282 А/клетка; масштаб по горизонтали − 100 мс/клетка) На рис. 4 приведена осциллограмма апериодиче- ского импульса тока i0(t) отрицательной полярности в разрядной цепи ГИТ-С при наличии в ней ИО иссле- дуемого стального оцинкованного провода, теряюще- го при t≥380 мс свою металлическую проводимость из-за интенсивного джоулева нагрева и локального электротермического разрушения его структуры. Рис. 4. Осциллограмма воздействующего на электротерми- чески локальным образом разрушаемый исследуемый круг- лый прямолинейный стальной оцинкованный провод (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2) апериодического импульса аксиального тока i0(t) отрицательной полярности временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс большой плотности (WC≈310 кДж; UCC≈−3,7 кВ; I0m≈−745 А; δ0m≈0,37 кА/мм2; tm≈9 мс; τp≈160 мс; t0≈576 мс) (масштаб по вертикали − 282 А/клетка; масштаб по горизонтали − 100 мс/клетка) По этой причине полная длительность протека- ния в ИО провода апериодического импульса тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс в проводимых нами экспериментах не превышала t0≈576 мс. Заме- тим, что для проводящей структуры ИО провода при указанных АВП используемых импульсов тока вы- полняется требуемое по условиям проведения иссле- дований соотношение между величинами Δi и r0 [7]: Δi/r0≈2r0 -1[tm/(πμ0γ0)] 1/2≈42, где μ0=4π·10-7 Гн/м − маг- нитная постоянная [10], а γ0≈8·106 См/м − удельная ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 49 электропроводность металлического основания ис- пользуемого в опытах провода [10]. Токовая осцилло- грамма на рис. 4 (WC≈310 кДж; UCC≈−3,7 кВ; I0m≈−745 А) является характерной для всех выполненных нами на ГИТ-С экспериментов по интенсивному джоуле- вому нагреву ИО стального оцинкованного провода, вызванному слабым рассеянием на атомах кристалли- ческой решетки его металлов электронных полуволн де Бройля [10, 19]. Амплитуда усредненной критиче- ской плотности импульса тока i0(t) согласно рис. 4 в ИО провода при этом не превышала δ0m≈0,37 кА/мм2. Проведенные эксперименты на ГИТ-С показали, что при δ0m>0,37 кА/мм2 происходит полная сублимация электропроводящего материала ИО стального прово- да, исключающая какие-либо визуальные наблюдения в нем ВЭП и электронных полуволн де Бройля [7-9]. На рис. 5-7 показаны внешние виды ИО стально- го оцинкованного провода сразу после воздействия на них в сильноточной разрядной цепи высоковольтного ГИТ-С одиночного апериодического импульса тока i0(t) отрицательной полярности согласно данным рис. 4 (UCC≈−3,7 кВ; I0m≈−745 А; δ0m≈0,37 кА/мм2). Рис. 5. Внешний вид опытного распределения вдоль сталь- ного оцинкованного провода (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2) остывающих на воздухе и теплозащитном асбестовом полотне макроскопических одного «горячего» (высокотемпературной зоны ВЭП шириной Δznh≈7 мм посе- редине провода) и двух крайних «холодных» (шириной Δznce≈156,5 мм при частичной сублимации одного из них) продольных участков после протекания по нему апериоди- ческого импульса тока i0(t) отрицательной полярности вре- менной формы tm/τp≈9 мс/160 мс большой плотности (I0m≈−745 А; δ0m≈0,37 кА/мм2; n=1; t0≈576 мс) [20] Рис. 6. Внешний вид опытного распределения вдоль сталь- ного оцинкованного провода (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2) остывающих на воздухе и теплозащитном асбестовом полотне макроскопических трех «горячих» (вы- сокотемпературных зон ВЭП провода шириной Δznh≈7 мм) и четырех «холодных» (двух крайних шириной Δznce≈50 мм при полной сублимации одного из них и двух внутренних шириной Δznci≈100 мм) продольных участков после проте- кания по нему апериодического импульса тока i0(t) отрица- тельной полярности временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс большой плотности (I0m≈−745 А; δ0m≈0,37 кА/мм2; n=3; t0≈576 мс) [20] Теплофизическое состояние остывающих на воз- духе и теплозащитном асбестовом полотне толщиной 3 мм, изготовленном из хризотил-асбеста (температу- ра его плавления составляет около 1500 С [21]), ИО исследуемого провода указывает на частичную суб- лимацию их электропроводящей структуры (для цин- кового покрытия температура плавления составляет около 419 С, а кипения − 907 С [10]; для стального основания эти температуры равны примерно 1535 и 2735 С соответственно [10]) и наличие в них стохас- тическим образом возникающих вдоль стального оцинкованного провода от одного воздействия ука- занного импульсного тока к другому вспученных ярко светящихся сфероподобных квантованных «образова- ний» одинаковой во всех случаях ширины Δznh≈7 мм. Число этих «образований» на рис. 5-7 соответ- ствует квантовому числу n = 1,3,9. Между данными сфероподобными «образованиями», имеющими бе- лый цвет каления стали и соответственно температу- ру не менее 1200 С [7, 16], расположены цилиндри- ческие «перешейки» диаметром 2r0=1,6 мм и кванто- ванной шириной Δznc с визуально неповрежденным из-за импульсного нагрева на них цинковым покры- тием. Из-за нагрева указанные «перешейки» вместе с их уцелевшим цинковым покрытием приобретали темный цвет. Рис. 7. Внешний вид опытного распределения вдоль сталь- ного оцинкованного провода (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2) остывающих на воздухе и теплозащитном асбестовом полотне макроскопических четырех «горячих» (высокотемпературных зон ВЭП провода шириной Δznh≈7 мм) и двух внутренних «холодных» (шириной Δznci≈27 мм) продольных участков после протекания по нему апериоди- ческого импульса тока i0(t) отрицательной полярности вре- менной формой tm/τp≈9 мс/160 мс большой плотности (I0m≈−745 А; δ0m≈0,37 кА/мм2; n=9; t0≈576 мс; остальные пять «горячих» и восемь «холодных» продольных участков провода подверглись полной сублимации) [20] Металлографическое обследование на оптиче- ском микроскопе типа МБС-9 остывших и аккуратно очищенных мягкой тканью цилиндрических «пере- шейков» ИО провода показало, что они содержат од- нородное, блестящее и плотно прилегающее к сталь- ному основанию провода цинковое покрытие [7]. Эти опытные данные указывают на то, что максимальная температура нагрева на цилиндрических «перешей- ках» ИО провода не превышала температуры плавле- ния их цинкового покрытия (не более 419 С) [10]. Что касается результатов обследования на оптическом микроскопе МБС-9 остывших сфероподобных «обра- зований» ИО провода, то внутри они содержали за- твердевшие фракции вскипевшего цинкового покры- 50 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 тия и расплавленного стального основания провода [7]. В этой связи максимальная температура нагрева на сфероподобных «образованиях» ИО провода со- ставляла не менее температуры плавления его сталь- ного основания (≥1535 С [10]). В пользу такого вы- вода свидетельствует и то, что под всеми естественно остывшими на воздухе сфероподобными «образова- ниями» ИО провода имело место сквозное проплав- ление теплозащитного полотна, выполненного из хри- зотил-асбеста с температурой плавления не менее 1500 С [21]. Приведенные выше теплофизические результаты выполненных с помощью мощного высо- ковольтного ГИТ-С и прямолинейных отрезков тон- кого стального оцинкованного провода высокотемпе- ратурных экспериментов указывают на то, что кван- тованные сфероподобные «образования» в ИО прово- да соответствуют «горячим» продольным участкам его квантованных периодических продольных ВЭП, а цилиндрические «перешейки» в ИО провода − «хо- лодным» продольным участкам указанных ВЭП. Для случая, когда n=1 (рис. 5), квантованная ши- рина Δznхк каждого из двух крайних «холодных» про- дольных участков ВЭП, правый из которых подвергся частичной сублимации, в проведенных экспериментах оказалась равной около 156,5 мм. Ширины этих уча- стков совместно с шириной Δznh≈7 мм одного «горя- чего» продольного участка ВЭП, расположенного посередине ИО провода, согласно приведенным в [1- 9] закономерностям для ВЭП в металлическом про- воднике с электрическим током проводимости обра- зуют для случая n=1 квантованную длину λenz/2 одной электронной полуволны де Бройля, численно равную λenz/2≈2Δznce+Δznh≈320 мм. Амплитуда этой электрон- ной полуволны де Бройля соответствует середине ширины Δznh «горячего» продольного участка ВЭП. Полученные при n=1 опытные данные для квантован- ного продольного ВЭП и электронной дебройлевской полуволны в ИО исследуемого провода схематически проиллюстрированы нами на рис. 8а. Из (1) при ne0=16,82·1028 м-3 [10] и δ0m=3,7·108 А/м2 получаем, что расчетная ширина «горячего» продольного участка указанного ВЭП в исследуемом проводе составляет примерно Δznh≈5,7 мм. Расчетная квантовомеханиче- ская оценка ширины крайнего «холодного» продоль- ного участка квантованного продольного ВЭП в ис- следуемом стальном проводе может быть выполнена по следующему аналитическому соотношению [6]: eznс ≈ ])2(8)[/(5,0)2/(l 2 0000   mee mhnen . (2) Из (2) при n=1, ne0=16,82·1028 м-3 и δ0m=3,7·108 А/м2 следует, что Δznce≈157,1 мм. Тогда для расчетной длины λenz/2≈2Δznce+Δznh электронной полуволны де Бройля в изучаемом квантовом случае (n=1) имеем: λenz/2≈2х157,1 мм + 5,7 мм≈319,9 мм. Видно, что ре- зультаты выполненных высокотемпературных экспе- риментов для квантового случая n=1 полностью соот- ветствуют данным квантовомеханического расчета ВЭП в исследуемом стальном оцинкованном проводе. Для случая n=3 (рис. 6) квантованная ширина Δznce каждого из двух крайних «холодных» продоль- ных участков квантованного продольного ВЭП, левый из которых подвергся полной сублимации, составляет примерно 50 мм (при их расчетной ширине по (2) в 50,5 мм). Два внутренних «холодных» продольных участка, размещенных в этом случае между соседни- ми «горячими» продольными участками шириной Δznh≈7 мм, имели квантованную ширину Δznci≈100 мм. Видно, что опытная ширина Δznci внутренних «холод- ных» продольных участков в два раза превышает опытную ширину Δznce крайних «холодных» продоль- ных участков ИО стального провода. Поэтому для квантового случая n=3 опытная квантованная длина λenz/2 электронной полуволны де Бройля в ИО провода будет численно составлять λenz/2≈Δznci+Δznh≈107 мм. Полученные экспериментальные данные для кванто- вого случая n=3 схематически изображены на рис. 8b. Из оценочного расчета по (1) при ne0=16,82·1028 м-3 и δ0m=3,7·108 А/м2 ширины Δznh «горячего» про- дольного участка ВЭП следует, что она остается рав- ной около 5,7 мм. Расчетную квантовомеханическую оценку при n=3 ширины Δznci внутреннего «холодно- го» продольного участка ВЭП в исследуемом проводе выполним по аналитическому соотношению вида [6]: nciz ≈ 121 0000 ])2(8[)(/    mee mhnenl . (3) Из (3) при n=3, ne0=16,82·1028 м-3 и δ0m=3,7·108 А/м2 получаем, что Δznci≈101 мм. В результате для расчетной длины λenz/2≈Δznci+Δznh электронной полу- волны де Бройля применительно к квантовому слу- чаю n=3 находим: λenz/2≈101 мм + 5,7 мм≈106,7 мм. Поэтому можно констатировать, что результаты вы- полненных экспериментов на ГИТ-С по косвенному обнаружению в тонком стальном оцинкованном про- воде квантованных продольных ВЭП и электронных дебройлевских полуволн для квантового случая n=3 также хорошо коррелируют с расчетными данными. Для квантового случая n=9 (рис. 7) уцелевшие «горячие» продольные участки квантованных ВЭП также имели ширину Δznh≈7 мм (при их расчетной ширине по (1) в 5,7 мм). Квантованная ширина Δznci внутренних «холодных» продольных участков в ИО провода при этом составляла около 27 мм (при их расчетной ширине по (3) в 29,8 мм). В этой связи опытная квантованная длина λenz/2 электронной полу- волны де Бройля в ИО стального оцинкованного про- вода для квантового случая n=9 будет примерно рав- ной λenz/2≈Δznci+Δznh≈34 мм. На рис. 8с в наглядном схематическом виде отображены соответствующие экспериментальные данные для этого рассматривае- мого в ИО провода квантового случая (n=9). В данном случае, как и случаях с квантовыми числами n=1 (см. рис. 5) и n=3 (см. рис. 6), середины «горячих» про- дольных участков квантованных периодических ВЭП соответствуют амплитудам распространяющихся в электропроводящей структуре ИО исследуемого ци- линдрического провода квантованных когерентных электронных дебройлевских полуволн. С учетом при- веденных данных для расчетного значения при n=9 длины λenz/2 электронной дебройлевской полуволны в ИО провода имеем: λenz/2≈29,8 мм + 5,7 мм≈35,5 мм. Поэтому можно говорить о том, что и в этом кванто- вом случае (n=9) опытные результаты для геометри- ческих параметров «горячих» и «холодных» продоль- ных участков квантованных периодических продоль- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 51 ных ВЭП и соответственно электронных полуволн де Бройля в тонком стальном оцинкованном проводе с апериодическим импульсом тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс большой плотности (δ0m≈0,37 кА/мм2) в пределах 4 % согласуются с соответствую- щими данными представленных нами расчетных квантовомеханических оценок для основных геомет- рических характеристик ВЭП и дебройлевских элек- тронных полуволн в исследуемом стальном проводе. Рис. 8. Упрощенное схематическое изображение полученных экспериментальных данных для «горячих» (Δznh≈7 мм) и «хо- лодных» продольных участков квантованных периодических продольных ВЭП и электронных полуволн де Бройля в ИО круглого стального оцинкованного провода радиусом r0=0,8 мм и длиной l0=320 мм, испытывающих в сильноточной раз- рядной цепи высоковольтного ГИТ-С однократное воздействие апериодического импульса тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс большой плотности δ0m≈0,37 кА/мм2 (1 − «горячий» участок ВЭП; 2 − «холодный» участок ВЭП; 3 − электронная полуволна де Бройля длиной λenz/2; для а − n=1 и λenz/2≈320 мм; для b − n=3 и λenz/2≈107 мм; для c − n=9 и λenz/2≈34 мм) Выводы. 1. Предложен и апробирован в условиях высоко- вольтной лаборатории расчетно-экспериментальный метод для обнаружения и прямого определения гео- метрических параметров (в частности, ширин Δznh, Δznce и Δznci) «горячих» и «холодных» продольных участков квантованных периодических продольных ВЭП и соответственно опосредованного определения значений квантованных длин λenz/2 (n=1,2,3,...) их об- разующих электронных полуволн де Бройля в круг- лом стальном оцинкованном проводе (r0=0,8 мм; l0=320 мм; Δ0=5 мкм; S0=2,01 мм2), на который в од- нократном режиме от описанного вкратце мощного высоковольтного ГИТ-С разработки НИПКИ «Мол- ния» НТУ «ХПИ» воздействует униполярный им- пульс аксиального тока временной формы tm/τp≈9 мс/160 мс большой усредненной плотности (δ0m≈0,37 кА/мм2). 2. Впервые расчетно-экспериментальным путем для исследуемого круглого стального оцинкованного провода подтвержден важный для фундаментальных основ теории электричества тот электрофизический факт, что в рассматриваемом металлическом провод- нике с используемым апериодическим импульсным аксиальным током проводимости временной формы 9 мс/160 мс и большой плотности (около 0,37 кА/мм2) в его продольном направлении распространяются кван- тованные когерентные электронные полуволны де Бройля длиной λenz/2 с установленными в ходе выпол- ненных исследований квантовыми числами n=1,3,9. 3. Интерференция дебройлевских электронных по- луволн вызывает возникновение в электропроводя- щей структуре исследуемого стального оцинкованно- го провода квантованных периодических продольных ВЭП макроскопических размеров, середины экспери- ментально зафиксированных идентичных ширин Δznh≈7 мм «горячих» продольных участков которых соответствуют амплитудам указанных квантованных электронных полуволн де Бройля длиной в соответст- вии с установленным нами соотношением λenz/2≈l0/n при n=1,3,9 в 320, 107 и 34 мм, а также появление в макроструктуре данного провода неоднородного про- дольного периодического температурного поля с пе- репадом температур между его «горячими» и «холод- ными» продольными участками примерно в 1000 С. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Баранов М.И. Волновое распределение свободных элек- тронов в проводнике с электрическим током проводимости // Электротехника. − 2005. − №7. − С. 25-33. 52 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 2. Баранов М.И. Энергетический и частотный спектры свободных электронов проводника с электрическим током проводимости // Электротехника. − 2006. − №7. − С. 29-34. 3. Баранов М.И. Новые физические подходы и механизмы при изучении процессов формирования и распределения электрического тока проводимости в проводнике // Технічна електродинаміка. − 2007. − №1. − С. 13-19. 4. Баранов М.И. Квантовомеханический подход при расче- те температуры нагрева проводника электрическим током проводимости // Технічна електродинаміка. − 2007. − №5. − С. 14-19. 5. Баранов М.И. Волновое радиальное распределение сво- бодных электронов в цилиндрическом проводнике с пере- менным электрическим током // Технічна електродинаміка. − 2009. − №1. − С. 6.-11. 6. Баранов М.И. Квантово-волновая природа электриче- ского тока в металлическом проводнике и ее некоторые электрофизические макропроявления // Електротехніка і електромеханіка. − 2014. − №4. − С. 25-33. doi: 10.20998/2074-272X.2014.4.05. 7. Баранов М.И. Особенности нагрева тонкого биметалли- ческого проводника большим импульсным током // Элек- тричество. − 2014. − №4. − С. 34-42. 8. Баранов М.И. Локальный нагрев токопроводов силового электроэнергетического оборудования при аварийных ре- жимах и токовых перегрузках // Электротехника. − 2014. − №6. − С. 13-17. doi: 10.3103/s1068371214060030. 9. Баранов М.И. Основные характеристики волнового рас- пределения свободных электронов в тонком металлическом проводнике с импульсным током большой плотности // Электричество. − 2015. − №10. − С. 20-32. 10. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. ред. В.К. Тартаковский. − К.: Наукова думка, 1989. − 864 с. 11. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики: Мо- нография. Том 3: Теория и практика электрофизических задач. − Х.: Точка, 2014. − 400 с. 12. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И., Недзель- ский О.С., Дныщенко В.Н. Генератор тока искусственной молнии для натурных испытаний технических объектов // Приборы и техника эксперимента. − 2008. − №3. − С. 81-85. doi: 10.1134/s0020441208030123. 13. Электротехнический справочник. Производство и распре- деление электрической энергии. Том 3, Кн. 1 / Под общей ред. И.Н. Орлова и др. − М.: Энергоатомиздат, 1988. − 880 с. 14. Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. Электриче- ский взрыв проводников и его применение в электрофизи- ческих установках. − М.: Энергоатомиздат, 1990. − 288 с. 15. Соболев Н.Н. Исследование электрического взрыва тон- ких проволочек // Журнал экспериментальной и теоретиче- ской физики. − 1947. − Том 17. − №11. − С. 986-997. 16. Марахтанов М.К., Марахтанов А.М. Периодические изменения температуры по длине стальной проволоки, вы- званные электрическим током // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. − 2003. − №1. − С. 37-47. 17. Белоруссов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. Электри- ческие кабели, провода и шнуры. Справочник. − М.: Энер- гоатомиздат, 1988. − 536 с. 18. Баранов М.И., Рудаков С.В. Разработка новых схем ре- зистивной защиты высоковольтных конденсаторов мощных емкостных накопителей энергии от аварийных токов // Еле- ктротехніка і електромеханіка. − 2015. − №6. − С. 47-52. doi: 10.20998/2074-272X.2015.6.08. 19. Баранов М.И. Слабое и сильное рассеяние дрейфующих свободных электронов в металлическом проводнике с элек- трическим током проводимости // Технічна електродинамі- ка. − 2010. − №3. − С. 3-8. 20. Баранов М.И. Теоретические и экспериментальные ис- следования по обоснованию существования в микрострук- туре металлического проводника с током электронных деб- ройлевских полуволн // Електротехніка і електромеханіка. − 2014. − №3. − С. 45-49. doi: 10.20998/2074-272X.2014.3.09. 21. Кухлинг Х. Справочник по физике / Пер. с нем. под ред. Е.М. Лейкина. − М.: Мир, 1982. − 520 с. REFERENCES 1. Baranov M.I. Wave distribution of free electrons in conduc- tor with electric current of the conductivities. Russian Electrical engineering, 2005, no.7, pp. 25-33. (Rus). 2. Baranov M.I. Energy and frequency specters of the free electrons conductor with electric current conduction. Russian Electrical engineering, 2006, no.7, pp. 29-34. (Rus). 3. Baranov M.I. New physical mechanisms and approaches in the study of the formation and distribution of the electric con- duction current in the conductor. Tekhnichna Elektrodynamika, 2007, no.1, pp.13-19. (Rus). 4. Baranov M.I. Quantum-mechanical approach in the calcula- tion of those temperature heating wire electric conduction cur- rent. Tekhnichna Elektrodynamika, 2007, no.5, pp. 14-19. (Rus). 5. Baranov M.I. Characteristic radial distribution of free elec- trons in a cylindrical conductor with varying electric current. Tekhnichna Elektrodynamika, 2009, no.1, pp. 6-11. (Rus). 6. Baranov M.I. Quantum-wave nature of electric current in a metallic conductor and some of its electrophysical macro- phenomena. Electrical engineering & electromechanics, 2014, no.4, pp. 25-33. doi: 10.20998/2074-272X.2014.4.05. 7. Baranov M.I. Features heating thin bimetallic conductor large pulse current. Elektrichestvo, 2014, no.4, pp. 34-42. (Rus). 8. Baranov M.I. Local heating of electrical pathways of power electrical equipment under emergency conditions and overcur- rents. Russian Electrical Engineering, 2014, vol.85, no.6, pp. 354-357. doi: 10.3103/s1068371214060030. 9. Baranov M.I. The main characteristics of the wave distribution of free electrons in a thin metallic conductor with a pulse current of high density. Elektrichestvo, 2015, no.10, pp. 20-32. (Rus). 10. Kuz'michev V.E. Zakony i formuly fiziki [Laws and formulas of physics]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 864 p. (Rus). 11. Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki. Tom 3: Te- orija i praktika elektrofizicheskih zadach [Selected topics of Electrophysics. Vol. 3: Theory and practice of electrophysics tasks]. Kharkiv, Tochka Publ., 2014. 400 p. (Rus). 12. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Nedzel’skii O.S., Dnyshchenko V.N. A Current Generator of the Artificial Lightning for Full-Scale Tests of Engineering Objects. Instruments and Experimental Technique, 2008, no.3, pp. 401- 405. doi: 10.1134/s0020441208030123. 13. Orlov I.N. Elektrotehnicheskij spravochnik. Proizvodstvo i raspredelenie elektricheskoj energii. Tom 3, Kn. 1 [Electrical engineering handbook. Production and distribution of electric energy. Vol. 3, Book 1. Ed. I.N. Orlov]. Moscow, Energoa- tomizdat Publ., 1988. 880 p. (Rus). 14. Burtsev V.A., Kalinin N.V., Luchynskiy A.V. Elektricheskiy vzryv provodnikov i ego primenenie v elektrofizicheskikh ustanovkakh [Electric explosion of conductors and its applica- tion in electrophysical options]. Moscow, Energoatomisdat Publ., 1990. 288 p. (Rus). 15. Sobolev N.N. The study of electrical explosion of thin wires. Journal of experimental and theoretical physics, 1947, Vol.17, no.11, pp. 986-997. (Rus). 16. Marakhtanov M.K., Marakhtanov A.M. Periodical tempera- ture changes along steel wire length caused by electrical current. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Se- ries Mechanical Engineering, 2003, no.1, pp. 37-47. (Rus). 17. Belorussov N.I., Saakjan A.E., Jakovleva A.I. Elektricheskie kabeli, provoda i shnury. Spravochnik [Electrical cables, wires and cords. Directory]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1988. 536 p. (Rus). 18. Baranov M.I., Rudakov S.V. Development of new charts of capacitance-resistance defense of high-voltage capacitors of ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 53 powerful capacity stores of energy from emergency currents. Electrical engineering & electromechanics, 2015, no.6, pp. 47- 52. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2015.6.08. 19. Baranov M.I. Strong and weak streaming free electron scat- tering in metallic conductor with electric conduction current. Tekhnichna Elektrodynamika, 2010, no.3, pp. 3-8. (Rus). 20. Baranov M.I. Theoretical and experimental results of re- search into explanation of de Broglie half-wave existence in the microstructure of an active metallic conductor. Electrical engi- neering & electromechanics, 2014, no.3, pp. 45-49. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2014.3.09. 21. Kuhling H. Spravochnik po fizike. Per. s nem. [Dictonary on Physics. Translated from German]. Moscow, Mir Publ., 1982. 520 p. (Rus). Поступила (received) 01.06.2016 Баранов Михаил Иванович1, д.т.н., гл.н.с., Рудаков Сергей Валерьевич2, к.т.н., доц., 1 НИПКИ «Молния» Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, тел/phone +38 057 7076841, e-mail: eft@kpi.kharkov.ua 2 Национальный университет гражданской защиты Украины, 61023, Харьков, ул. Чернышевского, 94, тел/phone +38 057 7073438, e-mail: serg_73@i.ua M.I. Baranov1, S.V. Rudakov2 1 Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute «Molniya», National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine. 2 National University of Civil Protection of Ukraine, 94, Chernyshevska Str., Kharkiv, 61023, Ukraine. Calculation-experimental method of research in a metallic conductor with the pulse current of electronic wavepackages and de Broglie electronic half-waves. Purpose. Development of calculation-experimental method for a discovery and study of electronic wavepackages (EWP) and of de Broglie electronic half-waves in a metallic conductor with the pulse axial-flow current of high density. Methodology. Theo- retical bases of the electrical engineering, bases of quantum physics, electrophysics bases of technique of high voltage and large pulsecurrents, and also bases of technique of measuring of permanent and variable electric value. Results. On the basis of generalization of results of research of features of the longitudi- nal wave periodic distributing of negatively charged transmit- ters of electric current of conductivity in the thin round continu- ous zincked steel wire offered and approved in the conditions of high-voltage laboratory method for a discovery and direct de- termination in him of geometrical parameters of «hot» and «cold» longitudinal areas quantized periodic longitudinal EWP and accordingly the mediated determination of values of the quantized lengths formative their de Broglie electronic half- waves. It is shown that results of close quantum mechanical calculations of EWP and quantized lengths λenz/2 of longitudinal de Broglie half-waves for the probed wire long l0 well comport with the results of the executed high temperature experiments on the powerful high-voltage generator of homopolar large pulse current of millisecond duration. Originality. First calculation- experimental a way the important for the theory of electricity fact of existence is set in a round metallic explorer with the im- pulsive axial-flow current of the quantized coherent de Broglie electronic half-waves, amplitudes of which at the quantum num- ber of n=1,3,9 correspond the middles of «hot» longitudinal areas of EWP. Calculation quantum mechanical correlation of type of λenz/2=l0/n got experimental confirmation, in obedience to which on length of l0 conductor the integer of quantized elec- tronic half-waves is always laid de Broglie. Practical value. The use of the offered method allows to expose electro-technological possibilities of practical application of features sharply not ho- mogeneous periodic wave longitudinal distributing of drifting lone electrons and accordingly by them the conditioned thermal field in round metallic conductors with the electric axial-flow current of high-slay. References 21, figures 8. Key words: metallic conductor, pulse current, electronic wavepackage, de Broglie electronic half-wave, calculation- experimental investigation of electronic processes in the conductor.

Расчетно-экспериментальный метод исследования в металлическом проводнике с импульсным током волновых электронных пакетов и электронных полуволн де Бройля

Репозитарії

Схожі ресурси