Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн

Представлены теоретические и экспериментальные результаты исследований продольного волнового распределения дрейфующих свободных электронов в круглом металлическом проводнике с импульсным аксиальным током большой плотности, непосредственно указывающие на существование в его внутренней проводящей ми...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Баранов, М.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2014
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Теоретична електротехніка
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148724
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 45–49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-148724
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1487242019-02-19T01:30:57Z Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн Баранов, М.И. Теоретична електротехніка Представлены теоретические и экспериментальные результаты исследований продольного волнового распределения дрейфующих свободных электронов в круглом металлическом проводнике с импульсным аксиальным током большой плотности, непосредственно указывающие на существование в его внутренней проводящей микроструктуре электронных полуволн де Бройля. Представлені теоретичні і експериментальні результати досліджень подовжнього хвилевого розподілу вільних електронів, що дрейфують, в круглому металевому провіднику з імпульсним аксіальним струмом великої щільності, які безпосередньо вказують на існування в його внутрішній провідній мікроструктурі електронних півхвиль де Бройля. The paper presents theoretical and experimental results of research on longitudinal wave distribution of drifting free electrons in a round metallic conductor with high-density pulse axial current. The data directly indicate existence of electron de Broglie half-waves in the conductor microstructure. 2014 Article Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 45–49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.3.09 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148724 621.3.022:537.311.8 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 Теоретична електротехніка
spellingShingle	Теоретична електротехніка Теоретична електротехніка Баранов, М.И. Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн Електротехніка і електромеханіка
description	Представлены теоретические и экспериментальные результаты исследований продольного волнового распределения дрейфующих свободных электронов в круглом металлическом проводнике с импульсным аксиальным током большой плотности, непосредственно указывающие на существование в его внутренней проводящей микроструктуре электронных полуволн де Бройля.
format	Article
author	Баранов, М.И.
author_facet	Баранов, М.И.
author_sort	Баранов, М.И.
title	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн
title_short	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн
title_full	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн
title_fullStr	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн
title_full_unstemmed	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн
title_sort	теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Теоретична електротехніка
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148724
citation_txt	Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 45–49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT baranovmi teoretičeskieiéksperimentalʹnyerezulʹtatyissledovanijpoobosnovaniûsuŝestvovaniâvmikrostrukturemetalličeskogoprovodnikastokomélektronnyhdebrojlevskihpoluvoln
first_indexed	2025-07-12T20:04:42Z
last_indexed	2025-07-12T20:04:42Z
_version_	1837472875517313024
fulltext	Теоретична електротехніка ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 45 © М.И. Баранов УДК 621.3.022:537.311.8 М.И. Баранов ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ СУЩЕСТВОВАНИЯ В МИКРОСТРУКТУРЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ ЭЛЕКТРОННЫХ ДЕБРОЙЛЕВСКИХ ПОЛУВОЛН Представлені теоретичні і експериментальні результати досліджень подовжнього хвилевого розподілу вільних елек- тронів, що дрейфують, в круглому металевому провіднику з імпульсним аксіальним струмом великої щільності, які безпосередньо вказують на існування в його внутрішній провідній мікроструктурі електронних півхвиль де Бройля. Представлены теоретические и экспериментальные результаты исследований продольного волнового распределения дрейфующих свободных электронов в круглом металлическом проводнике с импульсным аксиальным током большой плотности, непосредственно указывающие на существование в его внутренней проводящей микроструктуре элек- тронных полуволн де Бройля. ВВЕДЕНИЕ В соответствии с данными современной теории электричества электрический ток проводимости в ме- таллическом проводнике понимается как процесс рас- пространения в межатомном пространстве его кри- сталлического материала электронных волн де Брой- ля, определяющих пространственно-временную эво- люцию дрейфующих свободных электронов внутри проводника [1, 2]. Квантованная длина волны λen дрейфующего в таком проводнике свободного элек- трона определяется известным в квантовой физике волновым соотношением выдающегося французского физика-теоретика Луи де Бройля (1892-1987 гг.) [2, 3]: λen=h/(meven), где me=9,108·10-31 кг − масса покоя элек- трона; ven − квантованная скорость дрейфа электрона в материале проводника; n=1,2,3,…− целое квантовое число; h =6,626·10-34 Дж·с − постоянная Планка. От- метим, что в случае волнового распределения дрей- фующих свободных электронов вдоль однородного металлического проводника длиной l0 квантованная величина их скорости ven удовлетворяет соотношению ven=nh/(2mel0) [4]. Поэтому дрейф свободных электро- нов в материале проводника под действием прило- женного к нему электрического напряжения и соот- ветственно протекание в нем электрического тока проводимости будет сопровождаться некоторым вол- новым электронным процессом, для которого будут характерны периодические изменения его основных электрофизических параметров во времени и про- странстве. Несмотря на высокий современный уро- вень развития научно-теоретических основ электри- чества и электроники [1-3], волновой процесс проте- кания электрического тока различных видов (посто- янного, переменного или импульсного) и амплитудно- временных параметров (АВП) в гомогенных и гетеро- генных структурах твердых металлических проводни- ков до сих пор остается слабо изученным и освещен- ным с квантовомеханических, а значит и с фундамен- тальных электрофизических позиций. В этой связи задачи изучения закономерностей распределения дрейфующих свободных электронов в металлических проводниках с током не потеряли своей актуальности. 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЬНОГО ВОЛНОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОВОДНИКЕ С ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ Рассмотрим прямолинейный круглый сплошной цилиндрический проводник радиусом r0 и длиной l0>>r0, по которому протекает аксиальный импульсный ток i0(t) различных АВП с большой плотностью (рис. 1). Считаем, что радиус r0 данного проводника меньше толщины токового скин-слоя в его однородном мате- риале, а протекающий по нему ток i0(t) распределен по его поперечному сечению S0 с усредненной плотно- стью δ0(t), приводящей к интенсивному джоулевому нагреву его внутренней структуры. Влиянием дрей- фующих свободных электронов друг на друга и ионов кристаллической решетки изотропного материала про- водника на эти электроны пренебрегаем. Рис. 1. Схематический вид металлического проводника радиусом r0 и длиной l0 с аксиальным импульсным током i0(t) большой плотности, содержащего круглые "горячие" шириной ∆znг и "холодные" шириной ∆znх продольные участки Требуется на основе квантомеханического под- хода в приближенном виде описать продольное вол- новое распределение в указанном проводнике дрей- фующих свободных электронов и выполнить экспе- риментальную проверку найденного расчетного рас- пределения рассматриваемых электронов, подтвер- ждающую или отрицающую наличие в проводящей микроструктуре проводника с электрическим током принятых АВП электронных полуволн де Бройля. 46 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 2. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ПРОДОЛЬНОГО ВОЛНОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОВОДНИКЕ С ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ Известно, что в исследуемом проводнике с током дрейфующие свободные электроны распределяются вдоль его продольной оси OZ на рис. 1 так, что на его длине l0 будет всегда умещаться целое квантовое чис- ло n электронных полуволн де Бройля, удовлетво- ряющих следующему расчетному соотношению [1, 5]: en /2= 0l / n , (1) где λen/2 − квантованная длина полуволны дрейфую- щего свободного электрона, равная половине длины стоячей электронной волны де Бройля в изотропном материале металлического проводника. С учетом (1) и возникновения из-за суперпози- ции электронных полуволн де Бройля в материале проводника волновых электронных пакетов (ВЭП) для продольной периодической тепловой структуры и соответственно продольной структуры размещения отдельных ВЭП, вызывающих появление вдоль ис- следуемого проводника "горячих" продольных участ- ков, будут выполняться следующие соотношения [6]:  для краевых зон проводника en /2= гnz +2 nxкz = 0l / n ; (2)  для внутренних зон проводника en /2= гnz + nxвz = 0l / n , (3) где ∆znг, ∆znхк, ∆znхв − соответственно квантованная ширина "горячего", крайнего и внутреннего "холод- ного" продольных участков проводника с импульс- ным током, схематически указанных на рис. 1. Учитывая квантованный характер распределения в металлических проводниках с током проводимости i0(t) различных АВП электронных полуволн де Бройля и соответственно ВЭП [6, 7], продольные координаты znk мест размещения в них середин крайних "горячих" продольных участков от обоих краев проводника оп- ределяются следующим выражением: nkz = 0l /(2 n ), (4) где n=1,2,3,…,nm − целое квантовое число, равное но- меру моды собственной продольной волновой пси- функции в материале проводника; nm − максимальное значение квантового числа n. Что касается координат мест размещения в про- водниках с электрическим током i0(t) различных ви- дов (постоянного, переменного и импульсного) и АВП середин их внутренних "горячих" продольных участков, то расстояния между ними и серединами крайних "горячих" продольных участков с координа- тами по (4) определяются из следующего выражения: nbz = 0l / n . (5) Для приближенного выбора в (4) и (5) макси- мального значения nm квантового числа n при расче- тах в металлических проводниках с током проводи- мости i0(t) значений znk и znb, а также конкретного на- бора мод волновых пси-функций, квадрат модуля ко- торых определяет плотность вероятности нахождения свободных электронов в том или ином месте меж- атомного пространства материала проводника [2], можно использовать следующую формулу [8]: mn =2 2 kn , (6) где nk − главное квантовое число, равное числу элек- тронных оболочек в изолированном атоме металла проводника и соответственно номеру периода в пе- риодической системе химических элементов Менде- леева, которому этот металл проводника принадлежит (например, для медного, цинкового и железного (стального) проводников nk=4, а nm=32) [2, 9]. Воспользовавшись известным в квантовой элек- тродинамике соотношением неопределенностей Гей- зенберга [2], можно показать, что с учетом данных из [7] для минимальной квантованной ширины ∆znг "го- рячего" продольного участка исследуемого проводни- ка следует следующее расчетное соотношение: nгz = hne e00 1 0 )(  mem  [8+ ( –2)2]-1, (7) где e0=1,602·10-19 Кл − модуль электрического заряда электрона; ne0 − усредненная объемная плотность сво- бодных электронов в гомогенном материале провод- ника до протекания по нему электрического тока; δ0m − амплитуда плотности тока δ0(t) в электропроводя- щем материале проводника, равная I0m/S0 в принятом приближении; I0m − амплитуда тока i0(t) в проводнике. Усредненное значение первоначальной объем- ной плотности ne0 свободных электронов в металле проводника, входящее в (7), равно концентрации его атомов N0, умноженной на его валентность, опреде- ляемую числом неспаренных электронов на внешних электронных слоях атомов электропроводящего мате- риала проводника (например, для меди, цинка и желе- за валентность равна двум [9]). Для расчетной оценки усредненной концентрации N0 атомов в металле про- водника с массовой плотностью d0 его электропрово- дящего материала до протекания по нему импульса тока можно воспользоваться известной формулой [2]: 0N = 0d ( аМ ·1,6606·10−27)−1, (8) где Ma − атомная масса электропроводящего материа- ла проводника (например, для меди она согласно пе- риодической системе химических элементов Менде- леева в атомных единицах массы равна Ma=63,55 [9]), практически равная массовому числу ядра атома ме- талла проводника (напомним, что одна атомная еди- ница массы равна примерно 1,6606·10−27 кг [9]). Из (2) и (7) для ширины крайнего "холодного" продольного участка исследуемого проводника с им- пульсным током i0(t) произвольных АВП имеем: nxкz =0,5 0l / n −0,5 hne e00 )( 0mem  −1[8+ ( –2)2]-1.(9) Из (3) и (7) для ширины внутреннего "холодно- го" продольного участка рассматриваемого проводни- ка с импульсным током различных АВП получаем: nxвz = 0l / n − hne e00 )( 0mem  −1[8+ ( –2)2]-1. (10) Из (7) следует, что ширина ∆znг "горячего" про- дольного участка исследуемого проводника в приня- том здесь приближении не квантуется и практически определяется амплитудой плотности δ0m тока, проте- кающего по нашему проводнику. Чем больше значе- ние δ0m, тем будет меньше величина ∆znг. В тоже время ширины ∆znхк и ∆znхв=2∆znхк "холодных" продольных участков проводника с током согласно (9) и (10) явно квантуются и при неизменной амплитуде плотности ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 47 δ0m импульсного тока в проводнике и соответственно при неизменной ширине ∆znг его "горячего" продоль- ного участка практически определяются численным значением квантового числа n. Для металла провод- ника величина квантового числа n носит стохастиче- ский характер, определяемый энергетическим состоя- нием свободных электронов, оказавшихся в микро- структуре материала проводника в момент подачи на него электрического напряжения и начала протекания в нем электрического тока проводимости (продольно- го дрейфа свободных электронов) того или иного вида (постоянного, переменного или импульсного) и соот- ветственно направления продольного движения (од- но- или двухстороннего) в его проводящем материале элементарных носителей электричества − электронов. На практике численное значение квантового числа n будет всегда равно числу "горячих" продольных уча- стков шириной ∆znг, периодически образующихся вдоль рассматриваемого нами круглого металличе- ского проводника длиной l0 с импульсным током i0(t). В этой связи экспериментально зафиксировав в круглом металлическом проводнике с импульсным током большой плотности (малые значения амплиту- ды плотности тока δ0m<<0,1 кА/мм2 в рассматривае- мом проводнике нам не подходят по тем причинам, что при таких значениях величин δ0m джоулев нагрев его продольных участков оказывается визуально не- заметным, а линейные размеры ширин ∆znг "горячих" продольных участков проводника по (7) для боль- шинства металлов оказываются равными порядка 500 мм, что создает большие технические трудности для их идентификации в условиях высоковольтной лабо- ратории) его "горячие" шириной ∆znг и "холодные" шириной ∆znхк и ∆znхв продольные участки и сверив их опытные линейные размеры и места их размещения вдоль металлического проводника с указанными вы- ше расчетными данными по аналитическим выраже- ниям (1)−(10), можно делать физико-техническое за- ключение о не− или присутствии в проводящей мик- роструктуре такого проводника квантованных деб- ройлевских электронных полуволн. Далее остановим- ся на описании результатов экспериментальных ис- следований относительно "горячих" и относительно "холодных" продольных участков в металлическом проводнике с импульсным током большой плотности. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРОДОЛЬНОГО ВОЛНОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОВОДНИКЕ С ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ Используем в наших экспериментах жестко за- крепленный в разрядной цепи высоковольтного гене- ратора ГИТ-5С [10] круглый оцинкованный (с толщи- ной данного защитного покрытия ∆0=5 мкм) стальной проводник [11], имеющий следующие геометрические параметры (рис. 2): r0=0,8 мм; l0=320 мм; S0=2,01 мм2. При разряде предварительно заряженной высоко- вольтной конденсаторной батареи (для ее зарядного постоянного напряжения U3Г=−3,7 кВ и запасаемой в ней электрической энергии WГ=310 кДж) используе- мого генератора импульсных токов ГИТ-5С проте- кающий через исследуемый и частично электротер- мически разрушаемый проводник (с потерей в опытах частью проводника своей металлической проводимо- сти) апериодический импульс тока характеризовался следующими АВП: амплитудой I0m=−745 А; времен- ной формой tm/τp=9 мс/576 мс (tm − время, соответст- вующее токовой амплитуде I0m; τp − полная длитель- ность импульса тока); модулем усредненной плотно- сти импульсного тока, равным \|δ0m\|=0,37 кА/мм2. Рис. 2. Общий вид круглого прямолинейного оцинкованно- го стального проводника (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2), размещенного в воздухе над теплозащитным асбестовым полотном, до протекания по нему в разрядной цепи мощного высоковольтного генератора ГИТ-5С унипо- лярного импульса аксиального тока большой плотности На рис. 3 показаны результаты одного из воздей- ствий указанного выше импульса аксиального тока на используемый в опытах металлический проводник. Из данных рис. 3 видно, что на длине l0=320 мм интен- сивно нагреваемого примененным импульсом тока (\|δ0m\|=0,37 кА/мм2) оцинкованного стального провод- ника (для его стального основания согласно (8) ne0=2 N0=16,82·1028 м-3 [2]) в наблюдаемом случае имеется один "горячий" (одна ярко светящаяся вспученная сферообразная зона ВЭП посередине проводника, указывающая на то, что в этом случае n=1) шириной ∆znг=7 мм (при его расчетной ширине по (7) в 5,7 мм) и два крайних "холодных" (цилиндрические перешей- ки по обоим краям проводника, один из которых под- вергся частичной сублимации) шириной ∆znхк=156,5 мм (при их расчетной ширине по (9) в 157,1 мм) про- дольных участка. Заметим, что выполненные нами на оптическом микроскопе типа МБС-9 металлографиче- ские исследования остывшей посередине проводника сферообразной зоны показали, что она содержит за- твердевшие фракции вскипевшего (вспученного) цин- кового покрытия (при температуре кипения для цинка в 907 С [9]) и расплавленного стального основания проводника (при температуре его плавления пример- но в 1535 С [9]). Эти опытные результаты свидетель- ствуют о том, что при джоулевом нагреве выбранного проводника используемым импульсом аксиального тока (I0m=−745 А; \|δ0m\|=0,37 кА/мм2) в его внутренней кристаллической структуре достигаются температуры высокого уровня (уровня более 1200 С, соответст- вующеего белому цвету каления стали [9]). Одними из опытных подтверждений тому могут служить дан- ные о расплавлении хризотил-асбеста теплозащитного покрытия толщиной 3 мм (см. рис. 3) непосредствен- но под "горячими" продольными участками провод- ника. Для любопытного читателя небезынтересно от- метить тот физический факт, что температура плавле- ния хризотил-асбеста составляет около 1500 С [9]. 48 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 Рис. 3. Внешний вид остывающих на воздухе и теплозащит- ном асбестовом полотне одного "горячего" (высокотемпера- турной зоны ВЭП шириной ∆znг=7 мм посередине провод- ника) и одного крайнего "холодного" (шириной ∆znхк=156,5 мм) продольных участков оцинкованного стального про- водника (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2) после протекания по нему апериодического импульса тока i0(t) временной формы 9 мс/576 мс большой плотности (I0m=−745 А; \|δ0m\|=0,37 кА/мм2; n=1; второй правый крайний "холодный" участок подвергся частичной сублимации) На рис. 4 представлены результаты уже другого электротеплового воздействия протекающего по ис- следуемому оцинкованному стальному проводнику (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2) того же мощного униполярного импульса тока отрицательной полярности временной формы tm/τp=9 мс/576 мс (I0m=−745 А; \|δ0m\|=0,37 кА/мм2), формируемого в раз- рядной цепи высоковольтного генератора ГИТ-5С. Видно, что в данном случае вдоль проводника (для его покрытия ne0=2 N0=13,08·1028 м-3 [2]) размещаются уже три ВЭП и соответственно три "горячих" про- дольных сферообразных участка (n=3). При этом их ширина ∆znг оказывается также равной около ∆znг=7 мм, что указывает на работоспособность формулы (7). Рис. 4. Опытное распределение вдоль оцинкованного сталь- ного проводника (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2) остывающих на воздухе и теплозащитном асбестовом полотне трех "горячих" (высокотемпературных зон ВЭП проводника шириной ∆znг=7 мм) и трех "холодных" (одного крайнего шириной ∆znхк=50 мм и двух внутренних шириной ∆znхв=100 мм) продольных участков после протекания по нему импульса аксиального тока i0(t) временной формы 9 мс/576 мс большой плотности (I0m=−745 А; \|δ0m\|=0,37 кА/мм2; n=3; второй левый крайний "холодный" продоль- ный участок проводника подвергся полной сублимации) Число "холодных" продольных участков в дан- ном проводнике при этом составляет уже четыре (n+1), левый крайний из которых подвергся полной сублимации. Причем, оба крайних "холодных" про- дольных участка на рис. 4, прилегающих к болтовым соединениям жесткого закрепления стального про- водника в разрядной цепи генератора ГИТ-5С, имеют опытную длину (ширину), равную около ∆znхк=50 мм (при их расчетной ширине (длине) по (9) в 50,5 мм). При этом два его внутренних "холодных" продольных участка, размещенных между соседними "горячими" участками длиной ∆znг=7 мм исследуемого проводника, характеризуются опытной длиной ∆znхв=100 мм (при их расчетной ширине по (10) для n=3 в 101 мм). На рис. 5 приведены опытные результаты оче- редного электротеплового воздействия на исследуе- мый оцинкованный стальной проводник (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2) принятого унипо- лярного импульса аксиального тока временной формы tm/τp=9 мс/576 мс большой плотности (I0m=−745 А; \|δ0m\|=0,37 кА/мм2; U3Г =−3,7 кВ; WГ=310 кДж). Рис. 5. Внешний вид остывающих остывающих на воздухе и теплозащитном асбестовом полотне макроскопически четы- рех "горячих" (высокотемпературных зон ВЭП проводника шириной ∆znг=7 мм) и двух внутренних "холодных" (шири- ной ∆znхв=26,9 мм) продольных участков электротермически разрушенного оцинкованного стального проводника (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2), по которому проте- кал апериодический импульсный аксиальный ток i0(t) вре- менной формы 9 мс/576 мс большой плотности (I0m=−745 А; \|δ0m\|=0,37 кА/мм2; n=9; остальные пять "горячих" и восемь "холодных" продольных участков исследуемого проводника подверглись полной сублимации) На рис. 5 видны четыре "горячих" (опытной ши- риной ∆znг=7 мм при их расчетной по (7) ширине в 5,7 мм) и два внутренних "холодных" (опытной шириной ∆znхв=26,9 мм при их расчетной по (10) ширине для n=9 в 29,9 мм) продольных участка стального провод- ника. Отметим, что в последнем опытном случае пять "горячих", два крайних и шесть внутренних "холод- ных" продольных участка рассматриваемого провод- ника подверглись при зафиксированном эксперимен- тальном значении плотности (\|δ0m\|=I0m/S0=0,37 кА/мм2) импульсного тока i0(t) в нем полной сублимации. Из приведенных на рис. 3-5 экспериментальных результатов продольного волнового распределения ВЭП и соответствующих им "горячих" и "холодных" продольных участков в выбранном нами для опытных исследований круглом цилиндрическом оцинкован- ном стальном проводнике следует, что они хорошо согласуются с выполненными по (7), (9) и (10) рас- четными оценками геометрических параметров (ши- рин ∆znг, ∆znхк и ∆znхв) указанных участков, а также с расчетными результатами по (4) и (5) продольных координат размещения середин "горячих" продоль- ных участков вдоль исследуемого проводника. Выяв- ленное в ходе проведенных в условиях высоковольт- ной лаборатории на мощном сильноточном электро- физическом оборудовании высокотемпературных экспериментов отличие опытных ширин для двух ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 49 крайних ∆znхк и двух внутренних ∆znхв "холодных" продольных участков исследуемого оцинкованного стального проводника ровно в два раза (см. рис. 4), а также наличие нечетного количества "горячих" про- дольных участков шириной ∆znг вдоль опытного оцинкованного стального проводника с импульсным током большой плотности (см. рис. 3-5) может досто- верно свидетельствовать о присутствии (существова- нии) в его гомогенной металлической микроструктуре не электронных волн де Бройля, а именно дебройлев- ских электронных полуволн длиной λen/2. ВЫВОДЫ 1. Выполненные в последние годы в НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" на мощном высоковольтном генераторе импульсных токов эксперименты, связан- ные с воздействием на проводящую макроструктуру круглого оцинкованного стального проводника (r0=0,8 мм; l0=320 мм; ∆0=5 мкм; S0=2,01 мм2) аперио- дического импульса аксиального тока временной формы 9 мс/576 мс большой усредненной плотности тока (\|δ0m\|=0,37 кА/мм2), с учетом представленных здесь новых результатов приближенного квантовоме- ханического расчета продольного волнового распре- деления в данном проводнике дрейфующих свобод- ных электронов позволили однозначно установить важный для фундаментальных основ теории электри- чества и ее прикладных приложений в области силь- ноточной электроники, электротехники, промышлен- ной электроэнергетики, техники и электрофизики вы- соких напряжений и больших импульсных токов тот один интересный электрофизический факт, что в твердых изотропных металлических проводниках с электрическим аксиальным током различных видов и АВП распространяются квантованные продольные электронные полуволны де Бройля, заполняющие всю их внутреннюю кристаллическую микроструктуру. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Тамм И.Е. Основы теории электричества. − М.: Наука, 1976. − 616 с. 2. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. ред. В.К. Тартаковский. − Киев: Наукова думка, 1989. − 864 с. 3. Справочник по теоретическим основам радиоэлектро- ники. Том 1 / Под ред. Б.Х. Кривицкого, В.Н. Дулина. − М.: Энергия, 1977. − 504 с. 4. Баранов М.И. Волновое распределение свободных элек- тронов в проводнике с электрическим током проводимости // Электротехника. − 2005. − №7. − С. 25-33. 5. 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. 6. Баранов М.И. Волновой электронный пакет проводника с электрическим током проводимости // Електротехніка і електромеханіка. − 2006. − №3. − С. 49-53. 7. Баранов М.И. Основные характеристики вероятностного распределения свободных электронов в проводнике с элек- трическим током проводимости // Технічна електродинамі- ка. − 2008. − №1. − С. 8-12. 8. Баранов М.И. Эвристическое определение максимально- го числа электронных полуволн де Бройля в металлическом проводнике с электрическим током проводимости // Елект- ротехніка і електромеханіка. − 2007. − №6. − С. 59-62. 9. Кухлинг Х. Справочник по физике / Пер. с нем. − М.: Мир, 1982. − 520 с. 10. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И. и др. Генератор тока искусственной молнии для натурных испы- таний технических объектов // Приборы и техника экспери- мента. − 2008. − №3. − С. 81-85. 11. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; Под ред. Н.И. Белоруссова. − М.: Энергоатомиздат, 1988. − 536 с. REFERENCES: 1. Tamm I.E. Osnovy teorii jelektrichestva. Moscow, Nauka Publ., 1976. 616 p. 2. Kuz'michev V.E. Zakony i formuly fiziki. Kiev, Naukova dumka Publ., 1989. 864 p. 3. Spravochnik po teoreticheskim osnovam radiojelektroniki. Vol.1. Pod red. B.H. Krivickogo, V.N. Dulina. Moscow, Jenergija Publ., 1977. 504 p. 4. Baranov M.I. Volnovoe raspredelenie svobodnyh jelektronov v provodnike s jelektricheskim tokom provodimosti. Elektrotehnika, 2005, no.7, pp. 25-33. 5. Baranov M.I. Novye fizicheskie podhody i mehanizmy pri izuchenii processov formirovanija i raspredelenija jelektricheskogo toka provodimosti v provodnike. Technical electrodynamics, 2007, no.1, pp. 13-19. 6. Baranov M.I. Wave electronic package of a conductor with electric conduction current. Electrical engineering & electromechanics, 2006, no.3, pp. 49-53. 7. Baranov M.I. Basic descriptions of probabilistic distribution of free electrons in a conductor with an electric conduction current. Technical electrodynamics, 2008, no.1, pp. 8-12. 8. Baranov M.I. Heuristic determination of the maximum number of de Broglie electronic half-waves in a metallic conductor with conduction current. Electrical engineering & electromechanics, 2007, no.6, pp. 59-62. 9. Kuhling H. Spravochnik po fizike. Per. s nem. Moscow, Mir Publ., 1982. 520 p. 10. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I. and others. Generator toka iskusstvennoi molnii dlya naturnykh ispytanii tekhnicheskikh ob'ektov. Pribory i tekhnika eksperimenta, 2008, no.3, pp. 81-85. 11. Belorussov N.I., Saakjan A.E., Jakovleva A.I. Pod red. N.I. Belorussova. Elektricheskie kabeli, provoda i shnury: Spravochnik. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1988. 536 p. Поступила (received) 01.11.2013 Баранов Михаил Иванович, д.т.н., с.н.с., НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ", 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47 тел/phone +38 057 7076841, e-mail: eft@kpi.kharkov.ua M.I. Baranov Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute "Molniya" National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" 47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine Theoretical and experimental results of research into explanation of de Broglie half-wave existence in the microstructure of an active metallic conductor. The paper presents theoretical and experimental results of research on longitudinal wave distribution of drifting free electrons in a round metallic conductor with high-density pulse axial current. The data directly indicate existence of electron de Broglie half-waves in the conductor microstructure. Key words – metallic conductor, electric current, drifting free electrons, electron de Broglie half-waves.

Institution

Ähnliche Einträge