Антенна мечты, или Как далеко можно зайти в погоне за правдой.
Часть 1. Задаем вопрос.
В первых строках хотелось бы пояснить уважаемым читателям, которые зададут себе вопрос: зачем я взялся за написание этой серии статей.
Поясню: мне неинтересно писать без цели, но найти цель не так просто, наверное после года поисков я понял, что нужно брать самые узкие предметы изучения и постепенно их разбирать и раскрывать. Удивительно, но если вложить в решение много сил и времени, раскрываются простые темы, затрагивающие самые разные области науки и техники.
Недавняя тема, которая меня заинтересовала, это антенны и все, что с ними связано. Конечно, логично было начать с книг Карла Ротхаммеля «Антенны".
Но! До сих пор я смотрел на вопрос, который является идеальным местом для начала. Предупрежу сразу: я собираюсь зайти очень далеко.
1.1. Кристаллы.
Бывает, что помимо техники и литературы я увлекаюсь наукой и иногда задаю себе странные вопросы. Я помню, как все началось.
Это простой вопрос: как электрический ток течет по проводам? Вопрос простой, но я стал копать глубже, и как ни странно, в процессе поиска я задал себе вопрос: что такое металл? Тут я, конечно, поверхностно познакомился с кристаллографией и выяснил, что почти немалая часть твердых тел — это кристаллы!
Раньше я думал, что кристаллы похожи на картинку выше.
Но почти все твердые тела и, главное, металлы и сплавы оказались кристаллами. А также все "камни" - горные породы, как и песок, глина и прочие, научно осадочные породы, это кристаллы в основном кремния с примесями. Короче говоря, кристаллы — это такие твердые тела, в которых атомы, ионы или молекулы расположены упорядоченно в виде узлов и пространственных решеток.
Остальные твердые тела представляют собой аморфное вещество, тоже интересное, но по свойствам они напоминают переохлажденную жидкость с очень большой вязкостью.
1.2.
Обратите внимание: Смена магнитных полюсов Земли может произойти намного быстрее, чем считалось ранее.
Металлы и их структура.Сначала я пытался понять, как вообще течет электрический ток в металле, или даже правильнее, из-за чего?
Достаточно легко понять, что в качестве среды для передачи тока в металле выступают электроны, об этом пишут в каждой книге по физике. Но как они формируются в металле? Ответ на этот вопрос дает раздел общей физики, физики твердого тела. Подробнее о самом электроне я расскажу в следующих статьях.
Из физики твердого тела я узнал, что существует классификация кристаллических решеток:
ионный - когда ионы (NaCl) расположены в узлах),
атом - атомы (H2, N2, O2) расположены в узлах).
металлик — это сочетание атомарного и ионного, упрощенно, конечно. Характерной особенностью металлической связи является плотная упаковка атомов, они максимально окружены соседними атомами, так что волновые функции валентных электронов значительно перекрываются, что позволяет валентным электронам более свободно перемещаться в кристалле.
Конечно, реальная картина в металлическом кристалле гораздо сложнее, здесь необходимо учитывать взаимодействие между ионами и связанными электронами, плюс целое «море» свободных валентных электронов металлов.
Добавлю, что можно смело сказать, что все эти взаимодействия компенсируются с точки зрения затрат — они равны нулю в нормальных условиях. А море нескольких свободных валентных электронов связывает всю кристаллическую решетку. Они также влияют на тепло- и электропроводность металлов.
Далее нас будет только интересовать (вот только слабое место физики, когда нужно вводить образы, язык не строгий, а разговорный, что допускает широкое толкование, что часто вводит в заблуждение незрелые умы, и мой тоже) электронное облако, или электронный газ, или большее количество свободных валентных электронов.
Кстати, если вам интересно, почитайте литературу [1, 2].
Посмотрите видео, где я снимаю, как застывает припой ПОС-40 под микроскопом.
Кристаллическая структура отвечает за многие интересные свойства металлов: температуру плавления, ковкость, твердость, плотность, цвет поверхности, но эти знания накоплены опытом. И как говорят философы-материалисты, освоившие метод диалектики, цитируя Гегеля, «то, что известно, потому что известно, еще не известно». Или проще: никто обычно не изучает то, что всем и так известно. Но это не про нас?!
Следующая глава 2 будет посвящена электрону, он довольно загадочный и противоречивый, хотя, кажется, все и все о нем знают.
Библиография:
1. Бушманов Борис Николаевич, Хромов Юрий Александрович "Физика твердого тела".
2. Георгий Михайлович Попов, Иларион Иларионович Шафрановский "Кристаллография".
3. Александр Исаакович Китайгородский "Рениксы".
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Удивительно, но если приложить к решению много сил и времени, то простые темы раскрываются, затрагивая разнообразнейшие области науки и техники.