დენის ქიმიური წყაროები

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

           დენის ქიმიური წყაროები

ვოლტაური ბოძი

(აბრ. HIT) არის დენის წყარო, რომელშიც მასში მიმდინარე ქიმიური რეაქციების ენერგია პირდაპირ გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად.

პირველი ქიმიური დენის წყარო გამოიგონა იტალიელმა მეცნიერმა ალესანდრო ვოლტამ 1800 წელს. ეს იყო "ვოლტას ელემენტი" - ჭურჭელი გოგირდის მჟავით, მასში ჩაშვებული თუთიისა და სპილენძის ფირფიტებით, მავთულის დენის მიდებით. შემდეგ მეცნიერმა ამ ელემენტებისგან ბატარეა შეკრიბა, რომელსაც მოგვიანებით "ვოლტაური სვეტი" უწოდეს. ეს გამოგონება შემდგომში გამოიყენეს სხვა მეცნიერებმა თავიანთ კვლევაში. მაგალითად, 1802 წელს რუსმა აკადემიკოსმა ვ.ვ. პეტროვმა ააგო 2100 ელემენტისგან შემდგარი ვოლტაური სვეტი ელექტრული რკალის წარმოებისთვის. 1836 წელს ინგლისელმა ქიმიკოსმა ჯონ დანიელმა გააუმჯობესა ვოლტაური ელემენტი თუთიისა და სპილენძის ელექტროდების მოთავსებით გოგირდმჟავას ხსნარში. ეს დიზაინი ცნობილი გახდა, როგორც "დანიელის ელემენტი".

კათოდური ელექტროლიტის ანოდის ძაბვის ტიპი,

IN

ლითიუმის რკინის დისულფიდური ელემენტი FeS2 Li 1,50—3,50

მანგანუმ-თუთიის ელემენტი MnO2 KOH Zn 1.56

მანგანუმ-კალის ელემენტი MnO2 KOH Sn 1.65

მანგანუმ-მაგნიუმის ელემენტი MnO2 MgBr2 Mg 2,00

ტყვია-თუთიის უჯრედი PbO2 H2SO4 Zn 2.55

ტყვია-კადმიუმის ელემენტი PbO2 H2SO4 Cd 2.42

ტყვია-ქლორის ელემენტი PbO2 HClO4 Pb 1.92

ვერცხლისწყალ-თუთიის ელემენტი HgO KOH Zn 1.36

მერკური-კადმიუმის ელემენტი HgO2 KOH Cd 1.92

ვერცხლისწყლის კალის ოქსიდის ელემენტი HgO2 KOH Sn 1.30

ქრომ-თუთიის ელემენტი K2Cr2O7 H2SO4 Zn 1.8–1.9

1859 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა გასტონ პლანტემ გამოიგონა ტყვიის მჟავა ბატარეა გოგირდმჟავაში წვრილი შემოხვეული ტყვიის ფირფიტის ჩასმით. ამ ტიპის უჯრედები დღესაც გამოიყენება მანქანის ბატარეებში.

1865 წელს ფრანგმა ქიმიკოსმა J. Leclanchet-მა შესთავაზა თავისი გალვანური უჯრედი (Leclanchet element), რომელიც შედგებოდა თუთიის ჭიქისგან, სავსე ამონიუმის ქლორიდის ან სხვა ქლორიდის მარილის წყალხსნარით, რომელშიც მოთავსებული იყო მანგანუმის(IV) ოქსიდის აგლომერატი MnO2. როგორც დეპოლარიზატორი ნახშირბადის დენის გადინებით. ამ დიზაინის მოდიფიკაცია კვლავ გამოიყენება მარილის ბატარეებში სხვადასხვა საყოფაცხოვრებო მოწყობილობებისთვის.

1890 წელს, ნიუ-იორკში, კონრად ჰუბერტი, რუსეთიდან ემიგრანტი, ქმნის პირველ ჯიბის ელექტრო ფანარს. და უკვე 1896 წელს National Carbon-ის კომპანიამ დაიწყო მსოფლიოში პირველი მშრალი ელემენტების Leclanche "Columbia"-ს მასობრივი წარმოება.

უძველესი ვოლტაური ელემენტი, რომელიც ჯერ კიდევ გამოიყენება, არის ვერცხლის თუთიის ბატარეა, რომელიც დამზადებულია ლონდონში 1840 წელს. ზარი, რომელიც დაკავშირებულია ორ ასეთ სერიასთან დაკავშირებულ ბატარეასთან, დღემდე მუშაობს ოქსფორდის კლარენდონის ლაბორატორიაში.

ოპერაციული პრინციპი

ქიმიური დენის წყაროს საფუძველია ორი ელექტროდი (დადებითად დამუხტული კათოდი, რომელიც შეიცავს ჟანგვის აგენტს, და უარყოფითად დამუხტული ანოდი, რომელიც შეიცავს შემამცირებელ აგენტს) ელექტროლიტთან კონტაქტში. ელექტროდებს შორის დგინდება პოტენციური განსხვავება - ელექტრომამოძრავებელი ძალა, რომელიც შეესაბამება რედოქსის რეაქციის თავისუფალ ენერგიას. ქიმიური დენის წყაროების მოქმედება ეფუძნება სივრცით გამოყოფილი პროცესების წარმოქმნას დახურულ გარე წრეში: უარყოფით ანოდზე, შემცირების აგენტი იჟანგება, შედეგად თავისუფალი ელექტრონები გადიან გარე წრეში დადებით კათოდში, ქმნიან გამონადენის დენს. , სადაც ისინი მონაწილეობენ ჟანგვის აგენტის შემცირების რეაქციაში. ამრიგად, უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების ნაკადი გარე წრეში მიდის ანოდიდან კათოდში, ანუ უარყოფითი ელექტროდიდან (ქიმიური დენის წყაროს უარყოფითი პოლუსი) დადებითზე. ეს შეესაბამება ელექტრული დენის დინებას დადებითი პოლუსიდან უარყოფითი მიმართულებით, რადგან დენის მიმართულება ემთხვევა დირიჟორში დადებითი მუხტების მოძრაობის მიმართულებას.

თანამედროვე ქიმიური დენის წყაროები იყენებენ:

როგორც შემცირების საშუალება (ანოდური მასალა) - ტყვიის Pb, კადმიუმის Cd, თუთია Zn და სხვა ლითონები;

როგორც ჟანგვის საშუალება (კათოდური მასალა) - ტყვიის(IV) ოქსიდი PbO2, ნიკელის ჰიდროქსიდი NiOOH, მანგანუმის(IV) ოქსიდი MnO2 და სხვა;

როგორც ელექტროლიტი - ტუტეების, მჟავების ან მარილების ხსნარები.

კლასიფიკაცია

ხელახალი გამოყენების შესაძლებლობის ან შეუძლებლობის მიხედვით, ქიმიური დენის წყაროები იყოფა:

გალვანური უჯრედები (პირველადი HIT), რომლებიც მათში წარმოქმნილი რეაქციების შეუქცევადობის გამო ვერ იტვირთება;

ელექტრო ბატარეები (მეორადი HIT) - დატენვადი გალვანური უჯრედები, რომელთა დატენვა შესაძლებელია გარე დენის წყაროს (დამტენის) გამოყენებით;

საწვავის უჯრედები (ელექტროქიმიური გენერატორები) - მოწყობილობები გალვანური უჯრედის მსგავსი, მაგრამ მისგან განსხვავდება იმით, რომ ელექტროქიმიური რეაქციისთვის საჭირო ნივთიერებები მიეწოდება მას გარედან, ხოლო რეაქციის პროდუქტები ამოღებულია მისგან, რაც საშუალებას აძლევს მას იმუშაოს უწყვეტად, სანამ უზრუნველყოფილია რეაგენტების მიწოდება.

უნდა აღინიშნოს, რომ უჯრედების დაყოფა გალვანურ და ბატარეებად გარკვეულწილად თვითნებურია, რადგან ზოგიერთი გალვანური უჯრედი, მაგალითად, ტუტე ბატარეები, შეიძლება დატენილი იყოს, მაგრამ ამ პროცესის ეფექტურობა უკიდურესად დაბალია.

გამოყენებული ელექტროლიტის ტიპის მიხედვით, ქიმიური დენის წყაროები იყოფა მჟავად (მაგალითად, ტყვიის ბატარეა, ტყვიის ფლუორესცენტური ელემენტი), ტუტე (მაგალითად, ვერცხლისწყალ-თუთიის უჯრედი, ვერცხლისწყალ-კადმიუმის უჯრედი, ნიკელ-თუთიის ბატარეა, ნიკელ-კადმიუმის ბატარეა) და მარილი (მაგალითად, მანგანუმ-მაგნიუმის უჯრედი, თუთია-ქლორის ბატარეა).

ზოგიერთი სახის ქიმიური დენის წყაროები

გალვანური უჯრედები

მთავარი სტატია: გალვანური უჯრედი

გალვანური უჯრედი არის ელექტრული დენის ქიმიური წყარო, რომელსაც ლუიჯი გალვანი ეწოდა. გალვანური უჯრედის მოქმედების პრინციპი ემყარება ელექტროლიტის მეშვეობით ორი ლითონის ურთიერთქმედებას, რაც იწვევსუკმარისობა ელექტრული დენის დახურულ წრეში.

სხვა ტიპები:

ტყვიის ფლუორესცენტური ელემენტი

სპილენძის ოქსიდის გალვანური უჯრედი

ბისმუტ-მაგნიუმის ელემენტი

მერკური-ბისმუტ-ინდიუმის ელემენტი

ლითიუმის ქრომის ვერცხლის უჯრედი

ლითიუმის ბისმუთატის ელემენტი

ლითიუმის სპილენძის ოქსიდის უჯრედი

ლითიუმის იოდის ტყვიის უჯრედი

ლითიუმის იოდის უჯრედი

ლითიუმის თიონილ ქლორიდის უჯრედი

ლითიუმის ვანადიუმის ოქსიდის უჯრედი

ლითიუმის ფტორიდის უჯრედი

ლითიუმის ბიგოგირდის უჯრედი

დიოქსისულფატი ვერცხლისწყლის ელემენტი

მაგნიუმის გოგირდის ელემენტი

ტყვიის ქლორიდ-მაგნიუმის ელემენტი

ვერცხლის-მაგნიუმის ქლორიდის ელემენტი

სპილენძ-მაგნიუმის ქლორიდის ელემენტი

თუთია იოდატის ელემენტი

მაგნიუმის პერქლორატის ელემენტი

მაგნიუმი-m-DNB ელემენტი

თუთია-ვერცხლის ქლორიდის ელემენტი

ქლორ-ვერცხლის ელემენტი

ბრომი-ვერცხლის ელემენტი

იოდ-ვერცხლის ელემენტი

მაგნიუმის ვანადიუმის ელემენტი

კალციუმის ქრომატის ელემენტი

ელექტრო ბატარეები

მთავარი სტატია: ელექტრო ბატარეა

ელექტრო ბატარეა არის დენის ხელახლა გამოყენებადი ქიმიური წყარო (ანუ, გალვანური უჯრედისგან განსხვავებით, ქიმიური რეაქციები, რომლებიც უშუალოდ ელექტრო ენერგიად გარდაიქმნება, მრავალჯერ შექცევადია). ელექტრო ბატარეები გამოიყენება ენერგიის შესანახად და სხვადასხვა მოწყობილობების ავტონომიურად კვებისათვის.

აგრეთვე იხილეთ კატეგორია: ბატარეები.

რკინა-ჰაერის ბატარეა

რკინა-ნიკელის ბატარეა

ლანთანუმის ფტორიდის ბატარეა

ლითიუმის რკინის სულფიდის ბატარეა 

Li-ion ბატარეა

ლითიუმ პოლიმერული ბატარეა

ლითიუმის ფტორის ბატარეა

ლითიუმის ქლორის ბატარეა

ლითიუმის გოგირდის ბატარეა

მანგანუმ-კალის ელემენტი

ნატრიუმის ნიკელის ქლორიდის ბატარეა

ნატრიუმ-გოგირდის ბატარეა

ნიკელ-კადმიუმის ბატარეა

ნიკელის ლითონის ჰიდრიდის ბატარეა

ნიკელ-თუთიის ბატარეა

ტყვია-წყალბადის ბატარეა

ტყვიის მჟავა ბატარეა

ვერცხლის კადმიუმის ბატარეა

ვერცხლის-თუთიის ბატარეა

თუთია-ბრომის ბატარეა

თუთია-ჰაერის ბატარეა

თუთია-ქლორის ბატარეა

საწვავის უჯრედები

მთავარი სტატია: საწვავის უჯრედი

საწვავის უჯრედი გალვანური უჯრედის მსგავსი ელექტროქიმიური მოწყობილობაა, მაგრამ მისგან განსხვავდება იმით, რომ ელექტროქიმიური რეაქციისთვის ნივთიერებები მას მიეწოდება გარედან - განსხვავებით გალვანურ უჯრედში ან ბატარეაში შენახული ენერგიის შეზღუდული რაოდენობით.

იხილეთ ასევე კატეგორია: საწვავის უჯრედები.

პირდაპირი მეთანოლის საწვავის უჯრედი.

მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედი.

ტუტე საწვავის უჯრედი.

პოლუსის განმარტება

მუდმივი ძაბვის წყაროს რომელი პოლუსია დადებითი და რომელი უარყოფითი, გამოიყენება სპეციალური „პოლუსების მპოვნელები“, რომელთა მოქმედება ეფუძნება ელექტროლიზის ფენომენს. პოლარობის საპოვნელი არის მინის ამპულა, რომელიც ივსება სუფრის მარილის ხსნარით ფენოლფთალეინის დამატებით. ამპულაში ელექტროდები შეჰყავთ გარედან. როდესაც ძაბვის წყარო ელექტროდებს უკავშირდება, ელექტროლიზი იწყება: წყალბადი გამოიყოფა უარყოფით პოლუსზე და იქმნება ტუტე გარემო. ტუტეს არსებობის გამო ფენოლფთალეინი იცვლის ფერს - წითლდება ელექტროდის წითელი შეფერილობით, მსჯელობენ, რომ იგი დაკავშირებულია ძაბვის წყაროს უარყოფით პოლუსთან.

იხ. ვიდეო - ელექტრული დენი და მისი წყარო

ელექტრომომარაგება

დენის წყარო არის ელექტრო მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია ელექტროენერგიის წარმოებისთვის, დაგროვებისთვის ან მისი მახასიათებლების შესაცვლელად.

ელექტროენერგიის ინდუსტრიაში:

პირველადი ჯაჭვები;

მეორადი სქემები.

ელექტრონული აღჭურვილობა:

პირველადი მოიცავს სხვადასხვა სახის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადამყვანებს, მაგალითებს მიეკუთვნება გენერატორები, ბატარეები (ქიმიური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გარდაქმნა) და ა.შ.;

მეორადი წყაროები თავად არ გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას, არამედ ემსახურებიან მხოლოდ მის გარდაქმნას საჭირო პარამეტრების მისაღებად (ძაბვა, დენი, ძაბვის ტალღა და ა.შ.);

მესამეული მიწოდება - მოწყობილობის კვების წყარო, რომელიც დაკავშირებულია მეორად დენის წყაროსთან

დენის ძალა

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                             დენის ძალა

Electric current

მარტივი ელექტრული წრე, სადაც დენი წარმოდგენილია ასო i. ძაბვის (V), წინააღმდეგობის (R) და დენის (i ან I) შორის კავშირი არის V=IR; ეს ცნობილია როგორც ომის კანონი.

დენის ძალა (აღნიშვნა: ${\displaystyle I}$) — ელექტრული დენის სკალარული მახასიათებელი. დენის ძალა არის სიდიდე, რომელიც ტოლია დროის ერთეულში (${\displaystyle \mathrm{\Delta }t}$) გამტარის განიკვეთში გასული მუხტისა (${\displaystyle \mathrm{\Delta }q}$).

${\displaystyle I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}}$

დენის ძალა სკალარული სიდიდეა, იგი შეიძლება იყოს როგორც დადებითი, ისე უარყოფითი. ნიშანი დამოკიდებულია იმაზე, ემთხვევა თუ არა დადებიტი ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულება ერთხელ არჩეულ მიმართულებას. დენის ძალას, როგორც სკალარულ სიდიდეს, მიმართულება არ გააჩნია. დენის მიმართულება განისაზღვრება დენის სიმკვრივის ვექტორით.

SI სისტემაში დენის ძალის ერთეულია ამპერი, რომელიც ამ სისტემის ძირითადი ერთეულია. წარმოებულ ერთეულებში 1 ამპერი (ა) = 1 კ/წმ.

დენის ძალის გასაზომ ხელსაწყოს ამპერმეტრი ჰქვია.

ცვლადი დენის შემთხვევაში განასხვავებენ მყისიერ დენის ძალას, პიკურ დენის ძალას და ეფექტურ დენის ძალას (ეს უკანასკნელი ტოლია ისეთი მუდმივი დენის ძალისა, რომელიც იგივე სიმძლავრეს გამოყოფს).

იხ. ვიდეო - რა არის ელექტრო დენი, დენის ძალა, ძაბვა, ვოლტი, ამპერი, წინაღობა, ომის კანონი

ნახევარგამტარი

მთავარი სტატია: ნახევარგამტარი

ნახევარგამტარში ზოგჯერ სასარგებლოა ვიფიქროთ დენზე, როგორც დადებითი „ხვრელების“ ნაკადის გამო (მოძრავი დადებითი მუხტის მატარებლები, რომლებიც არის ადგილები, სადაც ნახევარგამტარულ კრისტალს აკლია ვალენტური ელექტრონი). ასეა p-ტიპის ნახევარგამტარებში. ნახევარგამტარს აქვს შუალედური ელექტრული გამტარობა გამტარსა და იზოლატორს შორის. ეს ნიშნავს გამტარობას დაახლოებით 10−2-დან 104 სიმენს სანტიმეტრზე (S⋅cm−1) დიაპაზონში.

კლასიკურ კრისტალურ ნახევარგამტარებში ელექტრონებს შეუძლიათ ენერგია ჰქონდეთ მხოლოდ გარკვეულ ზოლებში (ანუ ენერგიის დონის დიაპაზონში). ენერგეტიკულად, ეს ზოლები განლაგებულია ძირითადი მდგომარეობის ენერგიას შორის, მდგომარეობა, რომელშიც ელექტრონები მჭიდროდ არიან მიბმული მასალის ატომურ ბირთვებთან და თავისუფალ ელექტრონის ენერგიას შორის, ეს უკანასკნელი აღწერს ენერგიას, რომელიც საჭიროა ელექტრონის მთლიანად გაქცევისთვის. მასალა. ენერგეტიკული ზოლები თითოეული შეესაბამება ელექტრონების მრავალ დისკრეტულ კვანტურ მდგომარეობას და დაბალი ენერგიის მქონე მდგომარეობების უმეტესობა (ბირთვთან უფრო ახლოს) დაკავებულია, კონკრეტულ ზოლამდე, რომელსაც ეწოდება ვალენტობის ზოლი. ნახევარგამტარები და იზოლატორები განასხვავებენ ლითონებს, რადგან ვალენტურობის ზოლი ნებისმიერ მეტალში თითქმის ივსება ელექტრონებით ჩვეულ ოპერაციულ პირობებში, ხოლო მათგან ძალიან ცოტა (ნახევარგამტარი) ან პრაქტიკულად არცერთი (იზოლატორი) არ არის ხელმისაწვდომი გამტარ ზოლში, ზოლი უშუალოდ ზემოთ. ვალენტობის ზოლი.

ნახევარგამტარში ელექტრონების ამაღელვებელი სიმარტივე ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლამდე დამოკიდებულია ზოლებს შორის არსებულ უფსკრულიზე. ამ ენერგეტიკული დიაპაზონის ზომა ემსახურება როგორც თვითნებურ გამყოფ ხაზს (დაახლოებით 4 ევ) ნახევარგამტარებსა და იზოლატორებს შორის.

კოვალენტური ბმებით, ელექტრონი მოძრაობს მეზობელ ბმაზე გადახტომით. პაულის გამორიცხვის პრინციპი მოითხოვს, რომ ელექტრონი აწიოს ამ ბმის უმაღლეს ანტი-შეკავშირების მდგომარეობაში. დელოკალიზებული მდგომარეობებისთვის, მაგალითად, ერთ განზომილებაში - ეს არის ნანომავთულში, ყოველი ენერგიისთვის არის მდგომარეობა, სადაც ელექტრონები მიედინება ერთი მიმართულებით და მეორე მდგომარეობა ელექტრონებით მეორე მიმართულებით. იმისთვის, რომ წმინდა დენმა გაიაროს, ერთი მიმართულებით უფრო მეტი მდგომარეობა უნდა იყოს დაკავებული, ვიდრე მეორე მიმართულებით. იმისათვის, რომ ეს მოხდეს, საჭიროა ენერგია, რადგან ნახევარგამტარში შემდეგი უმაღლესი მდგომარეობები დევს ზოლის უფსკრულის ზემოთ. ხშირად ეს ნათქვამია, როგორც: სრული ზოლები არ უწყობს ხელს ელექტროგამტარობას. თუმცა, როდესაც ნახევარგამტარის ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულზე მაღლა იწევს, ნახევარგამტარში მეტი ენერგიაა, რომელიც დაიხარჯება გისოსის ვიბრაციაზე და ამაღელვებელ ელექტრონებზე გამტარობის ზოლში. გამტარ ზოლში დენის მატარებელი ელექტრონები ცნობილია როგორც თავისუფალი ელექტრონები, თუმცა მათ ხშირად უბრალოდ ელექტრონებს უწოდებენ, თუ ეს გასაგებია კონტექსტში.

იხ. ვიდეო - What is Electric Current? - When electric charges move, that's called current! In most circuits, this movement is accomplished by electrons in a conductor. As it turns out, an electron doesn't need to move very far; it can force other electrons in the conductor to move. In the video, we demonstrate moving electric charges with a tube and some metal balls. We also examine conventional current vs. electron flow and how good ol' Ben Franklin can be blamed for that bit of confusion.

ედვინ ჰოლი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                          ედვინ ჰოლი

                                   

ინგლ. Edwin Herbert Hall - 7 ნოემბერი, 1855 – 20 ნოემბერი, 1938) იყო ამერიკელი ფიზიკოსი, რომელმაც აღმოაჩინა მისი სახელობის ეფექტი (ჰოლის ეფექტი). მან ჩაატარა თერმოელექტრული კვლევა ჰარვარდში, სადაც დაწერა მრავალი სახელმძღვანელო და გამოიყენა სასწავლო მასალა.

ბიოგრაფია

ჰოლი დაიბადა გორჰემში, მეინი, აშშ. 1875 წელს დაამთავრა ბოუდოინის კოლეჯი (ბრუნსვიკი). ჰოლმა უმაღლესი განათლება მიიღო ჯონს ჰოპკინსის უნივერსიტეტში, სადაც დაიცვა სადოქტორო დისერტაცია 1880 წელს. სწორედ იქ ჩაატარა პირველი ექსპერიმენტები.

ეფექტი, რომელმაც მოგვიანებით მიიღო მისი აღმომჩენის სახელი, აღმოაჩინა ედვინ ჰოლმა 1879 წელს, როდესაც ის სადოქტორო დისერტაციაზე მუშაობდა. ჰოლმა ჩაატარა ექსპერიმენტი მინაზე დადებულ ოქროს ფირფიტაზე, როცა მასში მაგნიტური ნაკადი გადიოდა, პოტენციური სხვაობა წარმოიშვა ფირფიტის გვერდით კიდეებზე (აუცილებლად არ გამოიყენებოდა ოქროს, ნახევარგამტარული მასალებიც). პოტენციური განსხვავება წარმოიშვა ფირფიტის სიბრტყეზე პერპენდიკულარული მაგნიტური ველის გამოყენების გამო (ჰოლის ელემენტი). ჰოლის ძაბვის თანაფარდობა გრძივი დენის სიდიდესთან, რომელიც დღეს ცნობილია როგორც "დარბაზის წინააღმდეგობა", ახასიათებს მასალას, საიდანაც მზადდება ჰოლის ელემენტი. 1880 წელს ეს ექსპერიმენტები გამოქვეყნდა როგორც სადოქტორო დისერტაცია American Journal of Science and Philosophical Magazine-ში.

დარბაზის ნამუშევრები

A Text-Book of Physics (1891; მესამე გამოცემა, 1903), ჯ.ბერგენთან ერთად

დაწყებითი გაკვეთილები ფიზიკაში (1894; 1900)

ქიმიისა და ფიზიკის სწავლება (1902), ა. სმიტთან ერთად

კოლეჯის ფიზიკის ლაბორატორიული სახელმძღვანელო (1904; შესწორებული გამოცემა, 1913)

ფიზიკის ელემენტები (1912).

იხ. ვიდეო - Hall Experiment | Solid State Physics

ჰოლის ეფექტი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                           ჰოლის ეფექტი

ჰოლის ეფექტი 1 - ელექტრონები, 2 - ზონდი, 3 - მაგნიტები, 4 - მაგნიტური ველი, 5 - დენის წყარო.

ჰოლის ეფექტი არის პოტენციური სხვაობის (ჰოლ ძაბვის) ელექტრულ გამტარში გამოჩენა განივი მაგნიტურ ველში მოთავსებული ნიმუშის კიდეებზე, როდესაც დენი მიედინება ველზე პერპენდიკულარულად. ჰოლის ძაბვა, მაგნიტური ველისა და დენის სიძლიერის პროპორციული, აღმოაჩინა ედვინ ჰოლმა 1879 წელს და ეფექტს მისი სახელი დაარქვეს.

ჰოლის ეფექტი შეიძლება რაოდენობრივად დახასიათდეს ჰოლის კოეფიციენტის გამოყენებით, რომელიც განისაზღვრება, როგორც ინდუცირებული ელექტრული ველის თანაფარდობა დენის სიმკვრივისა და გამოყენებული პერპენდიკულარული მაგნიტური ველის ნამრავლთან. ეს არის იმ მასალის მახასიათებელი, საიდანაც მზადდება გამტარი, რადგან მისი ღირებულება დამოკიდებულია მუხტის მატარებლების ტიპზე, რაოდენობასა და თვისებებზე.

ჰოლის ეფექტების მრავალი სახეობის გამო, სიცხადისთვის თავდაპირველ ეფექტს ზოგჯერ უწოდებენ ჩვეულებრივ ჰოლის ეფექტს, რათა განასხვავოს იგი სხვა ტიპებისგან, რომლებსაც შეიძლება ჰქონდეთ დამატებითი ფიზიკური მექანიზმები, მაგრამ ეფუძნება იმავე საფუძვლებს.

იხ. ვიდეო - ჰოლის ეფექტი

არმოჩენა - შრომში "ძალის ფიზიკური ხაზების შესახებ", რომელიც ოთხ ნაწილად გამოიცა 1861-1862 წლებში. მიუხედავად იმისა, რომ მაქსველის ნაშრომმა შექმნა მყარი მათემატიკური საფუძველი ელექტრომაგნიტიზმის თეორიისთვის, თეორიის დეტალური დეტალები ჯერ კიდევ გამოკვლეულია. ერთ-ერთი ასეთი კითხვა ეხებოდა მაგნიტებისა და ელექტრული დენის ურთიერთქმედების მექანიზმებს, მათ შორის, ურთიერთქმედებს თუ არა მაგნიტური ველები გამტარებთან თუ თავად ელექტრო დენთან. ედვინ ჰოლმა, ამ საკითხის განხილვისას, ვარაუდობს, რომ დენი უნდა გადახრილიყო მაგნიტურ ველში მოთავსებულ გამტარში, რადგან:

თუ სტაციონარული გამტარში ელექტრული დენი თავად იზიდავს მაგნიტს, დენი უნდა გადახრილი იყოს მავთულის ერთ მხარეს და, შესაბამისად, გამოცდილი წინააღმდეგობა უნდა გაიზარდოს.

ორიგინალური ტექსტი (ინგლისური)

1879 წელს მან გამოიკვლია ეს ურთიერთქმედება და აღმოაჩინა ჰოლის ეფექტი თხელ ოქროს ფირფიტებში, როდესაც მუშაობდა დოქტორანტურაზე ბალტიმორში, მერილენდის ჯონ ჰოპკინსის უნივერსიტეტში. განივი მაგნიტორეზისტენტობის დაკვირვების უარყოფითი შედეგის მიუხედავად, მან წარმატებით გაზომა პოტენციური სხვაობის წარმოშობა ნიმუშის კიდეებზე . ელექტრონის აღმოჩენამდე თვრამეტი წლით ადრე, მის მიერ გამოყენებულ აპარატში დაფიქსირებული მცირე ეფექტის გაზომვა იყო ფენომენალური ექსპერიმენტული მიღწევა, გამოქვეყნებული სათაურით "მაგნიტის ახალი მოქმედების შესახებ ელექტრო დენებზე". ედვინ ჰოლმა ვერ აღმოაჩინა გამტარის წინააღმდეგობის გაზრდა მაგნიტურ ველში, რადგან მან გამოიყენა სუსტი ველები. ასევე, მაგნიტორეზისტენტობა არ გამომდინარეობს ლითონების დრუდის თეორიიდან, რომლის გამოთვლები მოცემულია ქვემოთ. თუმცა, უფრო მკაცრი გამოთვლებით და ძლიერ მაგნიტურ ველებში, მაგნიტორეზისტენტობა საკმაოდ კარგად ჩანს.

ელექტრონების ჰოლის ეფექტის გაზომვის ინსტალაცია. თავდაპირველად, ელექტრონები მოძრაობენ მრუდი ისრით მაგნიტური ძალის (ლორენცის ძალის) გამო. დენის მატარებელი კონტაქტებიდან გარკვეულ მანძილზე ელექტრონები გროვდება მარცხენა მხარეს და გამოდიან მარჯვენა მხრიდან, რაც ქმნის ელექტრულ ველს ξy მოცემული VH-ის მიმართულებით. VH ძაბვა უარყოფითია ზოგიერთი ნახევარგამტარებისთვის, სადაც "ხვრელები" მიედინება. სტაბილურ მდგომარეობაში, ξy საკმარისად ძლიერი იქნება ლორენცის ძალის ზუსტად გასაუქმებლად, ასე რომ ელექტრონები საშუალოდ მოძრაობენ გატეხილი სწორი ისრის გასწვრივ.

ჰოლის ეფექტი დაკავშირებულია დირიჟორში მიმდინარე მატარებლების ბუნებასთან. დენი განიხილება, როგორც მრავალი წვრილი მუხტის მატარებლის მიმართული მოძრაობა, როგორც წესი, ელექტრონები - უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები, მაგრამ სხვა კვაზინაწილაკები - ხვრელები, რომლებიც დადებით მუხტს ატარებენ, ასევე შეიძლება გამოჩნდნენ მყარ სხეულში. მაგნიტური ველის თანდასწრებით, მოძრავი მუხტები განიცდიან ძალას, რომელსაც ლორენცის ძალა ჰქვია. როდესაც ასეთი მაგნიტური ველი არ არის, მუხტები მიჰყვება დაახლოებით სწორ ბილიკებს მინარევებისაგან, ფონონებთან და სხვა დეფექტებთან შეჯახებას შორის. შეჯახებებს შორის დროს ეწოდება თავისუფალი ბილიკის დრო. დენის მიმართულებაზე პერპენდიკულარული კომპონენტის მქონე მაგნიტური ველის გამოყენებისას, მათი ბილიკები შეჯახებებს შორის იღუნება ისე, რომ საბოლოო ნიმუშში, გარკვეული ნიშნის მუხტები გროვდება მის ერთ-ერთ მხარეს, ხოლო მუხტი საპირისპირო ნიშნით. გროვდება მეორე მხარეს. შედეგი არის მუხტის სიმკვრივის ასიმეტრიული განაწილება ნიმუშზე, დენის მიმართულების და გამოყენებული მაგნიტური ველის მიმართ პერპენდიკულარული ძალის შედეგად. საპირისპირო ნიშნის მუხტების განცალკევება ქმნის ელექტრულ ველს, რომელიც ხელს უშლის მუხტის დიფუზიას და შემდგომ დაგროვებას ნიმუშის საზღვრებში, ამიტომ მუდმივი ელექტრული პოტენციალი იქმნება დენის გადინებისას.

კლასიკურ ელექტრომაგნიტიზმში ელექტრონები მოძრაობენ I დენის მიმართულების საპირისპირო მიმართულებით (პირობითად „დენი“ აღწერს დადებითად დამუხტული ნაწილაკების თეორიულ ნაკადს). ზოგიერთ ლითონსა და ნახევარგამტარებში დადებითად დამუხტული ნაწილაკები - "ხვრელები" - თითქოს მიედინება, რადგან ჰოლის ძაბვის ნიშანი ეწინააღმდეგება ქვემოთ მოცემულ ელექტრონებს.

ხანგრძლივობა: 46 წამი.0:46

ანიმაცია, რომელიც აჩვენებს მარტივ პრინციპს.

მარტივი ლითონისთვის, რომელშიც არის მხოლოდ ერთი ტიპის მუხტის მატარებელი (ელექტრონები), ჰოლის ძაბვა VH მიიღება ლორენცის ძალის გამოყენებით და იმ პირობით, რომ სტაციონარული მდგომარეობაში მუხტები არ უნდა მოძრაობდნენ y ღერძის გასწვრივ. ამრიგად, y ღერძის მიმართულებით თითოეულ ელექტრონზე მოქმედი მაგნიტური ძალა კომპენსირდება y ღერძის გასწვრივ ელექტრული ველით მუხტების დაგროვების გამო. ტერმინი vx არის დენის დრიფტის სიჩქარე, რომელიც ამ ეტაპზე კონვენციით განიხილება როგორც ხვრელი. ტერმინი vxBz უარყოფითია y-ღერძის მიმართულებით მარჯვენა ხელის წესის მიხედვით.

მდგრად მდგომარეობაში F = 0, ამიტომ 0 = E_y − v_xB_z სადაც E_y  მოცემულია y მიმართულებით (არა ინდუცირებული ელექტრული ველის ისრით ξ_y  როგორც გამოსახულებაში (მიუთითებს −y მიმართულებით), რომელიც გვიჩვენებს, სად არის მიმართული ელექტრონების მიერ გამოწვეული ველი).

ელექტრონები ხვრელების ნაცვლად სადენებში მიედინება, ასე რომ თქვენ უნდა გააკეთოთ ჩანაცვლებები

v_x → −v_x и q → −q . Также E_y = −V_H/w

${\displaystyle V_{\mathrm{H}}=v_x{B}_{z}w}$~

ჩვეულებრივი "ხვრელის" დენი მიმართულია ელექტრონის დენის და უარყოფითი ელექტრული მუხტის უარყოფითი მიმართულებით, რაც იძლევა

I_x = ntw(−v_x)(−e) სადაც n 

მუხტის მატარებლის სიმკვრივეა, tw - 

კვეთის ფართობი და -e არის თითოეული ელექტრონის მუხტი. ამისთვის გადაჭრა

ვ

{\di w} და ზემოაღნიშნული გამოხატულებით ჩანაცვლება იძლევა Hall-ის ძაბვას:

თუ მუხტის დაგროვება დადებითი იქნებოდა (როგორც ზოგიერთ მეტალსა და ნახევარგამტარში), მაშინ გამოსახულებაში VH მნიშვნელობა იქნებოდა უარყოფითი (დადებითი მუხტი წარმოიქმნება მეორე - მარცხენა მხარეს).

ჰოლის კოეფიციენტი განისაზღვრება როგორც j - 

ელექტრონის მატარებლის დენის სიმკვრივე, а E_y ინდუცირებული ელექტრული ველი. SI ერთეულებში ეს შეიძლება დაიწეროს როგორც

(RH-ის ერთეულები, როგორც წესი, გამოხატულია m3/C, ohm cm/G ან სხვა ვარიაციებში. შედეგად, ჰოლის ეფექტი ძალიან სასარგებლოა, როგორც მუხტის მატარებლის სიმკვრივის ან მაგნიტური ველის სიდიდისა და მიმართულების გაზომვის საშუალება.

ჰოლის ეფექტის ერთ-ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის, რომ ის განასხვავებს ერთი მიმართულებით მოძრავ დადებით მუხტებს და საპირისპირო მიმართულებით მოძრავ უარყოფით მუხტებს შორის. ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ნაჩვენებია ჰოლის ეფექტი უარყოფითი მუხტის მატარებლებთან (ელექტრონებთან). მაგრამ თუ იმავე პირობებში: მაგნიტური ველი და დენი, გამოვიყენებთ დენის მატარებლების განსხვავებულ ნიშანს, მაშინ ჰოლის ეფექტი ცვლის ნიშანს. რა თქმა უნდა, ნაწილაკი უნდა მოძრაობდეს ელექტრონის საპირისპირო მიმართულებით, რომ დენი იგივე იყოს - დიაგრამაზე ქვემოთ და არა ელექტრონის მსგავსად ზემოთ. და ამგვარად, მნემონიურად რომ ვთქვათ, ლორენცის ძალის კანონში თქვენი ცერა თითი, რომელიც წარმოადგენს (ნოციალურ) დენს, მიუთითებს იმავე მიმართულებით, როგორც ადრე, რადგან დენი იგივეა - ზემოთ მოძრავ ელექტრონს აქვს იგივე დენი და დადებითი მუხტი. ქვევით მოძრაობს. და იგივე თითებით (მაგნიტური ველი) მუხტის მატარებელი იხრება დიაგრამაზე მარცხნივ, მიუხედავად იმისა, დადებითია თუ უარყოფითი. მაგრამ თუ დადებითი მატარებლები გადახრილია მარცხნივ, ისინი ქმნიან შედარებით დადებით ძაბვას მარცხნივ, ხოლო უარყოფითი მატარებლები (კერძოდ ელექტრონები) ქმნიან უარყოფით ძაბვას მარცხნივ, როგორც ეს ნაჩვენებია დიაგრამაზე. ამრიგად, იგივე დენისა და მაგნიტური ველისთვის, ჰოლის ძაბვის პოლარობა დამოკიდებულია გამტარის შიდა ბუნებაზე და სასარგებლოა მისი მუხტის თვისებების გასარკვევად.

ჰოლის ეფექტის ამ თვისებამ წარმოადგინა პირველი რეალური მტკიცებულება იმისა, რომ ელექტრული დენები მეტალების უმეტესობაში გადატანილია მოძრავი ელექტრონებით და არა პროტონებით. მან ასევე აჩვენა, რომ ზოგიერთ ნივთიერებაში (განსაკუთრებით p-ტიპის ნახევარგამტარებში), პირიქით, უფრო მიზანშეწონილია ვიფიქროთ დენი, როგორც მოძრავი დადებითი „ხვრელები“, ვიდრე უარყოფითი ელექტრონები. ასეთ მასალებში ჰოლის ეფექტთან დაბნეულობის საერთო წყაროა ის, რომ ხვრელები, რომლებიც მოძრაობენ ერთი მიმართულებით, სინამდვილეში არის ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით. როგორც მეტალების უმეტესობაში და n ტიპის ნახევარგამტარებში. ამასთან, შეინიშნება ჰოლის ძაბვის საპირისპირო პოლარობა, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მუხტის მატარებლები დადებითია. თუმცა, რა თქმა უნდა, p-ტიპის ნახევარგამტარებში არ არსებობს რეალური პოზიტრონები ან სხვა დადებითი ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც ატარებენ მუხტს, აქედან მომდინარეობს სახელწოდება "ხვრელი". ისევე, როგორც მინაში სინათლის ზედმეტად გამარტივებული სურათი, როდესაც ფოტონები შეიწოვება და ხელახლა ასხივებენ რეფრაქციის ასახსნელად, იშლება უფრო მჭიდრო დათვალიერებისას, ეს აშკარა წინააღმდეგობა ასევე შეიძლება გადაწყდეს მხოლოდ თანამედროვე კვანტური კვაზინაწილაკების თეორიით, რომელშიც შესაძლებელია მრავალი ნაწილაკების კოლექტიური კვანტური მოძრაობა. , რეალური ფიზიკური გაგებით, განიხილება როგორც ცალკე ნაწილაკი (თუმცა არა ელემენტარული).

ამასთან დაკავშირებით, გამტარ ნიმუშში არაჰომოგენურობამ შეიძლება გამოიწვიოს ყალბი ჰოლის ეფექტის ხელმოწერა, თუნდაც ვან დერ პაუს ელექტროდის იდეალური კონფიგურაციის შემთხვევაში. მაგალითად, ჰოლის ეფექტი, რომელიც შეესაბამება პოზიტიურ მატარებლებს, აშკარად დაფიქსირდა n ტიპის ნახევარგამტარებში. ერთგვაროვან მასალებში არტეფაქტების კიდევ ერთი წყარო ჩნდება, როდესაც ნიმუშის სიგრძისა და სიგანეზე ასპექტის თანაფარდობა არ არის საკმარისად დიდი: სრული ჰოლის ძაბვა ხდება მხოლოდ დენის მატარებელი კონტაქტებისგან მოშორებით, ვინაიდან განივი ძაბვა მოკლე ჩართულია კონტაქტებზე. .

ელექტრული მუხტი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                      ელექტრული მუხტი

დადებითი ელექტრული მუხტით გამოწვეული ელექტრული ველი (მარცხნივ) და უარყოფითი ელექტრული მუხტით გამოწვეული ველი (მარჯვნივ).

ელექტრული მუხტი (აღნიშვნა: ${\displaystyle q}$) — სხეულთა და ნაწილაკთა ერთ-ერთი ძირითადი მახასიათებელი, რომელიც განსაზღვრავს მათ ურთიერთქმედებას გარე ელექტრომაგნიტურ ველთან და აგრეთვე მათ ურთიერთკავშირს საკუთარ ელექტრომაგნიტურ ველთან. სხეული ელექტრული მუხტი მისი შემადგენელი ნაწილაკების დადებითი და უაროფითი მუხტების ალგებრული ჯამის ტოლია. ელექტრული მუხტის მუდმივობის კანონის თანახმად, ნებისმიერი ჩაკეტილი სისტემის ელექტრული მუხტების ალგებრული ჯამი მუდმივია სისტემის შიგნით მიმდინარე ყველა პროცესის დროს. ელექტრული მუხტი დისრეტულია. ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედება განისაზღვრება კულონის კანონით, ხოლო კავშირი ელექტრულ მუხტსა და მის მიერ შექმნილ ელექტრომაგნიტურ ველს შორის — მაქსველის განტოლებებით.

სხეულის ელექტრული მუხტი შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი. ორი დადებითად დამუხტული სხეული ერთმანეთს განიზიდავს, ისევე როგორც ორი უარყოფითად დამუხტული სხეული, ხოლო საწინააღმდეგო ნიშნის მუხტების მქონე სხეულები ერთმანეთს მიიზიდავს. დამუხტული სხეულების ურთიერთქმედებას სწავლობს ფიზიკის დარგი კლასიკური ელექტროდინამიკა, რომელიც სამართლიანია მანამ, სანამ კვანტური ეფექტები უმნიშვნელოა.

მეოცე საუკუნეში ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგად ნაჩვენები იქნა, რომ მუხტი დაკვანტული სიდიდეა: ნებისმიერი სისტემის, ცალკეული სხეულისა თუ ნაწილაკის მუხტი (კვარკების გარდა) არის ელემენტარული მუხტის e-ს ჯერადი, რომელიც ტოლია e = 1,6 × 10 ⁻¹⁹ კულონის. პროტონს აქვს e მუხტი, ხოლო ელექტრონს კი −e.

იხ. ვიდეო - ელექტრული მუხტი და სხეულების დამუხტვა

რელატივისტური ინვარიანტობა

ელექტრომაგნიტიზმის შესახებ სტატიებში აღწერილი თვისებების გარდა, მუხტი არის რელატივისტური უცვლელი. ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერ ნაწილაკს, რომელსაც აქვს მუხტი q, აქვს იგივე მუხტი, მიუხედავად იმისა, თუ რამდენად სწრაფად მოძრაობს იგი. ეს თვისება ექსპერიმენტულად დადასტურდა იმის ჩვენებით, რომ ერთი ჰელიუმის ბირთვის მუხტი (ორი პროტონი და ორი ნეიტრონი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ბირთვში და მოძრაობს დიდი სიჩქარით) იგივეა, რაც ორი დეიტერიუმის ბირთვი (ერთი პროტონი და ერთი ნეიტრონი ერთმანეთთან შეკრული, მაგრამ გაცილებით ნელა მოძრაობდნენ, ვიდრე ჰელიუმის ბირთვში ყოფნის შემთხვევაში)

ბიოენერგია (მეცნიერება)

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                ბიოენერგია (მეცნიერება)

მეციერება - ბიოლოგიური ენერგეტიკა

ბიოენერგია (ბიოლოგიური ენერგია) არის ინტერდისციპლინარული მეცნიერება, ბიოლოგიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ცოცხალ სისტემებში გარე რესურსების ბიოლოგიურად სასარგებლო სამუშაოდ გადაქცევის პროცესების ერთობლიობას.

ტრადიციულად, ეს მეცნიერება სწავლობს ისეთ პროცესებს, როგორიცაა უჯრედული სუნთქვა, ფოტოფოსფორილირება, მემბრანის ენერგიიზაცია და მასთან დაკავშირებული ტრანსპორტი, აგრეთვე ორგანიზმების ენერგიის მიღების სხვა გზები. გარდა ამისა, ამ მეცნიერების სფერო მოიცავს მიტოქონდრიების, როგორც მარეგულირებელი სისტემების შესწავლას და მათ როლს უჯრედებისა და ქსოვილების დაპროგრამებულ სიკვდილში.

ტერმინი - სიტყვა ბიოენერგია პირველად 1956 წელს გამოიყენა ნობელის პრემიის ლაურეატმა A. Szent-Györgyi-მ. მან ეს სახელი დაარქვა თავის პატარა მონოგრაფიას, რომელშიც გამოაქვეყნა თავისი ჰიპოთეზები ცოცხალი არსებების ფუნქციონირებისა და მათი ენერგიით მომარაგების შესახებ.

1968 წელს იტალიის ქალაქ Polignano a Mare-ში ჩატარდა კონფერენცია ოქსიდაციური ფოსფორილირების შესახებ, რომელსაც ესწრებოდნენ იმ დროის ისეთი მნათობები, როგორებიც იყვნენ ე. სლეიტერი, ლ. ერნესტერი და ჰ. კრებსი. ერთ-ერთ შეხვედრაზე კონკრეტულად განიხილეს საკითხი, რა ვუწოდოთ ბიოლოგიის ახალ ფილიალს, რომელიც სწავლობს ორგანიზმების ენერგიის მიწოდების მოლეკულურ მექანიზმებს. შეხვედრაზე დამსწრე ვ. გაიგო, რომ დისკუსია ორი ან მეტი სიტყვის რთული გრძელი სახელებისკენ იყო მიმართული, ის ადგა და შესთავაზა ახალ მეცნიერებას ბიოენერგია ეწოდოს. წამყვანის ე.სლეიტერის კითხვაზე, რა არგუმენტები ჰქონდა, სკულაჩოვი ყოყმანობდა და თქვა, რომ სამი წლის წინ მოსკოვის უნივერსიტეტში მოაწყო ბიოენერგეტიკის განყოფილება, რომელიც წარმატებით ფუნქციონირებს და ამიტომ სთავაზობს ახალ მეცნიერებას ამ სახელით დაერქვას. ამ პასუხის მიუხედავად, დისკუსიამ საოცრად მიგვიყვანა იმ ფაქტამდე, რომ სახელწოდება იქნა მიღებული და კონსოლიდირებული სამეცნიერო პრაქტიკაში.

მოგვიანებით, პრესაში და მედიაში ვ.პ. სკულაჩოვის პროტესტის მიუხედავად, ახალი ტერმინი მიიღეს ექსტრასენსებმა. პროცესი რუსეთში დაიწყო, მაგრამ მალე საზღვარგარეთაც გავრცელდა. შედეგად, ენციკლოპედია ბრიტანიკას უახლესი გამოცემა ამ სიტყვის ორ მნიშვნელობას ანიჭებს - „მეცნიერული ბიოენერგია“ და „პარამეცნიერული ბიოენერგია“.

ამბავი

ბიოენერგიის დაბადების თარიღად შეიძლება ჩაითვალოს 1961 წელი, როდესაც პიტერ მიტჩელმა გამოაქვეყნა თავისი ქიმიოსმოტიკური თეორია, რომელიც ხსნიდა რესპირატორული და ფოტოსინთეზური ფოსფორილირების მექანიზმს . ამ თეორიისთვის, თუმცა იმ დროს ბოლომდე არ იყო დადასტურებული, მან მიიღო ნობელის პრემია ქიმიაში 1978 წელს. ამას მოჰყვა 1961 წელს რობერტ კ. კრეინის მიერ ნატრიუმზე დამოკიდებული გლუკოზის კონტრსპორტის აღმოჩენა. 1988 წელს ნობელის პრემიის ლაურეატები იყვნენ H. Michel, J. Deisenhofer და R. Huber, რომლებმაც მიაღწიეს წარმატებას ფოტოსინთეზური რეაქციის ცენტრების კომპლექსის რენტგენის დიფრაქციულ ანალიზში. 1997 წელს P. D. Boyer და J. Walker მიენიჭათ იგივე პრიზი პროტონ ATP სინთეზის შესწავლისთვის და მათთან ერთად I. H. Skow Na+/K+ ATPase-ს აღმოჩენისთვის. აქვე უნდა აღინიშნოს გ.კრემერის, დ.დ.ნიუმეიერის და კს. ვანგი მიტოქონდრიის ცენტრალურ როლზე დაპროგრამებულ უჯრედულ სიკვდილში. ბოლო ათწლეულში ამ თემაზე პუბლიკაციების რაოდენობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა.

ბიოენერგეტიკის კანონები

თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, ცოცხალ ორგანიზმებში არსებობს კონვერტირებადი ენერგიის სამი ფორმა: წყალში ხსნადი ციტოზოლური ფორმა ATP-ის სახით და ორი მემბრანული ფორმა პროტონის (∆μH+) და ნატრიუმის ელექტროქიმიური პოტენციალის სხვაობის სახით. ∆μNa+). შემცირების ეკვივალენტები, როგორიცაა NAD, NADP, FAD და სხვადასხვა რედოქს ცილები, როგორიცაა ფერედოქსინები, მეცნიერთა უმეტესობის მიერ არ განიხილება ენერგიის ცალკეულ ფორმად მათი შეზღუდული ფუნქციების გამო. ენერგიის სამივე ფორმა შეიძლება გარდაიქმნას ერთმანეთში და ხშირად სამივე იმყოფება იმავე ორგანიზმში, როგორც ეს ხდება ევკარიოტებში. ენერგიის ეს სამი ფორმა ერთად იხარჯება ორგანიზმში მიმდინარე სამუშაოების მთლიანობაზე: ქიმიურ, ელექტრო, ოსმოსურ, მექანიკურ და სითბოს გამომუშავებაზე. ემპირიულ დაკვირვებებზე დაყრდნობით ჩამოყალიბდა შემდეგი სამი პრინციპი, რომელიც აღწერს უჯრედის მიერ ენერგიის ამ სამი ფორმის გამოყენებას :

ბიოენერგიის პირველი კანონი

ცოცხალი უჯრედი თავს არიდებს გარე რესურსებიდან ენერგიის პირდაპირ გამოყენებას სასარგებლო სამუშაოს შესრულებისას. იგი ჯერ ამ ენერგიას გარდაქმნის ATP-ის, ∆μNa+ ან ∆μH+ კონვერტირებად ფორმად, შემდეგ კი იყენებს მას სხვადასხვა ენერგო ინტენსიურ პროცესებში.

ბიოენერგიის მეორე კანონი

ნებისმიერ ცოცხალ უჯრედს აქვს კონვერტირებადი ენერგიის მინიმუმ ორი ფორმა - ATP და ∆μH+ ან ∆μNa+.

ბიოენერგიის მესამე კანონი

უჯრედს შეუძლია დააკმაყოფილოს ყველა მისი ენერგეტიკული მოთხოვნილება, თუ შესაძლებელია ენერგიის სამი კონვერტირებადი ფორმისგან მინიმუმ ერთის მიღება გარე ენერგეტიკული რესურსებიდან.

იხ. ვიდეო - Bioenergetics

დილატომეტრია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                       დილატომეტრია

დეფექტი, რომელიც გაჩნდა დილატომეტრის მიერ სათანადო გამოკვლევის გარეშე

(ლათინური დილატო - გაფართოება და ... მეტრი) - ფიზიკის ერთ-ერთი მთავარი დარგი, რომელიც სწავლობს პირველ რიგში პირდაპირ კავშირს ცდის სხეულების მოცულობებში მათზე გარე ფაქტორების გავლენისგან, როგორიცაა: წნევა, გარემო. ტემპერატურა, მაგნიტური ველები, ელექტროენერგია, მაიონებელი და გამოსხივების ემისიები და მრავალი სხვა.

ძირითადად, დილატომეტრია ყურადღებას ამახვილებს სხეულების გაფართოების შესწავლაზე გაცხელებისას და ამ უკანასკნელის ყველა სახის ცვლილებაზე, მოლეკულურ დონემდე. ამ მიზნით გამოყენებულ მოწყობილობებს ტრივიალურად უწოდებენ დილატომეტრებს.

დილატომეტრის მეცნიერების მიერ მიღებული მონაცემები აბსოლუტურად შეუცვლელია მეტალურგიაში, საავტომობილო მრეწველობაში, თვითმფრინავების წარმოებაში და სხვა უამრავ ძირითად ინდუსტრიაში.

                         დილატომეტრი

მარტივი დილატომეტრი არის საზომი მოწყობილობა სითხეებისა და მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოებისთვის

(ლათინური დილატო - გაფართოება და ბერძნულიდან μετρέω - საზომი) - საზომი მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია სხეულის ზომის ცვლილებების გასაზომად, რომლებიც გამოწვეულია სითბოს გარეგანი ზემოქმედებით (სითბოს გაცვლის გზით), წნევა, ელექტრული და მაგნიტური ველები, მაიონებელი გამოსხივება ან სხვა ფაქტორები. დილატომეტრის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი მგრძნობელობა სხეულის ზომის აბსოლუტური ცვლილებების მიმართ.

ამ მოწყობილობის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ტიპია თერმული დილატომეტრი, რომელიც გამოიყენება ტემპერატურის მიხედვით ნიმუშის ხაზოვანი ან მოცულობითი თერმული გაფართოების გასაზომად (იხ. ფოტო). თერმული გაფართოება არის საზომი, თუ როგორ იცვლება სხეულის მოცულობა ტემპერატურის ცვლილებასთან ერთად.

არსებობს ოპტიკურ-მექანიკური, ტევადი, ინდუქციური, ინტერფერენციული, რენტგენის და რადიორეზონანსული დილატომეტრები.

ფიზიკის დარგს, რომელიც სწავლობს ასეთ პროცესებს, ეწოდება დილატომეტრია.

დილატომეტრები სითხეებისა და აირების გაფართოების გასაზომად

თხევადი და აირისებრი ნივთიერებებისთვის შესწავლილია მხოლოდ მათი მოცულობითი გაფართოება.

გათბობის ან გაგრილების დროს სითხეების თერმული გაფართოების მოცულობითი კოეფიციენტის გასაზომად გამოიყენება თხელკედლიანი ჭურჭელი, ჩვეულებრივ ცილინდრი, რომელიც დამზადებულია მინისგან ან კვარცის მინისგან, მოცულობით რამდენიმე ათეული სმ3, კაპილარული მილით, რომელიც არის ამ გემის კისერი. მილი აღჭურვილია სასწორით, რომლის განყოფილებები აჩვენებს სითხის მოცულობის შედარებით ცვლილებას. სასწორი კალიბრირებულია მოცულობის ფარდობითი ცვლილების მიხედვით გაანგარიშებით, თუ ცნობილია კაპილარების განივი ფართობი და ჭურჭლის მოცულობა, ან ექსპერიმენტულად, მოცემულ მოწყობილობაში სითხის გაფართოებაზე დაკვირვებისას, რომელსაც აქვს. კარგად არის შესწავლილი ამ თვალსაზრისით (კალიბრაცია). ექსპერიმენტებში მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ჭურჭლის მოცულობის ცვლილება, რომელიც გამოწვეულია გემის მასალის საკუთარი ხაზოვანი გაფართოებით. ეს კეთდება ან ექსპერიმენტულად, კარგად შესწავლილი სითხის გაფართოებაზე დაკვირვებით, ან გაანგარიშებით, თუ ჭურჭლის მასალის წრფივი გაფართოების კოეფიციენტის ცვლილება სამუშაო ტემპერატურის დიაპაზონში კარგად არის ცნობილი.

მეთოდის გაზომვის სიზუსტე და მგრძნობელობა იზრდება შესასწავლი სითხისა და ჭურჭლის მასალის მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტების თანაფარდობის მატებასთან ერთად. თუ ისინი თანაბარია, ეს მეთოდი უვარგისი ხდება.

გაზომვების დროს ჭურჭელი და კაპილარის ნაწილი მთლიანად ივსება სატესტო ან კალიბრაციის სითხით ისე, რომ კაპილარში არსებული სითხის მენისკი გრადუირებული მასშტაბის ფარგლებში იყოს. შემდეგ იცვლება ჭურჭლის ტემპერატურა და თხევადი მენისკის გადაადგილება იზომება კაპილარული მილის მასშტაბით. ტემპერატურის ცნობილი ცვლილებისა და მენისკის გადაადგილების საფუძველზე, სითხის თერმული გაფართოების კოეფიციენტის მნიშვნელობა გამოითვლება იმ ტემპერატურებზე, რომლებსაც მოწყობილობა ექვემდებარებოდა დაკვირვების დროს.

როგორც წესი, ასეთი დილატომეტრი მოთავსებულია თერმოსტატში რეგულირებადი ტემპერატურის კონტროლით. ტემპერატურის გასაზომად თერმომეტრი მოთავსებულია დილატომეტრთან ახლოს (ან მასთან კონტაქტში).

ამ პროცედურის საერთო გამოყენება იქნება ტემპერატურის გაზომვა ვერცხლისწყლის ან ალკოჰოლური თერმომეტრის გამოყენებით სითხის სვეტის მენისკის გადაადგილების გაზომვით გრადუირებული მასშტაბით. ვინაიდან ვერცხლისწყალსა და ალკოჰოლს აქვთ საკმაოდ მუდმივი და კარგად შესწავლილი გაფართოების კოეფიციენტები ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში, ეს გადაადგილებები პირდაპირ ახასიათებს ტემპერატურას.

ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტების საზომი დილატომეტრები

თითქმის ყველა ასეთი დილატომეტრი ეფუძნება მცირე და ულტრაპატარა გადაადგილების გაზომვას, რომელიც გამოწვეულია შესასწავლი ნიმუშის ხაზოვანი ზომების ცვლილებით მოწყობილობის ნაწილებთან მიმართებაში. ამიტომ, მცირე გადაადგილების გაზომვის თითქმის ნებისმიერი მეთოდი შესაფერისია ასეთ მოწყობილობებში გამოსაყენებლად.

ისტორიულად, პირველი ინსტრუმენტები იყო ბერკეტის დილატომეტრები, რომლებშიც ნიმუშის ზომის მცირე ცვლილებამ ბერკეტების სისტემის მეშვეობით გამოიწვია სასწორით აღჭურვილი მაჩვენებლის მრავალჯერ გაზრდილი გადაადგილება. ამ მოწყობილობების მაქსიმალური მგრძნობელობა არ აღემატებოდა რამდენიმე მიკრონს.

თანამედროვე დროში, ზომების მცირე ცვლილებების გასაზომად გამოიყენება სხვადასხვა მეთოდი:

ოპტიკური:

ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, ინტერფერენციული მეთოდები, გადაადგილება აღირიცხება ჩარევის ზღურბლების გადაადგილებით ინტერფერენციის შაბლონში, ხოლო მგრძნობელობა მიიღწევა ნმ ერთეულების დონეზე (Linnik ინტერფერომეტრი);

ჩრდილი, რომელიც დაფუძნებულია სინათლის მკვეთრად ფოკუსირებული გამვლელი ნაკადის ცვლილებაზე, დაბლოკილი გაუმჭვირვალე ობიექტით (ფუკოს დანა), გარჩევადობის ლიმიტი არის ათობით ნმ;

რადიო ინჟინერია:

ტევადობა, რომელშიც გადაადგილება იწვევს კონდენსატორის ტევადობის ცვლილებას, რაც, თავის მხრივ, განისაზღვრება ან ტევადობის პირდაპირი ცვლილებით ხიდის გამოყენებით, ან რხევის სიხშირის გადაადგილების განსაზღვრით წრედში, სადაც ტევადობა არის საზომი კონდენსატორი, მაქსიმალური მგრძნობელობა 1 ნმ-ზე ნაკლები;

ინდუქციური, - გადაადგილებები იწვევს საზომი კოჭის ინდუქციურობის ან ურთიერთინდუქციურობის ცვლილებას, ინდუქციურობის ცვლილებები აღირიცხება მსგავსი ტევადობის მეთოდების გამოყენებით, მაქსიმალური მგრძნობელობა 1 ნმ-ზე ნაკლებია;

მიკროტალღური მეთოდები, გადაადგილებები იწვევს თვითოსცილატორის მიკროტალღური რეზონატორის გეომეტრიული ზომების ცვლილებას, რაც ცვლის გენერირების სიხშირეს, მიღწეულია გარჩევადობა pm დონეზე;

რენტგენის დიფრაქცია, რომელიც დაფუძნებულია რენტგენის დიფრაქციით კრისტალური მედის მუდმივების პირდაპირ გაზომვაზე, გამოიყენება კვლევაში, როდესაც სხვა მეთოდები არ გამოიყენება, მაგალითად, ნიმუშის ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე ან როდესაც შეუძლებელია ნიმუშის შიგნით მოთავსება. მოწყობილობა, მაგალითად, ნიმუში არის ღრუს შიგნით. მაქსიმალური გარჩევადობა მიკრონების ერთეულების დონეზე.

დილატომეტრების მგრძნობელობის გასაზრდელად, მცირე გადაადგილების მრიცხველები ხშირად ერწყმის ბერკეტების კლასიკურ სისტემას (ეს არ ეხება რენტგენის დილატომეტრებს), მაგალითად, არის თანამედროვე დილატომეტრები, სადაც გაზომილი გადაადგილება ბერკეტების სისტემაში იწვევს დახრილობას. სარკის ან რამდენიმე სარკის, რომელიც შეინიშნება წყაროს გამოსახულების სინათლის გადაადგილებით ოპტიკური მეთოდით (ტელესკოპი).

დილატომეტრი მარქეტი საველე ნიადაგის კვლევისთვის

Marchetti ბრტყელი დილატომეტრი  არის საველე კვლევის ინსტრუმენტი. ახლა მას იყენებენ თითქმის ყველა ინდუსტრიულ ქვეყანაში. ამ ინსტრუმენტის ტესტირების პროცედურები შედის ტესტირებისა და მასალების ამერიკული საზოგადოების (ASTM) სტანდარტებსა და ევროკოდებში. მარკეტის დილატომეტრი იყო ნიადაგის მექანიკისა და გეოტექნიკური ინჟინერიის საერთაშორისო საზოგადოების (ISSMGE) ტექნიკური კომიტეტის TC16 დეტალური მონოგრაფია. ამჟამად სტანდარტიზაციის საერთაშორისო ორგანიზაცია (ISO) და სტანდარტიზაციის ევროპული კომიტეტი (CEN) მუშაობენ ამ მოწყობილობის ტესტირების სტანდარტზე.

იხ. ვიდეო - Dilatometer for Coefficient of Thermal Expansion Analysis