CC BY
12
ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 537.322.11, 15; 537.311.6;
И.П. Попов1, Д.П. Попов2, С.Ю. Кубарева3 1 Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области 2ГОУ УКК «Курганскагропром» 3ОАО «Курганмашзавод»
РЕАКТИВНОСТЬ ТЕРМОРПАРЫ
Аннотация. Показано, что электрическое сопротивление термопары имеет емкостной характер. Вводятся понятия искусственной электрической емкости или электрической термоемкости.
Ключевые слова: термопара, реактивный, электрическая термоемкость.
I.P. Popov1, D.P. Popov2, S.Y. Kubareva3 1 Department of Economic Development, Trade and Labor of the Kurgan Region 2GOU UKK Kurganskagroprom 3 OAO Kurganmashzavod, (Open JSC)
THERMOCOUPLE SENSITIVITY
Abstract. The research shows that electrical resistance of a thermocouple exhibits capacitive reactance. The article introduces the concepts of artificial electric capacity or electric thermal capacity.
Index terms: thermocouple, reactive, electric thermal capacity.
ВВЕДЕНИЕ
Термопара обладает способностью как поглощать, так и выделять энергию. Если при этом не происходит потерь энергии, то логично предположить, что указанное свойство термопары должно обусловливать наличие ее некоего реактивного сопротивления, которое также характеризуется обменом энергии без ее диссипации. Аналогичный подход используется в работах [1-6].
Для выяснения этого обстоятельства может быть рассмотрен характер тока при подключении термопары к источнику переменного напряжения.
1 Явления Пельтье и Зеебека
Пусть в исходном состоянии температура обоих спаев принимает значение:
Т = Т2 = Т0 .
При пропускании через термопару количества электричества q в одном спае выделяется, а в другом поглощается теплота
Q = nq, (явление Пельтье), (1)
где П - коэффициент Пельтье. При этом появляется разность температур спаев
где C* - теплоемкость. При разных температурах спаев на концах термопары возникает ЭДС
Ет = ЕтоАТ = 2ЕТ(явление Зеебека), (3) где ETO - удельная термо-ЭДС. Здесь учтены (2)
и (1).
2 Подключение термопары к источнику синусоидального напряжения u = Usinwt.
Активное сопротивление, индуктивность и электрическая емкость не учитываются. В соответствии с (3) баланс напряжений записывается в виде:
Т*Ч = Um sin ot, где
* П
т = 2Ето с*
- обобщенный коэффициент. Термо-ЭДС и приложенное напряжение направлены встречно друг другу. При дифференцировании уравнения баланса напряжений:
Ti = üm( cos (t,
m '
ü_ ю
ü
i = —cos (t = üm((CT cos (t = —m cos rot
T
XT
Ток опережает напряжение на п /2. Таким образом, термопара имеет емкостной характер. При этом
С = -1 ^т т *
- электрическая термоемкость,
*
1 Т
Хт —-— —
шСТ ш
- реактивное термоемкостное сопротивление.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Термопара запасает тепловую энергию, чем принципиально отличается от конденсатора, который запасает энергию электрического поля. Вместе с тем, она воспринимается цепью как емкостное устройство, поэтому может рассматриваться как искусственная электрическая емкость или электрическая термоемкость.
При соединении термоемкости с катушкой индуктивности образуется электрический колебательный контур, в котором могут возникать свободные гармонические колебания с собственной частотой
AT =
2Q
C *
(2)
Последнее выражение связывает величины различной физической природы, дополняя соотношения, полученные в [7-9].
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
47
Список литературы
1 Попов И.П. Установление частной функциональной
зависимости между емкостью и массой // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 85-87.
2 Попов И.П. Инертно-емкостное устройство // Актуаль-
ные проблемы современной науки и практики: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию транспортного образования в Зауралье и 55-летию УрГУПС /под ред. Е.А.Худяковой. Курган: Изд-во КГУ, 2011. С. 119-120.
3 Попов И.П. Переходный процесс при подключении инертно-
емкостного устройства к источнику постоянного напряжения // Зауральский научный вестник. 2011. Выпуск №1. С. 162-165.
4 Попов И.П. Вращательные инертно-емкостные устрой-
ства // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». 2011. №3(31). С. 191-196.
5 Попов И.П. Упруго-индуктивное устройство // Зауральский
научный вестник. 2011. Выпуск №1. С. 181-183.
6 Попов И.П. Свободные гармонические колебания в упруго-
емкостной системе // Вестник Курганского гос. университета. Серия «Естественные науки». 2011. Вып. 4. №2(21). С. 87-89.
7 Попов И.П. Об электромагнитной системе единиц //
Вестник Челябинского государственного университета. Физика. 2010. Выпуск 7. №12(193). С. 78-79.
8 Попов И.П. Электромагнитное представление квантовых
величин // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Естественные науки». 2010. Выпуск 3. №2(18). С. 59-62.
9 Попов И.П. Сопоставление квантового и макро-описания
магнитного потока // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. 2010. Выпуск XIII. С. 26.
УДК 53.043 И.П. Попов
Департамент экономического развития, торговли и труда Курганской области
КВАНТОВО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ ЭФФЕКТА КОМПТОНА КАК АЛЬТЕРНАТИВА ТЕОРИИ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ
Аннотация. Показан характер взаимодействия фотонов с отражателем. Предложена квантово-вол-новая интерпретация эффекта Комптона, позволяющая не прибегать к модели, основанной на механическом упругом соударении фотона и электрона.
Ключевые слова: корпускулярный, волновой, фотон, электрон.
I.P. Popov
Department of Economic Development, Trade And Labor of Kurgan Region
QUANTUM-WAVE THEORY OF COMPTON EFFECT AS AN ALTERNATIVE TO THE THEORY OF ELASTIC WAVE SCATTERING
Abstract. The research shows the nature of photon interaction with a reflector. It offers a quantum-wave interpretation of the Compton Effect, which allows for avoiding the model based on the mechanical elastic collision of a photon and an electron.
Index terms: corpuscular, wave, photon, electron.
ВВЕДЕНИЕ
Существует точка зрения, согласно которой фотоны обладают упругими свойствами [1], в связи с чем они способны к соударениям с другими объектами и могут, в частности, отражаться от них. Представление об упругих свойствах фотонов лежит в основе теории эффекта Комптона. Более того, считается, что их поведение в этом случае не может быть объяснено с волновых позиций [2]. На фоне того, что волновыми свойствами обладают инертные частицы, эта точка зрения выглядит парадоксальной.
1 Об упругих свойствах фотонов
Действительно ли фотоны обладают способностью отражаться от объектов, можно выяснить из следующих рассуждений.
Пусть на зеркало падает луч света под прямым углом. Тогда отраженный луч составляет с поверхностью зеркала также прямой угол. В соответствии с теорией, наделяющей фотоны упругими свойствами, обратный луч состоит из отраженных фотонов. Это значит, что скорость фотонов при отражении изменилась на противоположную, то есть в какой-то момент она равнялась нулю. Однако в состоянии покоя фотоны не существуют. Следовательно, при падении на зеркало фотон неизбежно погибает (поглощается веществом зеркала), а отраженный луч формируется из вновь излученных поверхностью зеркала других фотонов (за счет энергии поглощенных).
Таким образом, фотоны не обладают способностью отражаться от объектов.
В этой связи поведение фотонов в рамках эффекта Комптона должно найти объяснение с волновых позиций.
Главное возражение против волнового подхода сводится к тому, что при взаимодействии с частицей частота фотона изменяться не может и объяснить ее уменьшение с волновых позиций нельзя. В основе этого возражения лежит представление о том, что «падающий» и «отраженный» - это один и тот же фотон. Однако, поскольку это два разных фотона, объяснение вполне очевидно. Электрон, на который «падает» фотон, приобретает движение. Поэтому в отношении «отраженного» вторичного фотона проявляется эффект Доплера, в силу чего его частота уменьшается.
2 Квантово-волновая теория эффекта Комп-тона
Пусть электромагнитная волна «падает» на неподвижный электрон (рисунок 1).
Поскольку волна обладает импульсом, электрону сообщается скорость v. При этом «падающий» фотон поглощается электроном, после чего последний излучает вторичный фотон. В соответствии с оптическим законом отражения угол «падения» р равен углу «отражения». Так как вторичный фотон излучается
48
ВЕСТНИК КГУ, 2013. №3
