Диссипация в электронном пучке

Весьма интересные предсказания общей теории содержатся в формулах (443) и (444). Для их опытной проверки был использован обычный классический вольфрамовый катод-эмиттер 5, расположенный в центре сферической полости медного анода-калориметра 1 и 2 (рис. 14). Утечка электронов из полости затруднена лабиринтовым отверстием 3. Все устройство помещено под стеклянный колпак, в котором поддерживается давление порядка 10^-5 – 10^-8 мм рт.ст. Анод покоится на трех кварцевых трубках 6, через две из них пропущены медные провода диаметром 1,5-2 мм, питающие током нихромовую обмотку 4. Обмотка диаметром 0,25 и длиной 394 мм изолирована керамическими бусами. Ее электросопротивление почти на 3 порядка превышает сопротивление токоподводящих проводов. Вольфрамовая спираль (катод) 5 изготовлена из проволоки диаметром 0,25 и длиной 34 мм. На спираль 5, обмотку 4 и цепь катода – анда подается стабилизированный постоянный ток. Температура половинок калориметра измеряется с помощью хромель-алюмелевых термопар, пропущенных через сквозные отверстия 7, и полуавтоматического потенциометра Р-309 или Р-348 высокого класса точности. Опыт выполняется в следующем

порядке.

Рис. 14. Схема опыта с медным анодом-калориметром.

Вначале включается ток катода I_к (напряжение j_к), поддерживаемый постоянным в течение всего эксперимента. Под действием теплового излучения анод разогревается до температуры Т_а0 – это так называемый фон, на котором разыгрывается вся последующая картина. Затем между катодом и анодом создается разность потенциалов j_а, вызывающая появление анодного (эмиссионного) тока I_а. Электронный пучок, ударяясь об анод, разогревает последний до температуры Т_а > Т_а0. Количество тепла, передаваемого пучком аноду, может быть найдено из независимого измерения. Для этого взамен тока анода включается ток I_н накала обмотки 4. Регулированием I_н температура анода доводится до прежнего значения Т_а. При этом мощность j_нI_н в точности соответствует теплоте, которую создавал электронный пучок. Сопоставление величин j_аI_а и j_нI_н позволяет сделать все необходимые выводы.

Если пренебречь утечкой электронов из полости анода, переносом теплоты атомами испаряющегося вольфрама эмиттера, беспорядочным кинетическим движением электронов, наличием некоторой не равной нулю скорости электронов в металле анода, ионизации газа и т.д., а также влиянием термической степени свободы электронов, тогда электрическое поле должно разгонять пучок строго до энергии

DU_m = (1/2)I_mw² = j_нI_н = j_аI_а дж. (452)

При этом критерий

К = j_нI_н/j_аI_а (453)

Должен быть равен единице.

Если термической степенью свободы пренебречь нельзя, тогда формула (452) окажется неверной и вступит в силу прогноз (443) общей теории. При критерии К должен быть больше единицы. Дополнительная кинетическая энергия, сообщаемая пучку электронов термическим нанополем, определяется разностью

DТI_Q = DU_m - j_аI_а = j_нI_н - j_аI_а дж, (454)

где

DU_m = j_нI_н дж; DТ = Т_к - Т_а град;

Т_к – температура катода, °К;

Т_а - температура анода, °К.

Следовательно, термиор отдельного электрода

Q_е = (I_Q/I_а)е^- = (j_а/DТ) е^-(К – 1) дж/град, (455)

а количество термиантов, входящих в состав каждого электрона, - формула (380)

k₃ = Q_е/t = (I_Q/I_а)(е^-/t) = (j_а/DТ)(е^-/t)(К – 1). (456)

Обратимся теперь к конкретным опытным данным. При нагреве катода током I_к = 5,37 а (j_к = 3,27 в) температуры Т_к = 2900 °К и Т_а0 = 510 °К. Анодный ток I_а = 2,65 ма (j_а = 2100 в) дает температуру Т_а = 550 °К, который соответствует I_н = 0,808 а и j_н = 8,08 а. Следовательно критерий К = 1,17, термиор электрона Q_е = 2,43×10^-20 дж/град и количество термиантов в каждом электроне k₃ = 625. Необходимо подчеркнуть, что в опыте все измерения выполняются строго на стационарном режиме (из совместной работы с аспирантом В.Л. Бондаренко и В.И. Прилепиным). Найденная величина k₃ не является окончательной. Требуются ее дальнейшие уточнения. В принципе на число k₃ могут влиять различные факторы.

При рассматриваемой температуре катода из-за испарения вольфрамовой нити на анод переносится дополнительное количество тепла, составляющее 4 % от суммарного термического эффекта. Эта величина подсчитана по данным, приведенным в справочнике [46]. Она резко возрастает с увеличением Т_к. Поэтому опыты надо проводить при более низких температурах, когда влиянием испарения можно пренебречь. температура Т_к измерялась в опыте по изменению сопротивления вольфрамовой спирали, а также по току эмиссии [46].

Влияние беспорядочного (так называемого теплового) кинетического движения электронов в пучке на перенос теплоты от катода к аноду может быть учтено с помощью выражения

DU_бес = (3/2)kDТ(I_а/е^-) вт, (457)

где k - постоянная Больцмана, дж/град.

В условиях рассмотренного выше опыта величина DU_бес составляет всего 0,1 % от суммарного термического эффекта, следовательно, ею вполне можно пренебречь. С уменьшением тока I_а погрешность эксперимента, вызванная энергией DU_бес, падает.

Как видим, термическая степень свободы электрона проявляет себя настолько сильно, что ее нельзя не заметить даже в самом грубом опыте. Например, в работе [16] термический эффект был обнаружен посредством облучения небольшого анода пучком, энергия которого изменялась благодаря повышению либо разности потенциалов, либо тока на одну и ту же величину (в %). Во втором случае нагрев анода был больше из-за повышенного содержания структурных термиантов в пучке.

В связи с этим надо подчеркнуть различие, существующее между основными (структурными) термиантами, входящими в состав элансора и определяемыми формулами (373), (374), (377) и (380), а также экранированными, число которых определяется формулой (184). Структурные термианты, подобно электриантам, остаются в элансоре постоянно, при силовом взаимодействии с термическим нанополем они разгоняют или замедляют элансор. Экранированные термианты участвуют в эффекте диссипации, они изменяют активность (интенсиал) любой данной степени свободы элансора при его силовом взаимодействии с соответствующим нанополем.

Полученный экспериментальный результат является специфическим, его нельзя объяснить никакой другой теорией, кроме общей. Он подтверждает выводы общей теории о существовании термиора, термического нанополя, термической степени свободы у электрона и т.д.

Любопытно сравнить термическое и кинетическое (гравитационное) нанополя. В условиях опыта влиянием гравитационного нанополя можно пренебречь. Однако в других условиях эти нанополя могут соперничать друг с другом. Например, при оценке количественной стороны эффекта Золднера (1801), который впервые обнаружил притяжение фотонов к Солнцу, а следовательно, и гравитационное красное смещение, надо, помимо гравитационной, учитывать термическую, а также все остальные степени свободы фотона – формула (377). Тогда расчет силы притяжения или отталкивания даст точные результаты.

В связи с обсуждаемым опытом возникает следующий интересный вопрос. Согласно общей теории, разгон тела нанополем сопровождается одноаременным поглощением и выделением экранированных термиантов в равных количествах. Поглощение термиантов есть эффект минус-трения, связанный с кинетической степенью свободы, а выделение – эффект плюс-трения, обусловленный действием данной степени свободы, которая сопряжена с нанополем. Это относится к любому нанополю, включая кинетическое (гравитационное) - § 21, и к любому телу, в том числе микроскопическому, макроскопическому и т.д. При торможении тела направление процессов изменяется на обратное, но общий баланс термиантов по-прежнему сохраняется нулевым. Вопрос заключается вот в чем: происходит ли процесс переизлучения термиантов внутри тела, либо одни фотоны поглощаются, а другие излучаются с участием внешней среды? На этот вопрос может ответить, например, эксперимент, в котором при разгоне тела фиксируется его масса. Если масса изменяется, то этим подтвердится второй вариант ответа, ибо в общем случае масса поглощаемых и излучаемых фотонов не равны между собой. Можно также попытаться непосредственно измерить излучение соударяющихся тел.