Cơ chế vô hình

Cơ chế vô hình

L.ASHKINAZI

Tuân thủ pháp luật

Mọi thứ chúng ta thấy xung quanh đều tuân theo các định luật cơ học. Bạn có thể dễ dàng kể tên nhiều ví dụ và theo khóa học vật lý ở trường, những ví dụ này có thể được chia thành nhiều nhóm. Liên quan đến chuyển động – thiên thể và phương tiện; có va chạm - trong công nghệ và thể thao; với sự cân bằng – trong thể thao, công nghệ, xây dựng; cũng như sức mạnh và độ cứng của sự vật và kết cấu. Chúng ta thấy tất cả những điều này xung quanh chúng ta. Nhưng những gì chúng ta không thấy cũng hoạt động theo các định luật cơ học - lực và ứng suất cơ học trong vật liệu của cánh tuabin động cơ máy bay và trong ổ cứng máy tính đều được mô tả bằng những công thức giống nhau. Bạn có thể dễ dàng ước tính các điện áp này nếu bạn được cung cấp tất cả các thông số cần thiết (nhân tiện, cái gì?). Nhưng một vật quay nhanh và do đó phải chịu tác dụng của các lực tạo ra những gia tốc cần thiết không phải là tất cả. Máu trong mạch, không khí trong phổi - tất cả những thứ này chuyển động dưới tác động của các lực tương ứng. Và các tế bào riêng lẻ cũng di chuyển bên trong cơ thể chúng ta. Hơn nữa, vi khuẩn có một số cơ chế di chuyển và chúng vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Bài báo tương tự sẽ nói về ứng dụng của cơ học trong nhiều loại thiết bị điện tử - trong máy đếm Geiger, trong cơ điện tử, trong ống điện tử công suất cao, trong kính hiển vi điện tử truyền qua và kính hiển vi quét đường hầm, cũng như trong các thiết bị chưa được phát minh ra tên. Hơn nữa, người ta sẽ nói không chỉ rằng các chi tiết nên được

DOI: https://doi.org/10.4213/kvant20181102

lâu bền, nhưng về điều gì đó thú vị hơn và ít rõ ràng hơn.

Máy đếm Geiger

Bạn biết nguyên lý hoạt động của thiết bị này từ sách giáo khoa. Trong trường hợp này, điều quan trọng đối với chúng ta là áp suất khí bên trong nhỏ hơn đáng kể so với áp suất khí quyển, do đó có một lực tác dụng lên thành đồng hồ. Các bức tường không cản trở neutron và bức xạ J, nhưng nếu chúng ta muốn thiết bị phản ứng với các hạt E có năng lượng tương đối thấp và với các hạt D, thì phải tạo một cửa sổ ở đâu đó để cho chúng đi qua và nó phải mỏng. Hãy thử ước tính độ dày có thể có của một cửa sổ như vậy. Nếu áp suất khí quyển là p và đường kính của cửa sổ là d thì lực tác dụng lên cửa sổ là $p S d^{2} 4$. Ta lấy độ dày của cửa sổ bằng h và giả sử lực tác dụng lên mặt cắt ngang lớn nhất của vật liệu làm cửa sổ, bằng S dh. Khi đó, ứng suất trong vật liệu là pd 4 h và giá trị độ dày tối thiểu cho phép là h pd 4 V, trong đó V là ứng suất cơ học tối đa cho phép trong vật liệu cửa sổ. Giả sử p = 0,1 MPa, d = 1 cm, V = 0,3 GPa thì ta tìm được h = 1 µm. Sức mạnh ở đây được lấy từ berili và mica, từ đó cửa sổ thường được làm ra. Có thể làm cửa sổ dày 1 micron, nhưng nó sẽ hoạt động “đến giới hạn” và độ tin cậy của thiết bị sẽ trở nên thấp đến mức không thể chấp nhận được. Do đó, cửa sổ được làm dày vài micron. Ảnh 1 và 2 cho thấy hai quầy Geiger - một có cửa sổ berili và một có cửa sổ mica. Vì mica trong suốt nên một nút được đặt trên cửa sổ để hiển thị sự hiện diện của cửa sổ. Trong trường hợp này, tính chất cơ học của vật liệu cửa sổ quyết định trực tiếp đến khả năng của thiết bị. Vật liệu cửa sổ càng chắc chắn thì càng có thể

11

CƠ KHÍ

VÔ HÌNH

Cửa sổ năng lượng

Ảnh 1. Máy đếm Geiger với cửa sổ berili

Các thiết bị chân không điện tử khuếch đại hoặc tạo ra sóng điện từ có chân không bên trong chúng để các electron có thể chuyển động tự do. Và có một bầu không khí bên ngoài. Điều này có nghĩa là chúng ta lại cần một cửa sổ có thể chịu được chênh lệch áp suất và truyền sóng điện từ. Trong trường hợp này, vấn đề được giảm bớt bởi thực tế là trong một chất điện môi tốt, các sóng có bước sóng cỡ centimet trở lên (và đây là tất cả các thông tin liên lạc, truyền hình, radar) bị suy giảm yếu, do đó cửa sổ có thể dày hơn. Tuy nhiên, sự phản xạ xảy ra ở ranh giới điện môi - một phần năng lượng được trả lại cho thiết bị. Ngày xưa mica được sử dụng làm nguyên liệu để “xuất năng lượng” (ảnh 3), bây giờ

Ảnh 3. Thiết bị chân không điện tử có cửa sổ mica

Ảnh 2. Bộ đếm Geiger có cửa sổ mica phải lớn hơn - điều này làm tăng độ nhạy của thiết bị hoặc mỏng hơn - điều này mở rộng phạm vi năng lượng của các hạt được phát hiện về phía năng lượng thấp hơn. Bởi vì năng lượng càng thấp thì độ sâu thâm nhập của hạt vào vật liệu càng nhỏ. Chúng ta sẽ sớm gặp phải vấn đề này – trong kính hiển vi điện tử. Bây giờ chúng ta hãy quay trở lại với cửa sổ.

đây thường là gốm (ảnh 4). Một hình dạng gốm kéo dài dọc theo ống dẫn sóng (vật trên cùng trong ảnh 4) được sử dụng để giảm sự phản xạ của sóng điện từ. Nhân tiện, về thực tế là “có một bầu không khí bên ngoài.” Khi các chuyến bay vào vũ trụ bắt đầu, một số người thở phào nhẹ nhõm - vấn đề tạo chân không trong các thiết bị điện tử và khai thác năng lượng đã được giải quyết! Nhưng không: hóa ra là thế

12

KVANT 2018/№11

Ảnh 4. Thiết bị chân không điện tử có cửa sổ bằng gốm, độ chân không trong không gian gần kém hơn nhiều so với độ chân không trong một thiết bị điện tử (từ $10^{7}$ đến $10^{15}$ atm), và thiết bị vẫn cần một hình trụ. Không có gì đáng nói về Mặt trăng và Sao Hỏa - ​​bụi bay quanh Mặt trăng do các thiên thạch vi mô chạm vào bề mặt của nó và bạn biết điều gì xảy ra trên Sao Hỏa. Hoặc tìm trong sách giáo khoa hoặc trên Internet. Vì vậy, thiết bị chân không sạch sẽ như không gian sâu thẳm.

Lại là một cửa sổ - dành cho kính hiển vi

Trong kính hiển vi điện tử truyền qua, chùm tia điện tử phải truyền đi mà không bị tán xạ, do đó thiết bị cần có chân không. Và chùm tia phải xuyên qua mẫu của chúng ta - do đó mẫu phải mỏng. Hơn nữa, mẫu không được làm hỏng chân không và chân không không được làm hỏng mẫu. Vấn đề đầu tiên có thể được giải quyết dễ dàng: mẫu có kích thước nhỏ và những gì nó giải phóng sẽ được bơm ra ngoài bằng máy bơm kính hiển vi, nhưng vấn đề thứ hai phức tạp hơn. Do đó, không thể chỉ kiểm tra các vật thể sinh học, chẳng hạn như tế bào sống, bằng kính hiển vi điện tử - nước bay hơi ngay lập tức và tế bào chết.

Tuy nhiên, chúng tôi sẽ không đề cập đến sinh học mà sẽ chuyển sự chú ý sang máy tính, bộ định tuyến, máy ảnh, điện thoại thông minh và các thiết bị tiện ích khác. Tất cả đều có nguồn năng lượng - pin hoặc ắc quy. Không cần phải cho bạn biết làm thế nào và tại sao việc cung cấp năng lượng lại quan trọng - bất kỳ ai đang khẩn trương tìm kiếm nơi nào đó để cắm bộ sạc đều biết điều này. Vì vậy, nghiên cứu trong lĩnh vực cải thiện các thông số của pin đang được tiến hành. Ví dụ, điều rất quan trọng là phải hiểu cấu trúc vật liệu của nó thay đổi như thế nào trong quá trình sạc và xả pin. Một bài toán không hề tầm thường nảy sinh: làm cho pin dày micron để chùm tia xuyên qua nó. Nhưng đó không phải là tất cả - pin có chứa chất điện phân và trong chân không, nó (giống như chất lỏng từ tế bào) sẽ bay hơi ngay lập tức và pin (như tế bào) sẽ chết. Lời giải được tìm thấy bởi một nhóm do A.M. Abakumov (MSU, Skoltech) - trong thiết bị của họ, một chùm tia điện tử truyền qua cửa sổ dày một phần micron, được làm bằng hợp chất $Si_{3} N_{4}$. Lực hãm của các electron trong chất rắn phụ thuộc vào nồng độ electron của nó trong đó nên khoảng cách càng lớn thì số nguyên tử của các nguyên tố tạo nên rào cản càng thấp. Lưu ý rằng Si, N, Be và mica được làm từ gì, thường là muscovite $KAl_{2} > AlSi_{3} O_{10}$ @ $OH_{2}$, đều nằm ở đầu Bảng tuần hoàn. Tất nhiên, điều quan trọng là liệu có thể tạo ra một tấm micron từ vật liệu như vậy hay không, độ bền của nó sẽ như thế nào và làm thế nào để kết nối nó với phần còn lại của cơ thể. So với máy đếm Geiger, trong trường hợp kính hiển vi điện tử, vấn đề được giảm bớt đôi chút do độ nhạy của phương pháp không phụ thuộc vào diện tích của cửa sổ, do đó cửa sổ có thể được làm nhỏ hơn. Tuy nhiên, mặt khác, trong máy đếm, điều quan trọng là hạt phải đơn giản đi vào bên trong và trong kính hiển vi, điều quan trọng là chùm tia điện tử không bị tán xạ trong vật liệu cửa sổ.

Giải phóng electron

Phạm vi của một electron trong một chất phụ thuộc vào số lượng electron gặp phải trên đường đi. Nhưng nó không chỉ phụ thuộc vào nguyên tử

13

CƠ KHÍ

số lượng các nguyên tố cũng như nồng độ của các nguyên tử trong không gian. Do đó, trong khí quyển, tức là trong chất khí, phạm vi điện tử phải tương đối lớn. Thật vậy, trong không khí ở điều kiện bình thường và ở năng lượng electron 20 keV, phạm vi hoạt động của chúng là khoảng 2 cm và ở năng lượng 20 MeV - 100 m. Dải năng lượng này gần tương ứng với năng lượng của các electron trong phân rã E. Việc các electron có thể di chuyển những khoảng cách đáng kể trong không khí cho thấy khả năng sử dụng chúng để bắt đầu các phản ứng hóa học, để xử lý vật liệu, để hàn, v.v. Thật vậy, những khả năng như vậy có tồn tại. Tuy nhiên, để sử dụng chúng, trước tiên bạn phải tách các electron ra khỏi các thành phần khác của chất, sau đó tăng tốc chúng, tức là cung cấp năng lượng cho chúng. Electron có thể thu được thông qua phát xạ nhiệt hoặc phát xạ trường (chúng ta sẽ nói đến vấn đề này sau) từ chất rắn hoặc chất lỏng, hoặc chúng có thể được tách ra khỏi plasma của chất phóng điện khí. Việc tăng tốc các electron trong chân không là điều thuận tiện, nhưng vấn đề giải phóng dòng electron vào khí quyển ngay lập tức nảy sinh. Đương nhiên, chùm tia được giải phóng qua lá titan (Ti) dày từ 10 micron trở lên. Vì chùm tia ban đầu được gia tốc đến mức năng lượng hàng trăm kilovolt nên phạm vi hoạt động của nó trong titan vào khoảng hàng trăm micron, do đó lá kim loại dày hàng chục micron sẽ chặn một phần chùm tia và nóng lên, nhưng phần lớn chùm tia sẽ đi qua lá kim loại. Việc sử dụng titan, chứ không phải berili, là do có sẵn lá titan - nó rẻ hơn nhiều. Và điều gì sẽ xảy ra khi bạn cố gắng truyền một dòng điện tử qua mica, mặc dù thực tế là mica vẫn chặn một số điện tử, hãy tự suy nghĩ. Bây giờ, chúng ta hãy chuyển sang kính hiển vi - nhưng với những cái khác.

Có bao nhiêu nguyên tử có thể nằm gọn trên đầu một chiếc kim?

Nếu chúng tôi hỏi bạn kính hiển vi là gì, bạn sẽ trả lời rằng đó là thứ mà qua đó chúng ta nhìn thấy một vật nhỏ,

VÔ HÌNH

mà không thể được nhìn thấy khác. Điều này đúng, nhưng chúng ta nhận được thông tin không chỉ qua thị giác, tại sao kính hiển vi lại bị phân biệt đối xử theo nghĩa này? Điều gì sẽ xảy ra nếu anh ta cho chúng ta biết một số thông tin về một vật thể nhỏ không ở dạng tín hiệu quang học? Hạn chế chỉ gắn liền với truyền thống, chúng ta đã quen với việc “nhìn thấy” các vật thể - vị trí, hình dạng, địa hình bề mặt và các đặc tính “quang học” của chúng, tức là màu sắc, độ phản xạ, độ bóng, v.v. Các thông số được liệt kê không độc lập, chúng có liên quan một cách phức tạp và thú vị; ví dụ, hãy nghĩ xem “tỏa sáng” là gì và nó phụ thuộc vào điều gì. Nhưng bây giờ có một điều khác rất quan trọng đối với chúng ta: cho dù kính hiển vi nhận được thông tin về vật thể bằng cách nào thì nó cũng phải thể hiện thông tin đó dưới dạng một bức tranh mà chúng ta nhìn vào. Hình ảnh này phẳng nhưng thường tạo ra hình ảnh ba chiều trong não chúng ta; Cũng có thể sử dụng kính hiển vi để tạo ra hình ảnh ba chiều thực sự. Nhưng ở giai đoạn, như người ta nói, “hình dung”, chúng ta cần xem xét kỹ hơn. Bởi vì những gì kính hiển vi cho chúng ta thấy, cụ thể là vị trí, hình dạng, bề mặt của một vật thể, không phải lúc nào cũng là những gì chúng ta thấy nếu vật đó được phóng đại lên một triệu hay một tỷ lần. Ví dụ, vì trong phạm vi nanomet, ý nghĩa của các khái niệm “hình dạng” và “bề mặt” thay đổi, còn các khái niệm “màu sắc” và “độ sáng” hoàn toàn biến mất. Ngay cả khi một chiếc kính hiển vi điện tử quen thuộc (một người đã làm việc với nó từ năm 1931) cho chúng ta xem một bức ảnh, chúng ta phải hiểu và ghi nhớ cách anh ta thu được và biến đổi nó. (Nếu chúng ta muốn hiểu điều gì đó, chứ không chỉ ồ và à.) Về nguyên tắc, máy chiếu ion là một thứ đơn giản. Hãy đặt một cây kim kim loại trong chân không và đặt điện áp cao vào nó. Ở gần đầu, cường độ trường sao cho các nguyên tử khí còn lại trong chân không bị ion hóa và các ion được trường gia tốc, bay đến màn phát quang và tạo ra hình ảnh. Sự ion hóa xảy ra thường xuyên hơn, cường độ trường càng cao và càng cao ở gần các nguyên tử riêng lẻ nhô ra khỏi phần còn lại.

14

KVANT 2018/№11

Ảnh 5. Lưới kim loại trong hình ảnh nguyên tử của một riya. Vì vậy, trên màn hình chúng ta có hình ảnh của một mạng kim loại có độ phân giải nguyên tử (ảnh 5). Nhưng điều quan trọng cần nhớ là trong trường hợp này chúng ta không thấy mật độ nguyên tử mà là mật độ electron. Và chúng ta cũng không được quên định luật Coulomb và độ bền của mạng tinh thể - lực tương ứng có thể xé từng nguyên tử ra khỏi kim (“bay hơi trường”) hoặc phá hủy kim. Trong quá trình xảy ra sự cố chân không và chúng ta sẽ nói về nó ngay bây giờ, đây chính xác là những gì sẽ xảy ra.

Sự cố chân không

Khi chúng ta nói về sự đánh thủng điện của chất điện môi, chúng ta muốn nói đến điều sau. Chúng tôi lấy một miếng điện môi, đặt một điện áp vào nó và bắt đầu tăng điện áp này. Không có chất điện môi lý tưởng nên xuất hiện dòng điện - ban đầu rất nhỏ. Và vì có dòng điện và điện áp nên có nghĩa là có điện. Nếu chúng ta nhân công suất theo thời gian, chúng ta sẽ thu được năng lượng, nghĩa là phải có điều gì đó xảy ra trong chất điện môi. Và quả thực, đến một lúc nào đó dòng điện tăng đột ngột thì chất điện môi không còn là chất điện môi nữa. Hơn nữa, có điều gì đó xảy ra với chính vật liệu điện môi, với chất liệu đó. Nhưng trong chân không thì không có vấn đề gì cả! Và những gì xảy ra trong quá trình chân không bị hỏng chỉ có thể xảy ra với vật liệu

điện cực. Làm thế nào vật liệu điện cực đi vào khe hở? Trên thực tế, chỉ có một cách duy nhất cho việc này - làm bay hơi và lấp đầy vật liệu điện cực khe chân không bằng hơi. Và ở cặp này xảy ra sự cố, phóng điện bốc cháy (nếu có đủ điện, hồ quang sẽ cháy), thiết bị sẽ bị phá hủy. Điều nhỏ nhặt duy nhất còn lại là hiểu được ai đang làm bay hơi vật liệu điện cực. Có hai cơ chế cho việc này. Cơ chế đầu tiên như sau. Ở cường độ trường cao, sự phát xạ trường của một trong các điện cực bắt đầu. Các electron phát ra từ nó đến điện cực đối diện và giải phóng năng lượng của chúng lên nó. Cường độ trường cao nhất ở các đầu, đó là lý do tại sao các điện cực của tụ điện chân không cao áp được đánh bóng. Cơ chế thứ hai là: điện trường xé toạc một mảnh vật liệu khỏi điện cực (vì bề mặt của nó tích điện), mảnh này bay qua khe hở, tăng tốc hết cỡ (định luật thứ hai của Newton đang hoạt động) và truyền năng lượng của nó sang một điện cực khác, sau đó nóng lên, bay hơi và phân hủy thành hơi. Vì vậy, họ cố gắng chế tạo các điện cực từ kim loại bền. Nhân tiện, tụ điện chân không không phải là tình huống duy nhất hoặc thậm chí chính khi chúng ta có chân không và điện áp cao. Điều này xảy ra ở hầu hết các thiết bị chân không điện mạnh mẽ - và điều này bao gồm thông tin liên lạc không gian, radar, công nghệ máy gia tốc và tivi… Ngay cả tokamak cũng sẽ không hoạt động nếu không có những thiết bị như vậy!

Thêm hai kính hiển vi: đường hầm quét và lực nguyên tử

Ưu điểm của hai kính hiển vi này là không cần chân không, có thể phá hủy nhiều vật thể thú vị (ví dụ như vật thể sinh học). Nếu bạn đưa một chiếc kim đến gần bề mặt của một vật thể và đặt điện áp vào nó, một dòng điện sẽ bắt đầu chạy giữa kim và bề mặt (nếu ít nhất nó là một vật dẫn kém) - cùng một dòng điện trường đôi khi bắt đầu đánh thủng chân không. Kim càng sắc thì

15

CƠ KHÍ

độ phân giải không gian cao hơn và nó có thể đạt tới một phần mười khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng! Dòng điện tạo ra phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách giữa bề mặt và kim và chúng ta có thể đo khoảng cách này với độ chính xác cao. Nhưng chính xác thì khoảng cách là bao nhiêu - chúng ta chưa chạm vào nguyên tử theo bất kỳ nghĩa nào? Đây sẽ chỉ là “khoảng cách đến các electron”, tức là chúng ta có được cấu hình mật độ electron phía trên bề mặt. Một ví dụ về silicon được hiển thị trong ảnh 6.

Ảnh 6. Hồ sơ mật độ điện tử phía trên bề mặt silicon

Tuy nhiên, như bạn đã biết, lực tác dụng giữa các nguyên tử - lực hút ở khoảng cách xa và lực đẩy ở khoảng cách ngắn. Trung bình, các nguyên tử trong phân tử nằm cách nhau một khoảng sao cho tổng các lực này bằng không. Do đó, nếu chúng ta đưa chiếc kim lên bề mặt, một lực sẽ bắt đầu tác dụng lên nó. Lực này được đo bằng sự uốn cong của “công xôn” - chùm mà kim được gắn vào. Và đây chính xác là cơ học, và nền tảng của lý thuyết uốn cong chùm tia không chỉ được đặt ra bởi bất kỳ ai mà bởi Euler và Bernoulli vào thế kỷ 17-18. Lưu ý rằng kính hiển vi lực nguyên tử của thế kỷ 21 hoạt động tinh vi hơn. Chúng tiếp cận bề mặt, rung nhẹ và các thông số của những rung động này bị ảnh hưởng bởi các lực tác động lên kim tiến về phía bề mặt… Đây là cơ học hiện đại đi đầu trong khoa học bề mặt, như ngày nay có thể nói là thời thượng - khoa học nano. Chúng ta sẽ nói về họ sau.

VÔ HÌNH

Cơ điện tử

Làm thế nào để chúng ta đo lường chuyển động? Và nó phụ thuộc vào cái nào và với độ chính xác như thế nào. Nhưng trước hết, người ta nghĩ đến các dụng cụ đo cơ và quang học - thước dây, thước kẻ, máy đo khoảng cách laser, giao thoa kế. Việc xử lý kết quả đo hiện nay được thực hiện khá thường xuyên bằng máy tính và để truyền kết quả đo đến máy tính, trước tiên bạn phải nhận kết quả đo dưới dạng tín hiệu điện, sau đó chuyển đổi sang dạng số. Thứ hai là một điều thành thạo; các thiết bị tương ứng được gọi là bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Làm thế nào bạn có thể khiến chuyển động của một vật phản ứng lại bằng tín hiệu điện? Một phương án là di chuyển lõi sắt từ, làm thay đổi độ tự cảm của cuộn dây, phương án còn lại là di chuyển tấm tụ điện, thay đổi điện dung. Hơn nữa, điện cảm và điện dung có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau, ví dụ như thông qua điện kháng hoặc tần số cộng hưởng của mạch điện (công thức Thomson). Nhưng có một cách khác ít phổ biến hơn - di chuyển cực dương của ống chân không. Trong trường hợp này, các tham số của nó thay đổi, ví dụ, dòng điện anode ở một mức nhất định

Ảnh 7. Cơ điện tử

16

KVANT 2018/№11

điện áp anode định mức. Đèn tương ứng được gọi là “mechanotron” (ảnh 7), ống trụ thủy tinh của nó được hàn vào khung kim loại, màng được hàn vào khung (cạnh của nó có thể nhìn thấy trong hình) và cực dương được gắn vào bên trong màng. Khi màng được ép, cực dương sẽ di chuyển. Các thông số của đèn với vai trò là bộ chuyển đổi lực thành dòng điện phụ thuộc vào độ cứng của màng, nhưng với tư cách là bộ chuyển đổi độ dịch chuyển sang dòng điện thì không. Bạn có hiểu tại sao lại như vậy không?

Động cơ đồng vị

Một trong những nguồn điện kỳ ​​lạ là pin đồng vị. Tùy chọn đơn giản nhất là một tụ điện trong chân không, kết luận được rút ra từ các tấm của nó và đồng vị hoạt tính điện tử được áp dụng cho một trong các tấm. Các electron bay ra ngoài, chạm vào tấm đối diện và quay trở lại qua tải. Điều gì xảy ra nếu tải không được kết nối? Hãy tưởng tượng một tình huống không có tải trọng bên ngoài nhưng một trong các tấm được chế tạo linh hoạt. Sau đó, khi điện tích trên nó tăng lên, tấm này sẽ bắt đầu uốn cong và nếu nó chạm vào một tấm khác, tụ điện sẽ phóng điện, tấm này sẽ thẳng lại và mọi thứ sẽ bắt đầu lại từ đầu. Các thông số của một động cơ như vậy tất nhiên phụ thuộc vào năng lượng của các electron và dòng điện của chúng, vào hình dạng của hệ thống (kích thước tấm và khe hở) và các thông số vật liệu (mô đun Young). Bạn có thể cố gắng giải quyết bài toán này một cách thoải mái. Rất có thể một ngày nào đó những động cơ vi mô hay nói đúng hơn là động cơ nano sẽ được sử dụng. Hơn nữa, các ý tưởng bắt đầu xuất hiện về việc sử dụng những chuyển động này để tạo ra điện - ví dụ, bằng cách chế tạo một tấm sắt điện. Tuy nhiên, pin đồng vị thông thường đã là một nguồn điện.

Nano: điện tử và ma sát

Các định luật vật lý đều giống nhau ở mọi cấp độ - từ khoảng cách giữa các nguyên tử trong một vật thể rắn đến khoảng cách giữa các thiên hà trên đầu chúng ta. Nhưng họ thể hiện bản thân theo những cách khác nhau. Và điều chúng ta thường không chú ý đến

sự chú ý, suy nghĩ về các quá trình xảy ra trong một vật thể rắn và khi các vật thể rắn tiếp xúc với nhau, nó trở nên có tính quyết định trong không gian - ví dụ như trọng lực. Nhưng một số thứ vẫn còn quan trọng - ví dụ, sự khuếch tán trong chất rắn và sự khuếch tán bức xạ trong các ngôi sao. Đúng, đây là sự lan truyền của một thứ khác… Khi bước vào thế giới khoảng cách nano, chúng ta không được quên cơ học, nhưng vai trò tương đối của các khía cạnh khác nhau của nó có thể thay đổi. Ví dụ đơn giản nhất: thể tích của một vật phụ thuộc vào kích thước tuyến tính của nó trong hình lập phương và bề mặt của nó trong hình vuông, do đó vai trò của các hiệu ứng bề mặt, chẳng hạn như ma sát, sẽ tăng lên. Và nói chung, những điều kỳ lạ bắt đầu xảy ra: các bề mặt không tích điện bị hút, âm thanh truyền qua chân không, nếu không thì nhiệt được truyền, phát sinh ma sát không tiếp xúc… Nhưng đừng vội vứt sách giáo khoa đi học. Tất cả điều này chỉ trở nên quan trọng ở những khoảng cách tương đương với khoảng cách giữa các nguyên tử và chỉ khi bạn tham gia vào Vật lý nghiêm túc.

Có một học sinh tiên tiến ở đây…

…người dành cả ngày mà không buông bỏ bộ mã hóa Kỳ thi Thống nhất và dành cả đêm để say mê với khóa học vật lý ở trường đại học, sẽ hỏi: tại sao tôi cần đọc cái này? Tôi đã biết tất cả những điều này. Chà, hầu hết mọi thứ… Có hai đáp số cho điều này - một là xúc phạm, và một là chính xác. Tấn công đáp số ở đây: đối với bạn, có vẻ như bạn đã biết. Và giáo viên sẽ hỏi hai hoặc ba câu hỏi, và chính bạn sẽ hiểu rằng khả năng đưa mắt thông minh và gật đầu đúng chỗ không phải là kiến ​​​​thức. Đáp số về cơ bản là thế này: cái này do tôi viết và bạn đọc để bạn hiểu - thế giới không được chia thành cơ học, nhiệt động lực học, điện và những thứ còn lại trong danh sách. Bạn cần biết mọi thứ về vật lý. Chính xác hơn - toàn bộ chiều rộng và chiều sâu - trong giới hạn của một trường học, sau đó là một khóa học đại học nghiêm túc. Và các thiết bị điện tử không phải là điều tồi tệ nhất. Nghiên cứu về các hạt cơ bản và hành vi của các ngôi sao và thiên hà - Newton cũng đề cập đến lĩnh vực đó. Ngay từ thế kỷ 17 của nó.