Ход урока

К.Г. Паустовский

1. Организационный момент.

2. Словарная работа.

Нравственный - относящийся к нормам поведения человека в обществе; относящийся к внутренней, духовной жизни человека.

Зарубка - отметка рубящим орудием на каком-либо предмете (на дереве и т.д.).

Пустельга - хищная птица из семейства соколиных; легкомысленный, пустой человек (разг. неодобр.).

Эпиграф - краткая цитата, предпосланная произведению или его части и характеризующая их основную идею.

3. Реализация домашнего задания.

4. Слово учителя.

Произведение искусства, как говорил сам Паустовский, «прозрачный, сверкающий всеми цветами спектра и крепкий как сталь, кристалл». Создатель этого кристалла - автор. Как писатель Паустовский своеобразен и самобытен. Рассказ «Телеграмма» (1946 год) даёт замечательную возможность проследить за емкостью слова писателя, сосредоточиться на авторском «я», выявляющем себя во всем многообразии взаимосвязей основных компонентов текста: в композиции в отборе и внутреннем сцеплении эпизодов, в сопоставлении характеров речи персонажей, специфике деталей, интерьера и других художественных средств. Постижение авторской позиции - дело нелёгкое, особенно если голос автора, как в «Телеграмме», почти не слышен. Наша задача на уроке - проникнуть, говоря словами В. Г. Белинского, «в тайну личности» писателя, понять своеобразие его таланта - то, что принято называть творческой индивидуальностью.

5. Сообщение специально подготовленного учащегося об истории создания рассказа.

6. Анализ рассказа.

1) Углубление восприятия произведения.

• О чем этот рассказ?

2) Композиция рассказа.

3) Работа с текстом.

Анализ пейзажа, интерьера.

• Для чего автор начинает рассказ с пейзажной зарисовки?
• Выражает ли автор прямое сочувствие героине?

Образ Катерины Петровны.

• Каково её прошлое?
• Как относятся к Катерине Петровне окружающие?

Образ Насти.

• Портрет.

• Что во внешнем облике Насти подчёркивает автор? (Русые волосы и большие холодные глаза.)

Отношение Насти к художникам.

• В мастерской Тимофеева.

• Выставка Тимофеева.

• 
  (Устраивая выставку, ходила к председателю Союза Художников; сочувствует Тимофееву; «горячилась, доказывала», «приходила в отчаяние»)
• Вспоминала ли о матери?
  («Она подумала о переполненных поездах, пересадке на узкоколейку, тряской телеге, заглохшем саде, неизбежных материнских слезах, о тягучей, ничем не скрашенной скуке сельских дней»).

• Получение телеграммы.

Чтение и анализ эпизода «Настя под хмурым небом».

Это внутренний монолог героини — кульминация центральной части рассказа. Настя переживает духовный кризис. Её горькие слёзы - это слёзы очищения. Но с просветлением души пришло и твёрдое понимание «Поздно! Маму я больше не увижу». Новым смыслом наполнилось для Насти и письмо матери, и трогательное обращение «ненаглядная моя!», и по-детски милое «мама», впервые произнесённое за последние годы.

Сопоставление Насти и «молоденькой учительницы».

Работа над эпиграфом к уроку.

• Какой смысл вкладывает в эти слова автор?
  («...не будь пустельгой» - значит не будь пустым человеком, научись отделять главное от второстепенного.)
• 
  (Открыть запись на доске: «Чти отца своего и матерь твою, да благо ти буде, и долголетен будешь на земле» (пятая заповедь Божия).)

7. Выводы. Смысл названия рассказа.

Домашнее задание.

• Как выражается авторская позиция в тексте рассказа «Телеграмма»? (Письменно.)
• 
  (По выбору учащихся)

Просмотр содержимого документа
«Тема нравственного долга в рассказе К.Г. Паустовского «Телеграмма» »

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Иркутска

средняя общеобразовательная школа №39

Тема нравственного долга в рассказе

К.Г. Паустовского «Телеграмма»

Учитель русского языка

и литературы:

Орлова Ольга Николаевна

Тема нравственного долга в рассказе К.Г. Паустовского «Телеграмма».

Цели урока:

познакомить учащихся с историей создания рассказа и его композицией, проследить за авторской позицией, определить понятие «нравственныйдолг»;

развивать мышление и речь учащихся;

воспитывать уважение к родителям, любовь к малой родине.

Ход урока

«За добро плати добром, не будь пустельгой».

К.Г. Паустовский

Организационный момент.

Запись в тетради даты и темы урока.

Словарная работа.

Нравственный – относящийся к нормам поведения человека в обществе; относящийся к внутренней, духовной жизни человека.

Зарубка – отметка рубящим орудием на каком-либо предмете (на дереве и т.д.).

Пустельга – хищная птица из семейства соколиных; легкомысленный, пустой человек (разг. неодобр.).

Эпиграф – краткая цитата, предпосланная произведению или его части и характеризующая их основную идею.

Реализация домашнего задания.

Как вы понимаете выражение «зарубки на сердце»?

Как Паустовский построил свое произведение для того, чтобы и у нас на сердце они остались? (Читали главу «Зарубки» из «Золотой розы» и сравнивали воспоминания писателя и художественный текст.)

Слово учителя.

Произведение искусства, как говорил сам Паустовский, «прозрачный, сверкающий всеми цветами спектра и крепкий как сталь, кристалл». Создатель этого кристалла – автор. Как писатель Паустовский своеобразен и самобытен. Рассказ «Телеграмма» (1946 год) даёт замечательную возможность проследить за емкостью слова писателя, сосредоточиться на авторском «я», выявляющем себя во всем многообразии взаимосвязей основных компонентов текста: в композиции в отборе и внутреннем сцеплении эпизодов, в сопоставлении характеров речи персонажей, специфике деталей, интерьера и других художественных средств. Постижение авторской позиции – дело нелёгкое, особенно если голос автора, как в «Телеграмме», почти не слышен. Наша задача на уроке – проникнуть, говоря словами В. Г. Белинского, «в тайну личности» писателя, понять своеобразие его таланта – то, что принято называть творческой индивидуальностью.

Сообщение специально подготовленного учащегося об истории создания рассказа.

Анализ рассказа.

Углубление восприятия произведения.

Каково ваше впечатление о «Телеграмме» К. Г. Паустовского?

О чем этот рассказ?

(Тема рассказа - взаимоотношения родителей и детей. Также в нем идет речь о милосердии, об ответственности человека за свои поступки, о нравственном долге детей).

Композиция рассказа.

Самостоятельная работа учащихся по группам. Определить, как построен рассказ, и выделить основные части, озаглавить каждую и подобрать эпиграфы.

Работа с текстом.

Анализ пейзажа, интерьера.

Какие мысли передает через этот пейзаж?

Почему именно «подсолнечник», а не «подсолнух», как говорят в деревне?

Как соответствует безотрадная картина внутреннему состоянию Катерины Петровны? (Философский подтекст пейзажа.)

Какие детали интерьера свидетельствуют о том, что жизнь замерла в старом доме?

За простой, внешне бесстрастной манерой повествования скрывается глубокое сострадание автора к одиноко доживающей свой век женщине.

Образ Катерины Петровны.

Какие чувства вызывает у вас Катерина Петровна?

Каково её прошлое?

Что подчеркивает Паустовский во внешнем облике героини?

Как относятся к Катерине Петровне окружающие?

Были ли у Насти серьёзные причины, чтобы не приехать к матери? Почему и как пытается Катерина Петровна оправдать дочь?

Как относятся к Катерине Петровне окружающие?

Катерина Петровна написала Насте письмо. Почему она это сделала? (Выразительное чтение письма учителем наизусть.)

Писатель приглашает нас домыслить то, что осталось в подводном течении рассказа. Женщине мог напомнить о приближении конца «облетевший, озябший» клён, который она посадила ещё «девушкой-хохотушкой», её могла испугать собственная слабость: ведь Катерина Петровна еле добрела до калитки и с величайшим трудом вернулась обратно. Да и в самом стуке, почудившемся старой женщине, есть что-то мистическое: не восприняла ли его Катерина Петровна как весть о скорой смерти?

Образ Насти.

Что во внешнем облике Насти подчёркивает автор?

(Русые волосы и большие холодные глаза.)

Отношение Насти к художникам.

В мастерской Тимофеева.

Почему Настя вздрогнула, когда увидела скульптуру Гоголя?

Какая внутренняя связь есть между эпизодом в мастерской и историей жизни Катерины Петровны?

Почему Настя так самоотверженно помогает скульптору? Она, по вашему мнению, бескорыстна? И как это сочетается с холодным безразличием к матери?

Выставка Тимофеева.

Бездушна ли, по-вашему, Настя?
(Устраивая выставку, ходила к председателю Союза Художников; сочувствует Тимофееву; «горячилась, доказывала», «приходила в отчаяние»)

Вспоминала ли о матери?
(«Она подумала о переполненных поездах, пересадке на узкоколейку, тряской телеге, заглохшем саде, неизбежных материнских слезах, о тягучей, ничем не скрашенной скуке сельских дней»).

Паустовский предостерегает нас от беспамятства и нелюбви, нас, забывающих в суете повседневности о главном.

Получение телеграммы.

Как Настя принимает телеграмму?

Почему не открыла старому художнику правду?

Поему «Настя скомкала телеграмму и нахмурилась»?

Чтение и анализ эпизода «Настя под хмурым небом».

Это внутренний монолог героини - кульминация центральной части рассказа. Настя переживает духовный кризис. Её горькие слёзы - это слёзы очищения. Но с просветлением души пришло и твёрдое понимание «Поздно! Маму я больше не увижу». Новым смыслом наполнилось для Насти и письмо матери, и трогательное обращение «ненаглядная моя!», и по-детски милое «мама», впервые произнесённое за последние годы.

Успела ли Настя приехать к живой матери?

Сопоставление Насти и «молоденькой учительницы».

Душевная чуткость учительницы контрастна Настиной глухоте.

Работа над эпиграфом к уроку.

В качестве эпиграфа выбраны слова Тихона, сказанные Манюшке. Почему они сказаны именно ей?

Какую библейскую заповедь нарушает Настя?
(Открыть запись на доске: «Чти отца своего и матерь твою, да благо ти буде, и долголетен будешь на земле» (пятая заповедь Божия).)

Какие факты свидетельствуют о том, что совесть Насти всё же пробудилась?

Выводы. Смысл названия рассказа.

Телеграммы посылают в исключительных ситуациях, когда сообщение нужно передать немедленно. С телеграммой связано чувство тревоги, ожидание беды. В рассказе обе телеграммы отправлены Тихоном, который любит, жалеет Катерину Петровну, пытается поддержать её в одиночестве, старости. Обе телеграммы до конца не выполняют своего назначения: Катерина Петровна догадывается, кто составлял телеграмму; Настя не успевает повидаться с матерью, попросить у неё прощения. Не забывайте о самых близких, самых родных, которые так нуждаются в вас, а то может оказаться поздно.

Домашнее задание.

Написать сочинение «Поступок, за который я себя осуждаю».
(По выбору учащихся)

12.01.2015 5906 824

Милосердие и доброта облагораживают, украшают человека, делают его счастливым.

Цель: дать представление о К.Г.Паустовском как о человеке и писателе, познакомить с творчеством замечательного художника слова; дать характеристику героев; раскрыть основную мысль рассказа; совершенствование логического мышления и умения работы над художественным текстом; воспитание доброты, нравственности, милосердию; привить любовь к близким, помнить о великом долге перед матерью; воспитание в детях человечности, милосердия, умения прийти на помощь нуждающимся в ней, стремления быть благородным в жизни;

Оборудование: « Литература в школе» 1996 -6; «Уроки литературы» 2004 -3; «Мегариф» 2005 – 11; Виль Казыханов «Уроки нравственности» -2004; Крамской «Неизвестная»; текст рассказа «Телеграмма»; портреты писателя; иллюстрации; стихи о маме; фрагмент из кинофильма В.Шукшина «Калина красная»;

Записи на доске: слова –антонимы:

Милосердие

Доброта бессердечность

Чуткость жестокость

Верность бездушие

Отзывчивость черствость

Преданность неблагодарность

Щедрость души равнодушие

Душевность

Добросердечность

Бескорыстие

Совесть стыд

Высказывания известных людей.

- Никогда не делайте того, за что вам придется казнить себя. Кант.

- Кто творит добро, тот и процветает. Кант.

- Человек живет на земле не для того, чтобы стать богатым, а для того, чтобы быть счастливым. Стендаль.

- Заботясь о счастье других, мы находим свое собственное. Платон.

- Есть только один способ положить конец злу – делать добро злым людям. Л.Толстой.

- Добрых людей на свете, было, есть и будет всегда больше, чем плохих и злых. В.Астафьев.

- Тот, кто не делает добро, когда имеет возможность делать его, будет страдать. Саадин.

- Человек, который думает только о себе и ищет во всем выгоды, не может быть счастлив.

Сенека.

- Зорко следите за юными всходами зла и добра, восхищения и зависти. Будьте красивыми, сильными, добрыми, зависть и зло вырывайте без жалости. О.Фонеко.

- Когда одна свеча зажигает другую и одной свечой зажигаются тысячи, так и одно сердце зажигает другое, и зажигаются тысячи. Л.Н.Толстой.

- Делая добро другим, вы помогаете себе.

- Самое большое счастье в жизни – это уверенность в том, что тебя любят. Гюго.

- Счастье – ощущение собственной нужности. Хемингуэй.

- Добродетель развивается последствием дел, а не болтовни. Я.Коменский.

- За добро плати добром. К.Паустовский.

- Есть на свете прекраснейшее существо, у которого мы всегда в долгу, - это мать.

М.Горький.

Немало встречается злого

В любой человечьей судьбе,

А скажут лишь доброе слово –

И легче на сердце тебе.

Но доброе слово такое

Не каждый умеет найти,

Чтоб справиться другу с тоскою,

Невзгоды осилить в пути.

Нет доброго слова дороже,

Заветного слова того,

Но редко, друзья мои, все же

Мы вслух произносим его. Шехтер.

Любили тебя без особых причин

За то, что ты – внук,

За то, что ты – сын,

За то, что малыш,

За то, что растешь,

За то, что на маму и папу похож.

И эта любовь до конца твоих дней

Останется тайной опорой твоей. В.Берестов

Ход урока:

Слово учителя.

Быть всегда нужным людям, чувствовать веление времени – большое счастье для художника. Оно в полной мере выпало на долю известного писателя Константина Георгиевича Паустовского. В этом году весной ему исполнится 115 лет.

Деятельность его разнообразна: он – автор романов, повестей, рассказов; он – драматург, критик, публицист. Его книги - яркие, романтичные – читаются охотно, с увлечением. Они учат нас любить природу, Родину, искусство, человека. Писатель открывает читателю глаза на красоты в повседневной жизни и в шедеврах, помогает найти ответы на вечные вопросы.

Писателя всегда интересовала жизнь замечательных людей. Он с удовольствием писал очерки и рассказы об известных людях – о Гоголе, о Грине, Чехове, Блоке, Лермонтове.

Читая его книги, мы не можем ощущать и обаяние личности писателя, его бескорыстие, честность, принципиальность. Это неслучайно: Паустовский – человек, «создавший себя», его жизнь может служить примером редкой целеустремленности, благородства и преданности своему делу.

Биография К.Паустовского. (сообщение ученика)

Константин Георгиевич Паустовский родился в Москве 31 мая 1892 года в семье железнодорожного статистика.

Отец был из запорожских казаков, а бабка со стороны отца была турчанка.

Несмотря на профессию статистика, которая требовала трезвого взгляда на жизнь, отец Паустовского был мечтателем. И поэтому не мог долго засиживаться на одном месте. После Москвы они переехали в Вильно, потом в Псков и,наконец, надолго засели в Киеве.

Мать писателя была женщиной властной и суровой.

Семья была большая, склонная к занятиям к искусству, много пели, играли на рояле, спорили, любили театр.

Мальчик начал учиться в 1 классической гимназии, где учился на год старше писатель М.Булгаков, автор романа «Мастер и Маргарита». Но когда он перешел в 6 класс, их семья распалась и ему пришлось самому зарабатывать на жизнь и на учение. Перебивался репетиторством.

В 1911 году в последнем классе он написал первый рассказ и напечатал в литературном журнале «Огни». А свои первые стихотворения Паустовский отправлял Бунину. И.

После окончания гимназии он пробыл 2 года в Киевском университете, а затем перевелся в Московский.

В начале первой мировой войны работал кондуктором в трамвае, затем санитаром на санитарных поездах

Однажды в отряде ему попался обрывок газеты, где он узнал, что в один и тот же день были убиты на разных фронтах оба его брата. Он вернулся к матери – она жила в Москве, но долго просидеть на месте не смог и начал скитальческую жизнь.: уехал в Екатеринослав и работал на металлургическом заводе. Затем в Новороссийск, а оттуда в Таганрог. В свободное время начал писать роман «Романтики».

Во время февральской революции вернулся в Москву и начал работать журналистом, здесь же стал свидетелем и революции 1917 года.

И снова его завертело. Он уехал с матерью на Украину, в Киев, затем в Одессу. Там он впервые попал в среду писателей – Ильфа, Багрицкого, Бабеля, Юрий Олеша.

Паустовский очень любил путешествовать, во время них он знакомился с интересными людьми, видел мир, народы – и все это помогало ему в работе над произведениями. Писатель побывал в Батуми, Тифлисе, в Армении, в Персии. Изъездил всю Украину и Кавказ, Волгу, Оку, Каму, был в Средней Азии, на Алтае, в Сибири, в Михайловском- на родине Пушкина, В Эстонии, в Литве, в Белоруссии и Чехословакии. В 1956 году плавал вокруг Европы и побывал в Стамбуле, Афинах, Риме, Париже…

Во время 2 мировой войны был военным корреспондентом.

В своих воспоминаниях он говорил так: «…моя писательская жизнь началась с желания все знать, все видеть и путешествовать».

Произведения писателя переведены на многие языки мира. В музее Паустовского в Москве, над последней его фотографией запись: «Мы жили на этой земле. Не отдавайте ее в руки опустошителям, пошляков и невежд». Эта запись звучит как напоминание, как завет потомкам, точнее, нам.

Слово учителя.

Паустовский часто писал о людях простых и безвестных, о которых мы читаем с волнением, хотя в произведениях нет острого сюжета, захватывающего происшествия. В чем же дело? Может в любви к людям? Может в умении остановиться и внимательно всмотреться в то, что тебя окружает?

Сегодня мы с вами обсудим произведение Паустовского «Телеграмма». Дома вы должны были прочитать этот рассказ. Я попрошу вас кратко изложить его.

Краткое содержание рассказа «Телеграмма».

Слово учителя.

Вот видите, никакого захватывающего сюжета, но ИНТЕРЕСНО.

- Как начинается рассказ? Его эмоциональный фон. Природа и Катерина. Описание природы – осень

- Расскажите о жизни Катерины Петровны.

- Как передается одиночество Катерины Петровны?

- Как чувствовала себя она в последнее время?

- Прочитайте письмо Катерины Петровны, кому оно адресовано? Что вас удивило в письме?

- Кто же такая Настя? Опишите ее внешность. («холодные глаза»)

- Можно назвать Настю черствой, бессердечной, неблагодарной?

- по отношению к матери;

- а ее участие в судьбе художника Тимофеева?

- Почему, когда говорится о Катерине Петровне, писатель показывает пейзаж, а когда о Насте, никакого пейзажа мы не встречаем?

- Катерина Петровна осуждала свою дочь?

- почему писатель использует именно картину Крамского «Неизвестная»?

Эта картина напоминает о жизни Катерины Петровны, когда она была молодой, веселой. Таких неизвестных, одиноких матерей очень много.

- Так о ком же должна была подумать, прежде всего, Настя?

- Какие причины она придумывала, чтобы не поехать к матери?

- Почему дважды в рассказе появляется скульптура Гоголя?

- Осознала ли Настя ошибку?

- Какую библейскую заповедь нарушила Настя?

«Чти отца своего и матерь твою, да благо ти будет, и долголетен будеши на земле». (5 заповедь Божия).

- Что означают имена Катерина и Настя?

Катерина (греч.) – чистая, Настя (греч.) – воскресающая.

- Писатель знакомит нас в конце рассказа с молоденькой учительницей. Почему?

- А еще, каких людей мы встретили в рассказе?

- Скажите, ложь во имя спасения допустима?

- Какой урок нравственности преподал девочке Тихон?

- Ребята, а все-таки, что дороже: карьера или семья, мама?

- В вашем сердце, какие зарубки оставил этот рассказ?

- Как вы думаете: больше добрых или жестоких людей?

Вывод:

Надеюсь, талант Паустовского задел ваши сердца, и вы посмотрите на себя со стороны и подумайте: а я не пустельга?

- Какой же вывод вы сделали из этого урока? Что поняли? Что нового вы для себя узнали?

Надо быть добрым, и за добро платить добром. Мы поняли, что настоящая доброта – это забота о близких, это чуткое отношение к матери. Доброта, преданность, верность необходимы в нашей жизни.

Я хочу пожелать, чтоб на вашем пути никогда не встречались неблагодарные, жестокие, бездушные люди.

(Чтение стихотворений о маме).

Я хочу быть ласковым с тобою.

Ласковым и нежным до конца,

Чтобы ни единою слезою

Ты не опечалила лица.

Я хочу, чтоб ты спала спокойно,

Слушая осенние дожди,

Чтобы все печали и невзгоды

Навсегда остались позади. В.Ломанов.

Мать… Мы землю так называем,

Когда растим хлеба и цветы,

Когда в ракете над ней взмываем

И видим, какая она с высоты.

Читая, чистая, вся голубая –

Это, наверное, потому,

Что мамы ходят по ней, улыбаясь

Детям, будущему своему.

Взял бы цветы – миллиард букетов

И разбросал бы их над планетой.

Мамы получат их, улыбнутся

И сразу повсюду наступит лето.

Мать, я землю изъездил. Я многие знал города.

И добро повидал, и война по мне смертью строчила.

Но друзей своих, мать, не бросал я в беде никогда.

И не лгал никогда. Это ты меня так научила.

Ты меня научила не прятать у сердца обид.

(Сердцу трудно и так, для чего ему тяжесть такая?)

Если слово ты дал – это значит навеки. Гранит.

Если в гору идешь – поднимайся, других не толкая.

Ах, завет материнский, и что тебя в мире мудрей!

Ты нас к звездам ведешь даже в темные ночи глухие.

Я берусь утверждать: в мире мало плохих матерей!

Отчего же тогда появляются люди плохие?

Отчего же тогда по земле еще ползает зло?

И смердит себялюбство? И сушит сердца скопидомство?

А ведь как на планете бы сделалось людям светло,

Если б всех матерей своих слушаться стало потомство!..

Это вы нас учили, куда бы мы в жизни ни шли, -

Мы судьбу свою метили самой высокой метой!

Если бьемся с врагом – так уж бьемся за счастье Земли!

Если счастье несем – так уж делимся с целой планетой!

Мама, как ты добра!.. Как была ты огромна добра!

Целый город, бывало, к тебе приходил за советом.

Если мерз человек, ты ему отдавала тепло.

И всегда незаметно, всегда от души. Сокровенно.

Вот за это за все – я твой сын! И пока я живу,

Мама, имя твое я несу через жизнь, как святыню.

Будут годы идти. Будут яблоки падать в траву.

Будет солнце всходить. Будут реки врываться в пустыню.

Будут плыть корабли в белизну марсианских морей.

Будет жизнь бушевать. Каждым атомом. Жилкою каждой.

Люди! Братья мои! Берегите своих матерей!

Настоящая Мать – человеку дается однажды. С. Островой.

Слово учителя.

Этот дом расположен на окраине города. Живут там старые люди, приехавшие из разных уголков нашей страны. И причины их приезда сюда тоже, конечно же, совершенно разные: у одних никогда не было детей и поэтому, состарившись, они нашли прибежище здесь; другим не нашлось места в семьях их родных детей; третьи не могли найти общего языка с невестками или внуками; четвертые… Впрочем, стоит ли перебирать все причины? Предельно ясно, как солнечный день, что никто сюда от доброй жизни не сбегал.

Найти этот дом не так уж трудно. К нему ведет узенькая тропинка от автобусной остановки. Окна его тусклы, отчего кажется, что от дома веет каким-то холодом. Вокруг не растет ни деревца, ни единого кустика.

Самое любимое место во дворе – та самая площадка, где дорожка соединяется с тропинкой от остановки. Сядут на скамейки и подолгу сидят, задумчиво устремив свои взоры на дорогу, по которой проходят автобусы, машины. Они кого-то отчаянно ожидают, но здесь мало кто бывает. Некогда их родственникам хотя бы изредка проведать своих родителей, бабушек…

Вот на тропинке показалась молодая женщина, ведущая под руку старушку с большим узлом в руках. Эта женщина 25-30 лет вся пышет здоровьем и неуемной энергией, так что старушка еле поспевает за ней.

Она заикнулась было: «Доченька, нельзя ли потише, мне дышать трудно…» - Но в ответ услышала не терпящий возражения окрик:

Мне к 6 часам вечера надо быть уже дома! У одного из друзей сегодня день рождения.

Ступив на крыльцо дома, женщина произнесла: «Слава Богу, наконец-то, дошли!»

Их встретил седоватый, небольшого роста, коренастый, приветливый мужчина около пятидесяти лет.

Проходите, пожалуйста, садитесь.

Женщина вынула из сумочки какой –то сверток, небрежно завернутый в газету и положила перед директором. Он взял и не спеша начал читать. Затем спросил:

Ханум, а вы кем приходитесь Марфуге эби?

Как кем? Дочерью, конечно.

Дочерью? Извините, так она – ваша родная мать?

Да, мне в соцобесе заверили, что все в порядке с документами.

Конечно, конечно, - полуиронически сказал директор, - только одно непонятно: на какое время, на сколько оставляете вы свою маму у нас?

Она сама сюда захотела.

Да, да, - поддержала ее мать, - я сама напросилась.

Обрадованная поддержкой матери, женщина как бы воспрянула духом и добавила:

Сколько раз мы с Алешей ее уговаривали остаться. Ни в какую.

Все понятно, - сказал директор, - вы можете идти.

Когда женщина, даже не попрощавшись, вышла из комнаты, директор спросил у старушки напрямую:

Скажите мне честно, по своему ли желанию вы, все-таки, пришли сюда?

Да откуда такому желанию –то взяться, сынок! – ответила она дрожащим голосом. – После смерти моего мужа, дочь со своим мужем переехали ко мне. С того самого дня я и не знала покоя. Вот уж более не смогла вынести обид и попросила к вам отвезти под старость…..

Скачать материал

Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.

Этот вопрос, как капуста, его раскрываешь-раскрываешь, а до "фундаментальной" кочерыжки всё ещё далеко. Хоть вопрос, видимо, касается этой самой кочерыжки, придётся всё же попробовать одолеть всю капусту.

На самый поверхностный взгляд природа тока кажется простой: ток - это когда заряженные частицы движутся. (Если частица не движется, то тока нет, есть только электрическое поле.) Пытаясь постичь природу тока, и не зная из чего состоит ток, выбрали для тока направление, соответствующее направлению движения положительных частиц. Позже оказалось, что неотличимый, точно такой же по действию ток получается при движении отрицательных частиц в противоположном направлении. Эта симметрия является примечательной деталью природы тока.

В зависимости от того, где движутся частицы природа тока тоже различна. Отличается сам текущий материал:

• В металлах есть свободные электроны;
• В металлических и керамических сверхпроводниках - тоже электроны;
• В жидкостях - ионы, которые образуются при протекании химических реакций или при воздействии приложенного электрического поля;
• В газах - снова ионы, а также электроны;
• А вот в полупроводниках электроны несвободны и могут двигаться "эстафетно". Т.е. двигаться может не электрон, а как бы место, где его нет - "дырка". Такая проводимость называется дырочной. На спайках разных полупроводников природа такого тока рождает эффекты, делающие возможной всю нашу радиоэлектронику.
  У тока две меры: сила тока и плотность тока. Между током зарядов и током, например, воды в шланге больше различий, чем сходства. Но такой взгляд на ток вполне продуктивен, для понимания природы последнего. Ток в проводнике это векторное поле скоростей частиц (если это частицы с одинаковым зарядом). Но мы обычно для описания тока не учитываем эти детали. Мы усредняем этот ток.

Если мы возьмём одну только частицу (естественно заряженную и движущуюся), то ток равный произведению заряда и мгновенной скорости в конкретный момент времени существует ровно там, где находится эта частица. Помните, как было в песне дуэта Иваси "Пора по пиву": "...если климат тяжёл и враждебен астрал, если поезд ушёл и все рельсы ЗА-БРАЛ..." :)

И вот мы пришли к той кочерыжке, которую упоминали вначале. Почему частица имеет заряд (с движением вроде всё ясно, а что же такое заряд)? Наиболее фундаментальные частицы (вот теперь уж точно:) вроде бы неделимые) несущие заряд - это электроны, позитроны (антиэлектроны) и кварки. Отдельно взятый кварк вытащить и исследовать невозможно из-за конфайнмента, с электроном вроде проще, но тоже пока не очень-то ясно. На данный момент видно, что ток квантуется: не наблюдается зарядов меньше заряда электрона (кварки наблюдаются только в виде адронов с совокупным зарядом таким же или нулевым). Электрическое поле отдельно от заряженной частицы может существовать только в связке с магнитным полем, как электромагнитная волна, квантом которой является фотон. Возможно, какие-то интерпретации природы электрического заряда лежат в сфере квантовой физики. Например, предсказанное ею и обнаруженное сравнительно недавно поле Хиггса (есть бозон - есть и поле) объясняет массу ряда частиц, а масса - это мера того, как частица откликается на гравитационное поле. Может быть и с зарядом, как с мерой отклика на электрическое поле, обнаружится какая-то похожая история. Почему есть масса и почему есть заряд - это в чём-то родственные вопросы.

Многое известно о природе электрического тока, но самое главное пока нет.

Теоретична електротехніка

УДК 621.3.022:537.311.8

М.И. Баранов

КВАНТОВО-ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ПРОВОДНИКЕ И ЕЕ НЕКОТОРЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МАКРОПРОЯВЛЕНИЯ

Представлені результати теоретичних і експериментальних досліджень хвилевого подовжнього і радіального розподілів вільних електронів, що дрейфують, в круглому однорідному металевому провіднику з імпульсним аксіальним струмом свідчать про квантово-хвилевий характер протікання електричного струму провідності в даному провіднику, що приводить до виникнення в його внутрішній структурі явища квантованої періодичної макролокалізації вільних електронів.

Представленные результаты теоретических и экспериментальных исследований волнового продольного и радиального распределений дрейфующих свободных электронов в круглом однородном металлическом проводнике с импульсным аксиальным током свидетельствуют о квантово-волновом характере протекания электрического тока проводимости в рассматриваемом проводнике, приводящем к возникновению в его внутренней структуре явления квантованной периодической макролокализации свободных электронов.

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, согласно классическим научным положениям теории электричества ток проводимости в металлическом проводнике представляет собой направленное перемещение коллективизированных свободных электронов в его внутренней кристаллической микроструктуре . Кроме того, в нерелятивистской физике известно и то, что свободные электроны как элементарные частицы образуются из валентных электронов квантовым образом энергетически возбужденных атомов твердого материала проводника . В металлическом проводнике всегда существует огромное количество свободных электронов с массой покоя те=9,108-10~31 кг и объемной плотностью (концентрацией) пе, численно составляющей для основных проводниковых материалов величину, равную порядка 1029 м_3 . В случае, когда металлический проводник своими концами не включен в электрическую цепь с источником электропитания, то его свободные электроны перемещаются в трехмерном межатомном пространстве проводника хаотично. При приложении же к металлическому проводнику неизменяющейся или произвольно изменяющейся во времени t разности электрических потенциалов (электрического напряжения) данные элементарные носители электричества начинают в нем направленно дрейфовать (в одну сторону при приложенном постоянном и импульсном униполярном электрическом напряжении или в обе стороны при приложенном к нему переменном биполярном электрическом напряжении внешнего источника электропитания). Именно данный дрейф свободных электронов проводника и будет определять протекающий по нему электрический ток проводимости.

Не менее известным научным положением в области классической и квантовой физики является то, что электроны как элементарные частицы, имеющие соответственно корпускулярные свойства, обладают также и волновыми свойствами . Этот факт как раз наглядно демонстрирует нам их дуалистичность (двойственность). Хорошо известно, что корпускулярно-волновой дуализм электронов удовлетворяет фундаментальному принципу дополнительности,

сформулированному в XX веке выдающимся датским физиком-теоретиком Нильсом Бором . Поэтому электрический ток проводимости в металлическом

проводнике представляет распространение электронных (дебройлевских) волн длиной Хе в межатомном пространстве его кристаллического материала . Причем, для длины Хе электронной волны в металле проводника выполняется фундаментальное соотношение из области волновой механики выдающегося французского физика-теоретика Луи де Бройля :

Хе = И /(шеуД (1)

где И=6,626-10~34 Дж-с - постоянная Планка; уе - скорость дрейфа электрона в материале проводника.

Усредненная скорость уе дрейфа свободных электронов в металле проводника с током ц(1:) определяется из следующего классического соотношения :

^е =§0/(е0Пе), (2)

где 50 - плотность электрического тока в проводнике; е0=1,602-10~19 Кл - электрический заряд электрона.

Что касается скорости ует хаотичного (теплового) движения свободных электронов в металле проводника без тока, определяемой согласно квантовой статистике Ферми-Дирака энергией Ферми Ер, то она для меди принимает численное значение около 1,6-106 м/с . Подставив это значение скорости ует в (1), находим, что ей будет соответствовать длина Хе электронной волны в медном токопроводе, равная примерно 0,5-10~9 м. Видно, что в этом случае величина Хе будет несоизмеримо малой по сравнению с геометрическими макроразмерами реальных проводников, участвующих в передаче электрической энергии. В этой связи для свободных электронов, перемещающихся в межатомном пространстве твердого макропроводника с указанной тепловой скоростью ует, их волновые свойства не будут играть существенной роли и соответственно оказывать заметного влияния на протекающие в нем электрофизические процессы.

Из (1) и (2) при 50=106 А/м2 для медного проводника (пе=16,86-1028 м_3; уе=0,37-10~4 м/с ) находим, что величина длины Хе электронной волны в нем будет составлять уже значение, равное около 19,6 м. При больших значениях 50, характерных для сильноточных электрических цепей высоковольтной техники (при плотностях тока 109 А/м2 и более) , длина Хе дебройлевской волны в основных металлах токонесущих частей изолированных проводов и кабелей

© М.И. Баранов

(меди и алюминии, для которых уе>37-10~3 м/с) будет принимать значение около 19,6 мм и менее. Это обстоятельство является определяющим для электрофизиков при экспериментальном изучении в весьма ограниченных условиях высоковольтной научной лаборатории волновых процессов, сопровождающих формирование и распространение тока проводимости /0(/) в металлических проводниках, реальная длина которых при этом может не превышать 1 м. Приведенные выше оценочные данные свидетельствуют о том, что из-за относительно малых значений скоростей дрейфа уе свободных электронов (значительно меньше 1 м/с) в основных проводниковых материалах токопроводов длины Хе электронных волн в них становятся соизмеримыми с их габаритными макроразмерами (длиной, шириной, высотой или диаметром). Поэтому для прикладного электротехнического случая, связанного с протеканием электрического тока различного вида (постоянного, переменного или импульсного) по металлическим проводникам, волновые свойства дрейфующих по ним свободных электронов начинают играть существенную роль в процессах пространственного распределения в них этих носителей электричества и соответственно джоулева тепловыделения.

Из области математической физики (например, для краевых задач о механических колебаниях струны или мембраны ) известно, что аналитическое решение дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих большинство физических процессов, обычно представляется собственными функциями, имеющими собственные значения и соответственно собственные числа (например, целые числа п=1,2,3,...) . Укажем, что в квантовой физике, занимающейся теоретическим изучением поведения различных микрообъектов (например, электронов, протонов, нейтронов и др.) в тех или иных физических полях, описываемого волновыми дифференциальными уравнениями в частных производных, собственные числа п получили название квантовых чисел .

С учетом вышеизложенного и известных фундаментальных научных положений современной физики для реальных физических микрообъектов и элементарных микрочастиц становится ясным, что в металлических проводниках с электрическим током проводимости /0(/) при определенных условиях и амплитудно-временных параметрах (АВП) указанного тока могут проявляться как волновые, так и квантовые свойства дрейфующих в их проводящем материале свободных электронов. Исследование этих условий и АВП электрического тока проводимости и соответственно изучение его квантово-волновой природы и ее возможных как слабоизученных, так и новых макропроявлений является на сегодня в области теоретической электротехники и электрофизики и прикладной электродинамики актуальной научной задачей.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ КВАНТОВО-ВОЛНОВОЙ ПРИРОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ПРОВОДНИКЕ

/0>>Г0 протекает аксиальный импульсный ток 10(^ произвольных АВП с большой плотностью (рис. 1).

Рис. 1. Схематический вид исследуемого металлического проводника радиусом г0 и длиной 10 с аксиальным импульсным

током г"0(^ большой плотности 50(0, содержащего квантованные относительно "горячие" шириной Дгпг и "холодные" шириной продольные проводящие участки

Принимаем, что радиус г0 нашего проводника меньше толщины токового скин-слоя в его изотропном материале, а протекающий по нему ток 10(^ распределен по его поперечному сечению £0 с усредненной в нем плотностью 5о(0=/о^)/50|. Влиянием дрейфующих свободных электронов друг на друга и ионов кристаллической решетки материала проводника на эти коллективизированные электроны пренебрегаем. Используемое нами приближение соответствует известному приближению Хартри-Фока, положенному в основу классической зонной теории металлов . Отметим, что данное одноэлектронное приближение, не учитывающее электронно-ионных взаимодействий во внутренней структуре проводника, неприемлемо для исследования случая идеальной электронной проводимости металлов (явления их сверхпроводимости), когда требуется рассмотрение корреляционного движения электронных пар и для которого характерна сверхтекучесть свободных электронов с присущим ей отсутствием рассеяния электронных волн де Бройля на тепловых колебаниях ионов (фононах) кристаллической решетки металлического проводника . Предположим, что пространственные распределения по координатам г и г свободных электронов в материале исследуемого проводника с импульсным током 1$) будут приближенно подчиняться соответствующим одномерным волновым уравнениям Шредингера . Тогда для рассматриваемых носителей электричества физический смысл будут иметь только их вероятностные характеристики, а понятие местонахождения свободного электрона в металлическом проводнике с импульсным током 10(() нам приходиться заменить на понятие вероятности его обнаружения в том или ином элементе цилиндрического объема проводника. Требуется на основе квантовомеханического подхода в приближенном виде описать волновые продольные и радиальные распределения дрейфующих свободных электронов в исследуемом проводнике с импульсным аксиальным током /0(/), установить с их помощью основные признаки квантово-волновой природы этого тока проводимости и выполнить с использованием мощного высоковольтного генератора апериодических импульсных токов экспериментальную проверку предложенного автором квантовомеханического подхода и некоторых полученных с его помощью результатов приближенного расчета в нем продольного распределе-

ния электронных волн де Бройля и обусловленных их рассеянием на тепловых колебаниях ионов кристаллической решетки металлического проводника особенностей его температурного поля.

2. ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ВОЛНОВОГО ПРОДОЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ

Ранее в автором на основе решения нерелятивистского одномерного временного волнового уравнения Шредингера, являющегося дифференциальным уравнением в частных производных и определяющего динамическое распространение в пространстве и времени t той или иной плоской волны вещества, было показано, что в металлическом проводнике с импульсным аксиальным током i0(t) квантованная волновая уяг-функция, описывающая в первом приближении продольно-временное распределение в его микроскопической структуре нерелятивистских дрейфующих свободных электронов, имеет вид:

Vnz(z0 = AZ ■ sin(knzz) ■ (cosrnenzt -i sinrnenzt), (3) где A0z=1/2 - амплитуда n - моды собственной продольной волновой функции ynz(z,t) с квантованной круговой частотой raenz=nn2h/(4mel02); knz=nn/l0 - квантованное продольное волновое число; z - текущее значение продольной координаты в материале проводника; i=(-1)12 - мнимая единица; n=1,2,3,...,nm -целое квантовое число, равное номеру моды собственной волновой пси-функции ynz(z,t); nm - максимальное значение квантового числа n.

Из анализа стационарного волнового уравнения Шредингера и его граничных условий, использованных в при получении (3), следует, что в рассматриваемом нами проводнике дрейфующие свободные электроны распределяются вдоль его продольной оси OZ так, что на длине l0 проводника всегда умещается целое квантовое число n волновых пси-функций ynz(z,t) для данных электронов или электронных полуволн де Бройля, удовлетворяющих соотношению : nkeJ2=kh (4)

где Xenz=h/(mevenz) - квантованная длина продольной волны свободного электрона, равная длине стоячей волны де Бройля ; venz=ttienz%enz/%=nh/(2mel0) - квантованная продольная скорость дрейфующего свободного электрона .

Исходя из (4), нам можно сформулировать следующее правило квантования I продольных волновых функций ynz(z,t) или электронных (дебройлевских) волн в исследуемом проводнике с током i0(t) произвольных АВП: на длине l0 металлического проводника с электрическим током i0(t) различных видов и АВП должно укладываться целое квантовое число n плоских электронных полуволн де Бройля длиной \nJ2.

Согласно для определения в (1) значения квантового числа nm при выборе волновых функций ynz(z,t), квадрат модуля которых определяет плотность вероятности нахождения свободных электронов в том или ином месте межатомного пространства проводника , можно использовать следующую формулу:

где nk - главное квантовое число, равное числу электронных оболочек в каждом идентичном атоме ме-

талла рассматриваемого проводника и соответственно номеру периода в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, которому этот металл исследуемого проводника принадлежит .

В пользу приближенного выбора по (5) максимального значения квантового числа п может свидетельствовать : во-первых, наличие у твердого вещества (металла) проводника широкой области поглощения внешнего электромагнитного излучения, потенциально приводящей к определенным различиям в электронно-энергетических конфигурациях отдельных атомов материала проводника; во-вторых, выполнение для электронных конфигураций атомов материала проводника фундаментального принципа Паули (каждое энергетическое состояние в атоме вещества может быть занято только одним электроном ), согласно которому квантовое число пт может указывать на наибольшее число энергетических состояний валентных электронов указанных атомов.

Суперпозиция квантованных (дискретных) мод волновых функций упг(г,() для каждого из значений квантового числа п=1,2,3,... и каждого дрейфующего свободного электрона в материале исследуемого проводника с импульсным током /0(/) аналогично широко известному в физике (волновой оптике) явлению интерференции (наложения) когерентных волн (волн, согласованно изменяющихся во времени) приводит к формированию во внутренней проводящей структуре проводника квантованных волновых электронных пакетов (ВЭП) . Физическими аргументами в пользу наступления такого наложения волновых функций упг(г,0 в проводящем материале проводника является: во-первых, когерентность продольных (но по своей физической сути поперечных и линейно поляризованных) электронных волн в проводнике для рассматриваемых носителей электричества; во-вторых, выполнение согласно (4) необходимых основных условий максимального усиления и ослабления когерентных продольных электронных волн при их наложении . Так как квантованные длины Хепг электронных волн во внутренней структуре проводника с током /0(/) характеризуются макроскопическими величинами (см. раздел Введение), то и геометрические размеры ВЭП будут также носить макроскопический характер. Порядок размытости границ квантованных ВЭП вдоль проводника (порядок интерференции квантованных продольных электронных волн проводника) будет определяться степенью монохроматичности квантованных электронных волн де Бройля и соответственно квантованных волновых функций упг(г,/). Для наблюдения в металлических проводниках с электрическим током /0(/) интерференции квантованных продольных электронных волн большого порядка или ВЭП с четкими границами эти волны должны быть практически монохроматичными. В зонах ВЭП будет происходить резкое возрастание (усиление) рассматриваемых волновых функций упг(г,0, а вне их ширины - уменьшение (ослабление) соответствующих выражению (3) продольных пси-функций упг(г,/) . В связи с тем, что квадрат модуля квантованных волновых функций (например, пси-функций упг(г,0 согласно (3) до их интерференции) соответствует плотности вероятности (например, вида рм,е= автором было показано, что при п=п„1 для металлического проводника с током выполняется приближенное соотношение пег/пех^4/(п-2)~3,5. Именно указанное продольное изменение плотности пе дрейфующих свободных электронов в проводящем материале проводника и приводит к пространственному перераспределению выделяемой в нем удельной тепловой энергии. В зонах квантованных ВЭП (в области "горячих" продольных участков) с повышенной плотностью пег дрейфующих свободных электронов плотность тепловой энергии будет увеличиваться, а вне зон квантованных ВЭП (в области "холодных" продольных участков) с пониженной плотностью пех дрейфующих свободных электронов плотность тепловой энергии будет уменьшаться . Эта впервые теоретически установленная автором для металлического проводника с электрическим током i0(t) особенность тепловыделения находится в полном согласии с известным классическим положением о том, что при наложении когерентных плоских электромагнитных волн в местах их интерференционных максимумов плотность электромагнитной энергии увеличивается, а в местах их интерференционных минимумов плотность электромагнитной энергии уменьшается .

Далее необходимо указать, что отмеченное выше изменение плотности пе дрейфующих свободных электронов вдоль продольной оси OZ исследуемого проводника с током ^(() согласно полученным квантованным волновым функциям у„г(г,/) по (3) и правилу их квантования (4) будет носить периодический характер, соответствующий порядку чередования образующихся вдоль проводника его относительно "горячих" и "холодных" продольных участков. При этом "горячие" продольные участки шириной Аг, будут размещаться в зонах образования ВЭП проводника, а "холодные" внутренние продольные участки шириной Аг„хв - между зонами ВЭП (см. рис. 1) . На концах проводника (в местах их подключения к силовой электрической цепи с переменным (постоянным) током ^(() или высоковольтному генератору биполярного (униполярного) импульсного тока большой плотности 50) между крайними ВЭП и обоими концами проводника будут размещаться "холодные" крайние продольные участки шириной Аг„хк . Продольные координаты середин зон крайних ВЭП или середин ширин Аг„г "горячих" крайних продольных участков проводника могут быть рассчитаны по формуле : г„к = 10 /(2п). (6)

Что касается квантованных продольных координат середин "горячих" внутренних продольных участков, то расстояния между ними и серединами "горячих" крайних продольных участков с координатами по (6) определяются из следующего выражения :

г„Ь = 10/п. (7)

Из (6) и (7) следует, что центры ВЭП и "горячих" продольных участков исследуемого проводника четко соответствуют амплитудам квантованных волновых функций у„г(г,/) или квантованных электронных полуволн де Бройля длиной Хе„/2, определяемой по (4). При этом для краевых зон рассматриваемого проводника с током будет выполняться соотношение :

^епг /2= ^„г +2 ^пхк = 10 /п. (8)

Для внутренних зон проводника с током i0(t) будет справедливо квантованное соотношение вида :

^епг /2= ^„г + ^пхв = 10/п. (9)

Для расчетного определения входящей в (8) и (9) ширины Агш "горячих" крайних и внутренних продольных участков используем фундаментальное в квантовой физике (волновой механике) соотношение неопределенностей Гейзенберга . Тогда для минимального значения ширины Агш получаем :

&„г = е0„е0^ (те^0ш) 1 -1, (10)

где 50т - амплитуда усредненной плотности тока ^), протекающего в проводнике (в первом приближении §0т=10т/£0); 10т - амплитуда тока ^(/) проводника.

С учетом (8) и (10) для расчетного значения квантованной ширины Аг^, "холодных" крайних продольных участков проводника с током i0(t) имеем : Аг„хк =0,5[ У„- е0„е0к (теъ0ш) 1 -1]. (11)

Из (9) и (10) для квантованной ширины "холодных" внутренних продольных участков рассматриваемого проводника с током i0(t) получаем :

^пхв = 10/п е0пе0^ (те^0т) . (12)

Из атомной физики известно, что значение первоначальной плотности пе0 свободных электронов в металле проводника, входящее в (10)-(12), равно концентрации его атомов Ы0, умноженной на его валентность, определяемую числом неспаренных электронов на внешних (валентных) электронных слоях атомов материала проводника (например, для меди, цинка и железа валентность равна двум ). Расчетная величина концентрации N (м-3) атомов в металле проводника с массовой плотностью ё0 до протекания по нему импульсного тока ^(/) определяется формулой :

Ж0 = Й?0(Ма -1,6606-10-27)-1, (13)

где Ма - атомная масса материала проводника, входящая в данные периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева и практически равная массовому числу ядра атома металла проводника (одна атомная единица массы равна 1,6606-10-27 кг ).

3. ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ВОЛНОВОГО РАДИАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ

ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОВОДНИКЕ С ТОКОМ

Для приближенного описания поведения вероятностным образом движущихся, в том числе и вдоль текущей радиальной координаты г к наружной поверхности металлического проводника с импульсным аксиальным током ^((), нерелятивистских дрейфующих свободных электронов воспользуемся ранее полученным автором аналитическим решением соответствующего одномерного временного волнового уравнения Шредингера, имеющим следующий вид : у „г (г, /) = ^0г ■ ып(к„гГ) ■ ехр(-г"Юе„гО, (14)

где Л0г=(к/0г0г)-1/2 - амплитуда собственной радиаль-

ной волновой функции у„г(г,/); к„г=пп/г0 - квантованное радиальное волновое число; юепг=ля2к/(4тег02) -квантованная круговая частота собственной радиальной волновой функции у„г(г,/); п=1,2,3,...,пт - целое квантовое число, равное номеру моды собственной радиальной волновой пси-функции у„г(г,/).

Согласно при расчетной оценке квантованных радиальных скоростей уепг=юе„Депг/л дрейфующих электронов, где %епг=к/(теуепг) - квантованная длина радиальной волны (плоской волны де Бройля) для свободного электрона , можно воспользоваться соотношением:

Vепг = „к /(2т еП)). (15)

С учетом (14) и того, что кпг=2%/Хепг можно записать следующее квантовомеханическое соотношение для радиальных волновых пси-функций и электронных полуволн де Бройля в исследуемом проводнике:

„Xепг /2= г0. (16)

Поэтому на основании (16) аналогично (4) правило квантования II радиальных волновых функций У„г(г,/) в исследуемом проводнике с импульсным аксиальным током i0(f) следует сформулировать в таком виде: на радиусе г0 металлического проводника с электрическим током /0(/) различных видов и АВП должно укладываться целое квантовое число п плоских электронных полуволн де Бройля длиной Хепг/2.

В связи с когерентностью плоских радиальных электронных (дебройлевских) полуволн длиной Хепг/2 они, как и продольные электронные полуволны де Бройля длиной Хе„/2 в кристаллической микроструктуре проводника, в результате суперпозиции или интерференции (взаимного наложения) будут образовывать вдоль внешнего радиуса г0 проводника ВЭП. Процесс образования вдоль радиуса г0 данных ВЭП ("горячих" радиальных участков) будет носить периодический характер, радиальный шаг которого на длине Хепг/2 для центральных и наружных зон проводника аналогично (8) может быть представлен в таком виде:

Хепг /2= ^гпг +2 ^гпхк = г0 /п, (17)

где Аг„г, Агпхк - соответственно ширина относительно "горячих" и "холодных" крайних радиальных участков проводника с импульсным аксиальным током i0(t).

Для внутренних проводящих зон проводника рассматриваемый нами шаг периодизации образования вдоль радиуса г0 ВЭП может быть записан в виде:

Хепг /2= ^гпг + ^гпхв = г0 /п, (18)

где Агх - ширина "холодных" внутренних радиальных участков проводника с импульсным током i0(t).

Для расчетного определения в (17) и (18) величины Агпг воспользуемся соотношением неопределенностей Гейзенберга применительно к локализующимся на "горячих" радиальных участках (ВЭП) проводника дрейфующих свободных электронов в виде : Ар„г > к /(4л), (19)

где Арпг=теуепг=„к/(2г0) - квантованная радиальная проекция импульса дрейфующих в кристаллической микроструктуре проводника свободных электронов.

Тогда на основании (19) для квантованной минимальной ширины Агпг "горячих" радиальных участков или ширины квантованных радиальных ВЭП металлического проводника с импульсным аксиальным током i0(t) в принятом электрофизическом приближе-

нии получаем следующее расчетное выражение:

Arnz = r0 /(2лп) . (20)

Из (20) видно, что ширина Arns "горячих" радиальных участков или ширина радиальных ВЭП проводника оказывается как минимум (при n=1) в 2п раз меньше его внешнего радиуса r0. Кстати, такая же математическая зависимость характерна и для квантованной ширины Azns "горячих" продольных участков по отношению к длине l0 проводника с током i0(t).

Используя (17) и (20), для квантованной наибольшей ширины Агтк "холодных" крайних радиальных участков исследуемого проводника находим:

ЬГгжк = (2я - 1)Г0 /(4лп) . (21)

Из (18) и (20) для квантованной наибольшей ширины Arms "холодных" внутренних радиальных участков исследуемого проводника с током i0(t) получаем: Arnx6 = (2^ - 1)п /(2го?). (22)

Из соотношений (20)-(22) следует, что "холодные" внутренние радиальные участки металлического проводника с электрическим током по ширине ровно в два раза превышают "холодные" крайние радиальные участки и в (2л-1)~5,3 раз больше (шире) его "горячих" радиальных участков. По аналогии с (6) радиальные координаты середин ширин Агш "горячих" крайних радиальных участков проводника равны:

rnk = Гэ/(2п). (23)

Расстояние между серединами ширин "горячих" внутренних и крайних радиальных участков проводника будет определяться квантовым соотношением:

rnb = r0/n. (24)

Для "горячих" и "холодных" радиальных участков исследуемого металлического проводника, как и для соответствующих им по названию и рассмотренных чуть выше его продольных участков, будет также выполняться следующая характерная электрофизическая особенность: плотность как дрейфующих свободных электронов, так и плотность тепловой энергии на "горячих" радиальных участках или радиальных ВЭП металлического проводника будет заметно выше, чем на его "холодных" радиальных участках.

Приведенные выше выражения (20)-(24) с учетом заметно отличающихся температур относительно "горячих" и "холодных" радиальных участков однозначно указывают на возможность радиального расслоения проводящих плазменных продуктов, образующихся от круглого цилиндрического металлического проводника при явлении его электрического взрыва (ЭВ). Следует заметить, что эффект радиального расслоения "металлической" плазмы как раз реально и наблюдается при ЭВ даже тонких металлических проволочек . Кроме того, полученные согласно выражениям (4)-(12) и (16)-(24) приближенные расчетные данные могут говорить о том, что возникающие при ЭВ круглых металлических проволочек радиальные фракции указанной плазмы будут примерно в l0/r0 раз меньше ее продольных фракций.

4. ЯВЛЕНИЕ КВАНТОВАННОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ МАКРОЛОКАЛИЗАЦИИ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОВОДНИКЕ С ТОКОМ Расчетная оценка по (10) ширины Azns "горячих" крайних и внутренних продольных участков металли-

ческого проводника с импульсным током /0(0 показывает, что для медного провода (пе0=16,86-1028 м3 ) при плотности тока 50т=2 А/мм2, характерной для электрических сетей переменного тока частотой 50 Гц , величина принимает значение, равное около

1,06 м. При 50т=200 А/мм2, характерной для сильноточной высоковольтной импульсной техники , рассматриваемая ширина становится равной уже примерно 10,6 мм. Из этих приведенных нами количественных данных становится понятным, что экспериментально выявить проявление волновых свойств дрейфующих свободных электронов в металлических проводниках можно путем явного обнаружения в них мест формирования макроскопических ВЭП и соответственно "горячих" крайних и внутренних продольных участков, а также проявляющихся на их фоне "холодных" крайних и внутренних продольных участков. Понятным становится и то, что для подобного обнаружения в лабораторных условиях квантованных величин Аіпг, Аіпхк и Аіпхв соответственно для "горячих" и "холодных" продольных участков проводника необходимо использовать мощное высоковольтное электрооборудование, способное генерировать в электрической цепи с исследуемым металлическим проводником сравнительно большие импульсные токи. Причем, такие токи, протекание которых через металлический проводник вызывало бы интенсивный нагрев его материала и особенно проводящей кристаллической структуры в зоне его квантованных ВЭП.

Приведенные выше в разделах 2 и 3 теоретические результаты указывают на процессы периодической макролокализации дрейфующих свободных электронов в зонах продольных и радиальных ВЭП исследуемого проводника с импульсным аксиальным током і0(/). Характерным для данной электронной макролокализации является то, что она носит квантованный характер, математически определяемый согласно выражениям (3) и (14) значением квантового числа п, а физически - энергетическим состоянием свободных электронов, оказавшихся в микроструктуре материала проводника в момент подачи на него электрического напряжения и начала протекания по нему электрического тока того или иного вида. Поэтому значение квантового числа п для продольных упг(г,/) и радиальных \упг(г,ґ) волновых функций, а также для плоских продольных и радиальных полуволн де Бройля длиной Хгпг/2 и Хгпг/2 в микроструктуре металлического провода с импульсным током і0(/) будет носить вероятностный (стохастический) характер. Очевидным для автора является то, что практически численное значение квантового числа п будет всегда равно числу макроскопических "горячих" продольных участков (ВЭП) шириной Аіпг, периодически образующихся вдоль рассматриваемого металлического проводника длиной 10 с аксиальным током і0(ґ).

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЛНОВОГО ПРОДОЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ПРОВОДНИКЕ С ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ

Для осуществления опытной проверки представленных в разделах 2 и 3 расчетных результатов кван-

тованных волновых распределений дрейфующих свободных электронов в цилиндрическом проводнике с импульсным аксиальным током і0(ґ) наиболее простым, надежным и соответственно целесообразным путем может служить экспериментальное исследование в нем продольного волнового распределения данных электронов. В проводимых экспериментах используем жестко закрепленный в разрядной цепи высоковольтного генератора импульсных токов ГИТ-5С круглый оцинкованный (с толщиной защитного покрытия А0=5 мкм) стальной провод , имеющий следующие геометрические характеристики (рис. 2): г0=0,8 мм; /0=320 мм; 50>=2,01 мм2. Разряд предварительно заряженной до постоянного зарядного напряжения и3Г=-3,7 кВ емкости С/=45,36 мФ (при запасаемой электрической энергии ^/=310 кДж) конденсаторной батареи генератора ГИТ-5С обеспечивал протекание через исследуемый стальной провод апериодического импульса тока і0(/), характеризуемого следующими АВП: амплитудой /0т=-745 А; временной формой /т/тр=9 мс/576 мс, где ґт - время, соответствующее токовой амплитуде 10т, а тр - полная длительность импульса тока; модулем усредненной плотности импульсного тока, равным |50т|=0,37 кА/мм2 .

Рис. 2. Общий вид круглого прямолинейного оцинкованного стального провода (г0=0,8 мм; /0=320 мм; Д0=5 мкм; 50=2,01 мм2), размещенного в воздухе над теплозащитным асбестовым полотном, до протекания по нему в разрядной цепи высоковольтного генератора ГИТ-5С апериодического импульса аксиального тока г"0(/) большой плотности

На рис. 3 приведены результаты одного из воздействий указанного апериодического импульса аксиального тока временной формы 9 мс/576 мс на используемый в экспериментах металлический провод.

Рис. 3. Внешний вид теплового состояния оцинкованного стального провода (г0=0,8 мм; /0=320 мм; А0=5 мкм; 5о=2,01 мм2) с одним "горячим" (зоной ВЭП шириной Аіпг=7 мм посередине провода) и одним "холодным" крайним левым (шириной Аітк=156,5 мм; второй "холодный" крайний правый участок подвергся частичной сублимации) продольными участками после протекания по нему апериодического импульса тока і0(ґ) временной формы 9 мс/576 мс большой плотности (/0т=-745 А; |50т|=0,37 кА/мм2; п=1)

Из данных рис. 3 следует, что на длине /0=320 мм интенсивно нагреваемого униполярным импульсным током (|50т|=0,37 кА/мм2) оцинкованного стального провода (для его стального основания согласно (13)

„ео=2Ао=16,82-1028 м~3 ) в исследуемом случае имеется один "горячий" продольный участок (одна ярко светящаяся вспученная сферообразная зона ВЭП посередине провода, однозначно указывающая на то, что п=1) шириной Дг„г=7 мм (при его расчетной ширине по (10) в 5,7 мм) и два крайних "холодных" продольных участка (цилиндрические перешейки по обоим краям провода, один из которых подвергся частичной сублимации) шириной Дгнхк=156,5 мм (при их расчетной ширине по (11) в 157,1 мм). Металлографические исследования остывшей посередине провода сферообразной зоны ВЭП показали, что она содержит затвердевшие фракции вскипевшего (вспученного) цинкового покрытия (при температуре кипения для цинка в 907 °С ) и расплавленного стального основания провода (при температуре его плавления примерно в 1535 °С ). О данном высоком уровне температуры в сферообразной зоне ВЭП (на единственном "горячем" продольном участке провода) свидетельствует ее белый цвет каления (не менее 1200 °С ) и обнаруженные под ней прожоги теплозащитного покрытия из хризотил-асбеста толщиной 3 мм с температурой его плавления примерно 1500 °С . На основании полученных в этом случае (п=1) опытных данных и выполненных для него расчетных квантовофизических оценок можно заключить, что в кристаллической микроструктуре оцинкованного стального провода происходит суперпозиция квантованных продольных волновых функций ^ш(2,(), моды которых характеризуются одним квантовым числом п=1. В результате существования в проводе таких мод пси-функций на его длине /0=320 мм умещается лишь одна электронная полуволна де Бройля, для которой выполняется равенство Хе„г/2=320 мм и в зоне ее амплитуды (при продольной координате по (6) г„к=160 мм) формируется только один ВЭП или один "горячий" продольный участок шириной около Дг„г=7 мм.

На рис. 4 показаны опытные результаты очередного воздействия на оцинкованный стальной провод (г0=0,8 мм; /0=320 мм; Д0=5 мкм; 50>=2,01 мм2) униполярного импульса аксиального тока /0(/) временной формы /т/тр=9 мс/576 мс большой плотности (/0т=-745 А; |50т|=0,37 кА/мм2; П3Г =-3,7 кВ; ЖГ=310 кДж ). Видно, что в данном опытном случае вдоль интенсивно нагретого стального провода (для его покрытия пе0=2Л/0=13,08-1028 м_3 ) размещаются уже четыре ВЭП или четыре "горячих" (опытной шириной Дг„г=7 мм при их расчетной по (10) ширине в

5,7 мм) и два внутренних "холодных" (опытной шириной Дг„хв=26,9 мм при их расчетной по (12) ширине для п=9 в 29,9 мм) продольных участка. Следует отметить, что здесь пять "горячих", два крайних и шесть внутренних "холодных" продольных участков исследуемого провода подверглись полной сублимации. Наличие в этом экспериментальном случае на испытываемом стальном проводе высокотемпературных зон ВЭП также шириной Дг„г=7 мм может свидетельствовать о достоверности расчетной формулы (10).

Согласно (6) продольные координаты г„к "холодных" крайних продольных участков при этом составили около 2„к=320 мм/18=17,8 мм, а расчетные координаты 2„ь по (7) для "горячих" продольных участков будут примерно равны 35,6 мм. Величина п-2„ь долж-

на в рассматриваемом случае (п=9) приближаться к длине /0=320 мм исследуемого стального провода. Из полученных расчетных и опытных данных видно, что подобное геометрическое условие выполняется. Результаты последнего опыта также наглядно показывают, что в исследуемом стальном проводе имеет место периодическая макролокализация дрейфующих свободных электронов, вызывающая появление в его проводящей макроструктуре неоднородного периодического продольного температурного поля. Опытный шаг продольной квантованной периодизации такого теплового поля в указанном стальном проводе оказался примерно равным (Дг„хв+Дг„г)=31,6 мм и немного меньшим соответствующего соотношениям (8) и (9) расчетного шага, составляющего около /0/п=35,6 мм.

Рис. 4. Внешний вид рабочего стола генератора ГИТ-5С

и теплового состояния оцинкованного стального провода (г0=0,8 мм; /0=320 мм; Д0=5 мкм; 50=2,01 мм2) с четырьмя "горячими" (зонами ВЭП шириной Дгиг=7 мм) и двумя "холодными" внутренними (шириной Д2га=16,9 мм) продольными участками после очередного воздействия на него апериодического импульса тока г0(/) временной формы 9 мс/576 мс большой плотности (/0т=-745 А; |50т|=0,37 кА/мм2; „=9; остальные пять "горячих" и восемь "холодных" продольных участков исследуемого оцинкованного стального провода подверглись полной сублимации)

6. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ПРИЗНАКИ КВАНТОВО-ВОЛНОВОЙ ПРИРОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ПРОВОДНИКЕ

1. Подчинение электрофизических процессов, сопровождающих протекание электрического тока проводимости в металлических проводниках, фундаментальным научным положениям как классической физики, так и нерелятивистской квантовой физики (волновой механики) применительно к его носителям электричества - дрейфующим свободным электронам. В соответствии с этими классическими положениями указанные электроны обладают волновыми свойствами, которые, как показано выше, в металлических проводниках с электрическим постоянным, переменным или импульсным током различной плотности 50 могут оказывать существенное влияние на протекающие в них макроскопические процессы формирования и пространственного распределения в их однородном материале тока проводимости /0(/). Благодаря выполнению данных физических закономерностей электромагнитная энергия, переносимая в кристаллической микроструктуре исследуемых проводников дрейфующими свободными электронами, представляется соответствующими квантами (порциями) с определенной длиной электронной волны (полуволны), а поведение рассматриваемых электро-

нов в материале металлических проводников и их пространственно-временные распределения описываются соответствующими квантованными волновыми у „-функциями (например, у„г(г,/) и у„г(г,/) ).

2. Наличие во внутренней кристаллической микроструктуре материала исследуемого металлического проводника с электрическим током различного вида квантованных электронных полуволн де Бройля, распространяющихся вдоль его продольной г и радиальной г координат. Существование данных плоских дебройлевских электронных полуволн в материале проводника вытекает из расчетных соотношений (4) и (16). Для прикладного случая продольного волнового распределения в круглом оцинкованном стальном проводе (г0=0,8 мм; /0=320 мм) апериодического импульса аксиального тока большой плотности (50т=370 А/мм2) существование данных электронных полуволн де Бройля было подтверждено автором опытным путем на основе результатов выполненных высокотемпературных экспериментов, приведенных в .

3. Проявление в материале исследуемого металлического проводника с электрическим током эффекта суперпозиции (интерференции) квантованных электронных полуволн де Бройля, приводящего к периодическому возникновению вдоль продольной г и радиальной г координат проводника квантованных макроскопических ВЭП. Данные ВЭП, в свою очередь, порождают появление в материале проводника относительно "горячих" и "холодных" продольных и радиальных участков макроскопических размеров. Пространственный шаг периодизации продольных и радиальных ВЭП проводника согласно соотношениям (8), (9), (17) и (18) равен соответствующим квантованным длинам Хе„г/2 и Хе„г/2 электронных полуволн.

4. Возникновение в проводящей структуре исследуемого металлического проводника с электрическим током /0(/) в зонах указанных выше продольных и радиальных ВЭП явления квантованной периодической макролокализации дрейфующих свободных электронов, характеризующегося заметным различием плотностей дрейфующих свободных электронов, плотностей тепловой энергии и соответственно температур на относительно горячих" и "холодных" продольных и радиальных участках рассматриваемого проводника. Данное явление приводит к возникновению в материале металлического проводника с электрическим током неоднородных периодических продольных и радиальных температурных полей, которые можно реально зафиксировать и исследовать.

1. Полученные данные свидетельствуют о том, что в прямолинейном однородном круглом металлическом проводнике с электрическим аксиальным током из-за волновых свойств дрейфующих в нем свободных электронов, обуславливающих существование в его внутренней микроскопической структуре определенным образом квантованных электронных полуволн де Бройля, и процессов суперпозиции (взаимного наложения) данных дебройлевских электронных полуволн по всему проводящему объему проводника происходит периодическое формирование квантованных продольных и радиальных ВЭП макроскопических размеров. Возникающие при этом ВЭП харак-

теризуются повышенными по отношению к исходной усредненной электронной плотности пе0 проводника плотностями дрейфующих свободных электронов и соответственно увеличенными на них значениями плотностей тепловой энергии и температуры. Подобное продольное и радиальное перераспределение в объеме проводника указанных носителей электричества приводит к появлению в его макроструктуре неоднородного периодического температурного поля.

2. Представленные результаты теоретических и экспериментальных исследований волновых электрофизических процессов, сопровождающих протекание электрического тока проводимости различного вида (постоянного, переменного или импульсного) в рассматриваемом металлическом проводнике, однозначно указывают на то, что во внутренней кристаллической структуре исследуемого проводника из-за волнового характера продольного и радиального распределений в ней дрейфующих электронов возникает

явление квантованной периодической макролокализации свободных электронов. Степень и характер проявления данного квантовофизического явления по длине и радиусу металлического проводника с током і0(ґ) различных АВП определяется плотностью электрического тока в нем и энергетическим состоянием его свободных электронов в момент приложения к проводнику электрического напряжения и соответственно начала протекания по нему тока проводимости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.: Наука, 1976. - 616 с.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. -М.: Наука, 1990. - 624 с.

3. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. ред.

В.К. Тартаковский. - Киев: Наукова думка, 1989. - 864 с.

4. Солимар Л., Уолш Д. Лекции по электрическим свойствам материалов: Пер. с англ. / Под ред. С.И. Баскакова. -М.: Мир, 1991. - 504 с.

5. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики: Монография в 2-х томах. Том 2, Кн. 2: Теория электрофизических эффектов и задач.- Харьков: Изд-во "Точка", 2010. - 407 с.

6. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики: Монография в 2-х томах. Том 2, Кн. 1: Теория электрофизических эффектов и задач.- Харьков: Изд-во НТУ "ХПИ", 2009. - 384 с.

7. Техника больших импульсных токов и магнитных полей / Под ред. В.С. Комелькова. - М.: Атомиздат, 1970. - 472 с.

8. Мэтьюз Дж., Уокер Р. Математические методы физики / Пер. с англ. - М.: Атомиздат, 1972. - 392 с.

9. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров: Пер. с франц. / Под общ. ред. К.С. Шифрина. - М.: Наука, 1965. - 780 с.

10. Баранов М.И. Волновое распределение свободных электронов в проводнике с электрическим током проводимости // Электротехника. - 2005. - №7. - С. 25-33.

11. Баранов М.И. Энергетический и частотный спектры свободных электронов проводника с электрическим током проводимости // Электротехника. - 2006. - №7. - С. 29-34.

12. Баранов М.И. Новые физические подходы и механизмы при изучении процессов формирования и распределения электрического тока проводимости в проводнике // Технічна електродинаміка. - 2007. - №1. - С. 13-19.

13. Баранов М.И. Эвристическое определение максимального числа электронных полуволн де Бройля в металлическом проводнике с электрическим током проводимости // Електротехніка і електромеханіка. - 2007. - №6. - С. 59-62.

14. Баранов М.И. Волновой электронный пакет проводника с электрическим током проводимости // Електротехніка і електромеханіка. - 2006. - №3. - С. 49-53.

15. Баранов М.И. Основные характеристики вероятностного распределения свободных электронов в проводнике с электрическим током проводимости // Технічна електродинаміка. - 1008. - №1. - С. 8-11.

16. Баранов М.И. Квантовомеханический подход при расчете температуры нагрева проводника электрическим током проводимости // Технічна електродинаміка. - 2007. - №5. -

17. Баранов М.И. Теоретические и экспериментальные результаты исследований по обоснованию существования в микроструктуре металлического проводника с током электронных дебройлевских полуволн // Електротехніка і електромеханіка. - 1014. - №3. - С. 45-49.

18. Баранов М.И. Волновое радиальное распределение свободных электронов в цилиндрическом проводнике с переменным электрическим током // Технічна електродинаміка. - 1009. - №1. - С. 6-11.

19. Столович Н.Н. Электровзрывные преобразователи энергии / Под ред. В.Н. Карнюшина. - Минск: Наука и техника, 1983. - 151 с.

20. Электротехнический справочник. Производство и распределение электрической энергии / Под общей ред. И.Н. Орлова и др. - М.: Энергоатомиздат, Том 3, Кн. 1, 1988. - 880 с.

21. Баранов М.И. Расчетно-экспериментальное обоснование существования дебройлевских электронных полуволн в металлическом проводнике с импульсным током большой плотности// Вісник НТУ "ХИТ. - 1013. - №60(1033). - С. 3-11.

22. Баранов М.И., Колиушко Г.М., Кравченко В.И. и др. Генератор тока искусственной молнии для натурных испытаний технических объектов // Приборы и техника эксперимента. - 1008. - №3. - С. 81-85.

23. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; Под ред. Н.И. Белоруссова.- М.: Энергоатомиздат, 1988. - 536 с.

REFERENCES: 1. Tamm I.E. Osnovy teorii jelektrichestva . Moscow, Nauka Publ., 1976. 616 p. 2. Javorskij B.M., Detlaf A.A. Spravochnik po fizike . Moscow, Nauka Publ., 1990. 624 p. 3. Kuz"michev V.E. Zakony i formuly fiziki . Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 864 p. 4. Solymar L., Walsh D. Lekcii po jelektricheskim svojstvam materialov . Moscow, Mir Publ., 1991. 504 p. З. Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki: Monografija v 2-h tomah. Tom 2, Kniga 2: Teorija elek-trofizicheskih effektov i zadach . Kharkov, Tochka Publ., 2010. 407 p. б. Baranov M.I. Iz-brannye voprosy elektrofiziki: Monografija v 2-h tomah. Tom 2, Kn. І: Teorija elektrofizicheskih effektov i zadach . Kharkov, NTU "KhPI" Publ., 2009. 384 p. 7. Tehnika bol"shih impul"snyh tokov i magnitnyh polej. Pod red. V.S. Komel"kova . Moscow, Atomizdat Publ., 1970. 472 p. 8. Matthews J., Walker R. Matematicheskie metody fiziki . Moscow, Atomizdat Publ., 1972. 392 p. 9. Ango A. Mate-matika dlja elektro- i radioinzhenerov . Moscow, Nauka Publ., 1965. 780 p. 10. Baranov M.I. Volnovoe raspredelenie svobodnyh elektronov v provodnike s elek-tricheskim tokom provodimosti . Elektrotehnika - Electrical Engineering, 2005, no.7, pp. 25-33. 11. Baranov M.I. Ener-geticheskij i chastotnyj spektry svobodnyh elektronov provodnika s jelektricheskim tokom provodimosti . Elektro-tehnika - Electrical Engineering, 2006, no.7, pp. 29-34. 12. Baranov M.I. Novye fizicheskie podhody i mehanizmy pri izuchenii processov formirovanija i raspredelenija elektricheskogo toka provodimosti v provodnike . Tekhnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics,

2007, no.1, pp. 13-19. 13. Baranov M.I. Evristicheskoe opredelenie maksimal"nogo chisla jelektronnyh poluvoln de Brojlja v metal-licheskom provodnike s elektricheskim tokom provodimosti . Elektrotekhnika i elektromekhanika - Electrical engineering & electromechanics, 2007, no.6, pp. 59-62. 14. Baranov M.I. Volnovoj elektronnyj paket provod-nika s elektricheskim tokom provodimosti . Elektrotekhnika i elek-tromekhanika - Electrical engineering & electromechanics, 2006, no.3, pp. 49-53. 1З. Baranov M.I. Osnovnye harakteristiki verojatnostnogo raspredelenija svobodnyh elektronov v provodnike s elektricheskim tokom provodimosti . Tekhnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 2008, no.1, pp. 8-12. 16. Baranov M.I. Kvantovomehanicheskij podhod pri raschete temperatury nagreva provodnika elektricheskim tokom provodimosti . Tekhnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 2007, no.5, pp. 14-19. 17. Baranov M.I. Teoreticheskie i eksperimental"nye rezul"taty issledovanij po obosno-vaniju sushhestvovanija v mikrostrukture metallicheskogo provodnika s tokom elektronnyh debrojlevskih poluvoln . Elektrotekhnika i elektromekhanika - Electrical engineering & electromechanics, 2014, no.3, pp. 45-49. 18. Baranov M.I. Volnovoe radial"noe raspredelenie svobodnyh elektronov v cilindricheskom provodnike s peremennym elektricheskim tokom . Tekhnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 2009, no.1, pp. 6-11. 19. Stolovich N.N. Elektrovzryvnye preobrazovateli energii . Minsk, Nauka & Tehnika Publ., 1983. 151 p. 20. Elektrotehnicheskij spravochnik. Proizvodstvo i raspredelenie elek-tricheskoj energii. Tom З, Kniga І . Moscow, Ener-goatomizdat Publ., 1988. 880 p. 21. Baranov M.I. Raschetno-eksperimental"noe obosnovanie sushhestvovanija debrojlevskih elek-tronnyh poluvoln v metallicheskom provodnike s impul"snym tokom bol"shoj plotnosti . Visnyk NTU "KhPI" - Bulletin of NTU "KhPI", 2013, no.60 (1033), pp. 3-12. 22. Baranov M.I., Koliushko G.M., Kravchenko V.I., Nedzelskyi O.S., Dnyschenko V.N. Generator toka iskusstvennoj molnii dlja naturnyh ispy-tanij tehnicheskih ob’ektov . Pribory i tekhnika eksperimenta - Instruments and experimental techniques, 2008, no.3, pp. 81-85. 23. Belorussov N.I., Saak-jan A.E., Jakovleva A.I. Elektricheskie kabeli, provoda i shnury: Spra-vochnik . Moscow, Ener-goatomizdat Publ., 1988. 536 p.

Поступила (received) 05.02.2014

Баранов Михаил Иванович, д.т.н., с.н.с.,

НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ",

61013, Харьков, ул. Шевченко, 47

тел/phone +38 057 7076841, e-mail: [email protected]

Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute "Molniya"

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine Quantum-wave nature of electric current in a metallic conductor and some of its electrophysical macro-phenomena.

The paper presents results of theoretical and experimental research on wave longitudinal and radial distribution of drifting free electrons in a round homogeneous metallic conductor with a pulse axial current. The studies reveal quantum-wave character of electric conduction current flow in the conductor examined, which results in a phenomenon of quantized periodic macrolocalization of free electrons in the conductor inner structure.

Key words - metallic conductor, electric current, drifting free electrons, electronic half-waves, phenomenon of macro-localization of electrons.

В природе все вещества состоят из молекул. Молекула, в свою очередь, состоит из атомов, атом – из ядра, состоящего из не имеющих заряда нейтронов и положительных протонов, вокруг которого вращаются электроны. Ядро имеет положительный заряд, а электроны – отрицательный:

Атом в целом электрически нейтрален, но при воздействии на него (например, при нагревании) он приобретает дополнительную энергию, в результате чего разрывается связь между ядром и наиболее удалённым электроном. Этот электрон уходит со своей орбиты, и весь атом становится положительно заряженным ионом. Оторвавшийся электрон либо начинает хаотическое движение (т.н. свободный электрон ), либо присоединяется к другому атому, превращая его в отрицательно заряженный ион.

Если к концам проводника подсоединить источник ЭДС (например, батарею), то движение свободных электронов в проводнике станет упорядоченным, т.е., по проводнику потечёт электрический ток. Упорядоченное движение электронов называется электрически током. Количество свободных электронов характеризует способность материала проводить электрический ток. Количество электронов, равное 6,23 10 19 принято считать, как 1 Кулон (Кл). При силе тока 1А за 1с в проводнике проходит количество электричества, равное 1Кл.

Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники делятся на 2 класса:

1 класс - металлы и сплавы

2 класс - водные растворы кислот, солей и щелочей.

Полупроводники пропускают ток только в одном направлении.

Диэлектрики не имеют свободных электронов, поэтому не проводят электрический ток.

- Электрический потенциал (читается «фи» ).

Если в электрическом поле положительного заряда находится другой положительный заряд, то эти заряды стремятся оттолкнуться друг от друга. При этом совершается определённая работа (W ) за счёт совместного действия полей обоих зарядов. Отношение этой энергии к величине заряда (q ) называется электрическим потенциалом:

φ = W /q , то есть 1В=

Т.к. энергия совместного поля зарядов W при отдалении двух зарядов ослабевает, то и электрический потенциал в разных точках проводника будет разным.

- Электрическое напряжение.

Электрическим напряжением называется разность потенциалов между двумя точками проводника. Измеряется в вольтах (В), обозначается U:

U = φ 1 – φ 2 = E

-ЭДС.

Если два разноимённо заряженных тела соединить проводником, то свободные электроны начнут направленное движение, т.е., по проводнику потечёт электрический ток. Он будет протекать до тех пор, пока напряжение (разность потенциалов) на концах проводника не станет равным нулю. Для непрерывности процесса необходимо постоянно поддерживать разность потенциалов, т.е., к концам проводника необходимо присоединить источник электрической энергии – источник ЭДС (электродвижущей силы), например, генератор или АКБ. Источник электрической энергии, соединённый с потребителем при помощи проводов (проводников) образует замкнутую электрическую цепь. При этом в электротехнике принято считать, что ток движется от «+ » к «- ». Единица измерения - Вольт (В).

- Сила тока.

Силой тока (I ) называется количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1сек.

I = , где q - количество электричества (Кл), t - время (с).

Сила тока измеряется в Амперах (А ).

- Сопротивление.

При движении свободных электронов в проводнике, они на своём пути сталкиваются с атомами, отдавая при этом часть своей энергии. Эта энергия переходит в тепловую и нагревает проводник. Каждый материал имеет свои свойства проводимости. Чем хуже проводимость (т.е., больше сопротивление движению электронов), тем больше нагрев проводника. Медь и алюминий имеют низкое сопротивление, а нихром и фехраль – высокое. Поэтому в электрических цепях подвижного состава метрополитена используют медные провода, а для ограничения силы тока применяют сопротивления из фехраля. Обозначение - R, единица измерения - Ом.

- Типы электрических соединений.

Существуют 3 основных типа электрических соединений:

1. Последовательное соединение. При этом все аппараты и приборы соединяются в единую непрерывную цепь, как лампы в ёлочной гирлянде. Если в такой гирлянде (с последовательным соединением) перегорит хотя бы одна лампа, то погаснет вся гирлянда. В последовательной цепи сила тока одинакова на всех участках, общее сопротивление всей цепи будет равно сумме всех сопротивлений: R общ =R 1 +R 2 +R 3 , а общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом участке цепи: U общ =U1+U 2 +U 3 Для расчёта последовательной цепи применяют Закон Ома для неразветвлённой цепи:

I = , где U - напряжение, R - сопротивление или R =