Главная    Конференция    "Размышления часть 13"

О равенстве и неравенстве

В.В. Митрофанов

"Равенство-есть вещь самая естественная и в то же время химера"

Вольтер

"Пусть лучше некоторые будут счастливы, чем никто, как это случилось бы при установлении полного равенства"

Сэмюэл Джонсон

"Возможно равенство-это право, но никакая сила на земле не сделает его фактом"

Оноре де Бальзак

"Все люди рождаются равными и до самой смерти против этого борются"
Александр Кумор

Я привел четыре афоризма посвященные одному понятию - термину-равенство. Из них следует, что равенства нет. А есть неравенство. Неравенство есть не только в жизни, обществе, но и в науке, технике, технологии. Естественно, я не буду рассматривать неравенство ни в жизни, ни в обществе, а рассмотрю только очень немного примеров в области науки и технологии. Самый сильные примеры - это любое противоречие, в котором обе противоположности составляют сильнешее неравенство, например, проводник - изолятор, и,очевидно, все элементы таблицы Д.И.Менделеева, в которой каждый элемент отличается от предыдущего и последующего целым набором параметров - массой, числом электронов на внешней орбите, агрегатным состоянием, и всеми физическими и химическими свойствами. Оказалось, что на основе одного элемента родились новые науки и промышленные отрасли. Например, углерод-создал органическую химию. На основе германия, кремния была создана полупроводниковая промышленность. На базе урана также создана целая наука и промышленность. Очевидно, что эти элементы используются как основные, и с ними совместно применяются и другие элементы таблицы, такие как кислород, водород. азот, бор, фосфор и т.д.

Мне представляется, что мы можем говорить о том, что предложенное в ТРИЗ правило моно-би-поли-поли разное, может быть использовано и в случае химии. Атом,молекула, многоатомная молекула и молекула с разными атомами. Можно говорить и о делении атома - ион электрон, двухзарядный ион, многозарядный ион, распад ядра. Но кроме этого есть также интересная область знания, которая проявляется на твердых телах и в которых неравенство вызывает в них заметные изменения. Я имею ввиду эффект Тваймана. Он обнаружил, что тонкое стекло большого диаметра, поверхности которого обработаны различно, самопроизвольно изгибается. Мы столкнулись с этим эффектом на пластинках германия и кремния. Мы изучили этот эффект и пришли к выводу, что деформация пластин вызывается совместным действием сил поверхностного натяжения шлифованной (растяжение)и полированной (cжатие) поверхностей. Как только поверхности обработаны одинаково - эти силы равны и деформации нет. Сейчас, когда во многих отраслях широко используется микро и нано технологии этот эффект может также встретиться и принести неприятности.

По аналогии я должен сказать, что этот эффект должен быть на всех тонких пластинках из любого вещества, у которого поверхности обработаны различно. Очевидно, можно вывести формулу для этого эффекта для любого материала.

Несколько слов по обработке поверхностей. Одна сторона должна быть полированной, а другая подвергнута любой обработке - шлифовке, диффузии примесей, ионной имплантации примесей и т.д. Мне представляется, что этот эффект может быть использован для разработки датчиков измерения механических напряжении.

Нами был проведен интересный эксперимент. Полированная с двух сторон пластина кремния была включена в мостовую схему тензостанции. Так получилось, что у нас на несколько дней оказалась тензостанция и я решил посмотреть как она почувствует этот эффект. По одной поверхности кремниевой пластинки, включенной в мост, который был скомпенсирован и выведен на ноль, я слегка провел самой мелкозернистой абразивной бумагой, и мост мгновенно среагировал.. Конечно, возможны возражения, что могут быть и другие причины,вызывающие нарушения баланса моста, но кого заинтересует эта проблема могут сами проверить. Мне очень нравится выражение Олега Крышталя -"Асимметрия - неравенство, неравенство - сжатая пружина."

Дело в том, что под неравенством можно понимать и асимметрию, дисимметрию, несоответствие, хиральность, противоположность и даже сумму противодействующих сил. Трудно сказать, кто первый обратил внимание на привлечение понятия неравенства к решению научных задач. Однако, широко известно, что великий Пастер, который первый открыл, что в живом организме все молекулы сахара правые, а молекулы аминокислот - левые, назвал силы, которые переводят левые в правые и наоборот, дисимметричными. Вслед за ним П.Кюри призывал всех ученых использовать дисимметрию для открытия новых явлений. Сам он совместно с братом используя дисимметрию открыл на кристаллах, по моему, пироэффект.

Приведу пример применения мной неравенства при решении научной задачи. Из того времени когда я учился у меня осталось ощущение, что в электрохимии есть задача, которая не решена примерно с 1850 года. Это задача о перенапряжении водорода на катоде. Позже я узнал, что академик Фрумкин длительное время занимался этим вопросом, но объяснить этот феномен ему не удалось. Может сейчас нашли ему объяснение, я не знаю, но для себя я этот парадокс объяснил.

Итак суть проблемы в следующем. Когда собрана эл.химическая ячейка в которую входят два электрода - анод и катод, расположнные в сосуде, наполненном водой, и регулируемый источник питания, то на анод подается плюс, - на катод минус. Полагали, что при подаче на катод небольшого напряжения, на нем начнет выделяться водород. Оказалось что это не так. Более того, оказалось, что каждый элемент имеет свое собственное значение этого напряжения, величина которого от десятых долей вольта, например для Pt=0,2в. и для Hg=1,55в. Неравенство всех свойств металла-катода и воды очевидны, начиная от их агрегатного состояния и кончая работой выхода электронов из воды и металла. И это неравенство мало заметно в обычных условиях, но сразу проявляется после удаления с поверхности металла окисного слоя. Изучая эффект Рассела мы установили, что после удаления с поверхности кремния: [германия] окисного слоя, или после шлифовки поверхности, с нее в первые секунды после обработки происходит мощная эмиссия возбужденных молекул водорода. Я представляю себе, что на поверхости происходит революция, причем не бархатная, не революция роз, а настоящая французская революция 1793 года. Количество молекул водорода в этот момент максимальное, но оно с каждой минутой падает, до тех пор, пока не вырастет на поверхности окись кремния. Теперь, зная из книги Г.Скворцова о мере действия, я могу сказать, что обработка поверхности - ее разрушение есть воздействие такой меры действия на поверхность, что она привела ее к переходу через границу качества.

Все, что я описал для пластинки кремния, должно присходить и на катоде после подготовки его поверхности к работе. Это означает,что как бы мы не очищали поверхность катода, на ней всегда в окисляющей среде, в воде, будет расти окисел. Теперь предствим себе, что на такой катод подается отрицательное напряжение, электроны не могут преодолеть окисный слой и протоны, находящиеся с другой стороны окисного слоя остаются без них. Увеличим напряжение на катоде, и вот, наконец. величина меры действия электронов на окисел достигла границы качества окисла и электроны прорвались через окисел и встречаются с протонами, образуя атомарный водород. Напряжение, при котором процесс пошел, и есть перенапряжене водорода на катоде.

Можно сказать, что работа катода в ЭХЯ очень похожа на работу транзистора. Действительно, граница металл - окисел - это эмиттер, сам окисел - база, а граница окисел - вода - коллектор. Посмотрите, сколько участников процесса и как они отличаются друг от друга по своим свойствам. Полнейшее неравенство!! Один из выводов этого исследования - все металлы, находящиеся левее водорода в ряду напряжении, всегда покрыты окислом, причем у каждого окисла своя собственная структура, толщина и т.д. Собственно этот окисел и определяет величину перенапряжения, которая для каждого металла своя, более того ее точно измерить не удается. То, что я описал - это открытие для себя. Если оно кому нибудь поможет, я буду очень рад. Другой вывод - используйте неравенство при решении задач, к чему призывал П.Кюри.

В.Митрофанов


Главная    Конференция    "Размышления часть 13"