Введение

В настоящее время деятельность инженера не мыслима без знания физических эффектов, лежащих в основе функционирования технических объектов. В современной литературе описание физических эффектов представлено, в основном, в виде набора формул, за которыми трудно разглядеть сущность эффекта.

Данное пособие - не справочник, потому что оно включает в себя лишь незначительную часть огромного количества эффектов и явлений изученного окружающего нас мира. Роль данного пособия заключается в том, что оно поможет увидеть и ощутить одну из важнейших тенденций развития технических систем – переход от исследования природы и практического воздействия на нее на макроуровне к исследованию ее на микроуровне и связанный с этим переход от макротехнологии к микротехнологии.

Микротехнология основывается на совершенно иных принципах, чем технология, имеющая дело с макротелами. Микротехнология строится на основе применения к производству современных достижений химической физики, ядерной физики, квантовой механики. Это новая ступень взаимодействия человека и природы, а самое главное - это взаимодействие происходит на языке природы, на языке ее законов.

Человек, создавая свои первые технические системы, использовал в них макромеханические свойства окружающего вас мира. Это не случайно, так как научное познание природы началось исторически именно с механических процессов на уровне вещества.

Вещество с его внешними формами и геометрическими параметрами является объектом, непосредственно данным человеку в ощущениях. Это тот уровень организации материи, на котором она предстает перед человеком как явление, как количество, как форма. Поэтому каждый технологический метод воздействия соответствовал (и во многих современных технических системах сейчас соответствует) простейшей форме движения материи - механической.

С развитием техники все методы воздействия совершенствуются, но, тем не менее, в их соотношении можно проследить известные изменения. Механические методы в большинстве случаев заменяются более эффективными физическими и химическими методами. В добывающей промышленности, например, вместо механического дробления руды и подъема ее на поверхность, получают распространение методы выщелачивания рудного тела и получения раствора металла с последующим его выделением химическим путем. В обрабатывающей промышленности микротехнологии приводит к революционным преобразованиям: сложные детали выращивают в виде монокристаллов, внутренние свойства вещества изменяют воздействием сильных электрических, магнитных, оптических полей. В строительстве использование фундаментальных свойств вещества позволяет отказываться от сложных и дорогих механизмов.

Чем объяснить эффективность микротехнологии? Здесь трудно различить вещество, являющееся орудием воздействия, и вещество, служащее предметом труда. Здесь нет инструмента непосредственного воздействия, рабочего оружия или рабочей части машины, как это имеет место при механических методах. Функции орудия труда выполняют частицы веществ-молекул, атомы-участвующих в процессе. Причем сам процесс легко управляем за счет воздействия определенными полями на частицы объекта, создавая при этом соответствующие условия.

Переход от механических и макрофизических методов воздействия к микрофизическим позволяет значительно упростить любой технологический процесс и добиться при этом большого экономического эффекта.

Данная книга-пособие продемонстрирует на примерах эффективность использования законов природы при проектировании новой техники. В ней представлено описание физико-технических эффектов (ФТЭ) по следующей схеме: Название, Входы-выходы, Графическая иллюстрация, Сущность, Математическое описание, Применение. Кроме того, здесь изложен алгоритм «Синтеза физического принципа действия», с помощью которого можно решать технические задачи любой сложности на основании применения законов физики.

Пособие предназначено для студентов технических специальностей, а также инженеров и проектировщиков новой техники и технологии. Кроме того, оно будет полезно всем, кто интересуется физикой или использует ее в своей практической деятельности.