ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Отступление 9 этот странный водород из "Атомы блуждают по кристаллу" Отступление 9 этот странный водород. Водород — почти неизбежная примесь любою сплава. Он маленький (диаметр атома водорода в металлах колеблется от 0,056 до 0,092 нм), и вероятно поэтому очень подвижный. Большая подвижность водорода по сравнению с другими элементами особенно заметна при низких температурах. [c.64] Мы уже говорили, что коэффициент диффузии возрастает с ростом температуры. По-видимому, это прямое следствие увеличения интенсивности теплового движения атомов и молекул с ростом температуры. В многочисленных исследованиях было обнаружено, что коэффициент диффузии растет сильно, как правило, по экспоненциальному закону. 0=0оехр (—Е1йТ) Здесь Оо — предэкспоненциальный множитель (он стоит перед экспонентой), а Е — энергия активации процесса диффузии. Обе эти величины не зависят от температуры об их физическом смысле мы пока ничего не говорили. Приведенное уравнение было впервые получено шведским физико-химиком С. Аррениусом, Оно применимо не только к скорости диффузии, но и к скорости большого чис--лга процессов в твердых телах это — одно из основных уравнений химической кинетики, учения о скорости химических процессов. [c.65] Отступление 10 поговорим об экспоненте. Мы уже не первый раз встречаемся с экспоненциальным законом. Экспоненциальная зависимость — одна из самых. распространенных в физике. [c.65] Таких ситуаций в природе и в технике много. Одни из наиболее известных — это радиоактивный распад и цепные реакции, происходящие со взрывом, например, реакция деления урана, приводящая к атомному взрыву. Деление урана вызывается нейтронами, и скорость размножения нейтронов пропорциональна уже имеющемуся их числу. Представьте себе снежную лавину, которая катится вниз, обрастая снегом и льдом. Скорость роста лавины тем больше, чем больше снежный ком. Вот зрительный образ экспоненциального закона. [c.66] В уравнении Аррениуса D==Doexp(—E RT) коэффициент диффузии является экспоненциально убывающей функцией Г- т. е. обратной температуры. С ростом температуры коэффициент диффузии растет вплоть до температуры плавления и тем сильнее, чем больше величина энергии активации диффузии В. [c.67] Для атомов, образующих твердые растворы внедрения, энергия активации диффузии гораздо меньше, чем для самодиффузии растворителя. Так, для диффузии углерода в железе она составляет (в зависимости от структуры железа) 100—130 кДж/моль, а водорода — еще меньше около 30 кДж/моль. Энергия активации самодиффузии железа гораздо больше 250—270 кДж/моль. [c.67] Таким образом, мы знаем теперь, почему диффузия в твердых телах протекает намного медленнее, чем в жидкостях и газах. Характерные порядки величин коэффициентов диффузии в газах 10 м с, в жидкостях — 10 mV (причем, и те и другие слабо зависят от температуры), а в твердых телах во всяком случае для самодиффузии) — lO м /с и меньше, с сильной температурной зависимостью. Понятно, почему так долго не могли обнаружить перемешивание твердых тел,— оно очень медленное. [c.67] Непонятно другое. Как вообще происходит диффузия в твердых телах Там очень тесно, господствует порядок — атомы сидят в узлах кристаллической решетки основной вид теплового движения—малые колебания около положений равновесия, узлов, и они не приводят к диффузии. [c.67] Чрезвычайно поучительно проследить за ходом мыслей, приведших Френкеля к ясной картине перемещения атомов в твердых телах. Вот как описывает это сам Френкель в статье О тепловом движении в твердых и жидких телах , опубликованной в 1926 г. Я не буду пересказывать Френкеля, а приведу длинную цитату из этой статьи с некоторыми сокращениями. [c.68] Мы видим, таким разом что в результате внутреннего испарения один из узлов, именно тот, где ран е находился рассматриваем ш атом, окажется вакантным, зато одно из междоузлии кажется занятым. Такой процесс может многократно повторяться с тем же самым атомом. Переходя из о ного междоузлия в соседнее, дислоцированный ат V может с рансгвовать по всему внутреннему пространству кристалла... [c.69] Не только дислоцированный атом может путешествовать по междоузлиям, но и вакантное место, которое он оставляет в решетке, также должно обладать подвижностью и странствовать по всему объему кристалла, причем перемещение его имеет эстафетный характер. Отдельные элементарные перемещения осуществляются разными атомами, в то время как в случае дислоцированного состояния перемещение осуществляется одним и тем же атомом. [c.70] Не обязательно, чтобы число свободных вакансий в точности равнялось числу дислоцированных атомов. Если избыточная энергия недостаточна для испарения (полного отрыва от кристалла), то возможно неполное испарение, при котором атом, вырвавшись из своего окружения, может перейти в новое положение, еше более поверхностное (рис. 19). Вероятность такого перехода больше, чем полного отрыва. При этом на исходном месте образуется дырка, глубже лежащий атом может занять ее место. Другими словами, дырка может перейти глубже и продолжать свое странствование по всему объему тела. Таким образом, дырка может возникнуть и проникнуть внутрь кристалла без одновременного внедрения одного из атомов в междоузлие, а путем перехода одного из атомов в поверхностное положение. В том случае, когда внедрение атома в междоузлие является очень невыгодным (например, в компактных структурах), дырки образуются преимущественно таким механизмом. Этот механизм можно рассматривать как растворение в кристалле окружающей пустоты... [c.70] Заметьте, что в 1926 г. никто этих вакансий в глаза не видел это теперь мы из опытов знаем, что они действительно существуют. Вот вам ярчайший образец абстрактного и в то же время необыкновенно конструктивного научного мышления и предвидения. [c.71] Перечитайте еще раз. Вы вошли в творческую лабораторию ученого. Вы видите, как рождается образ, как появляется идея, как оформляется мысль. Мне кажется, что следить за этим волнующе интересно и поучительно. Конечно, следить — еще не значит научиться, перенять. Иначе все были бы великими физиками, худож никами, композиторами. [c.71] Отступление II интуиция и модели в науке. Научная работа состоит не только из опытов и размышлений над ними. Важной составной частью научного творчества является подсознательная работа мозга. Эйнштейн ставил интуицию выше знаний. Вот что он сказал Я верю в интуицию и вдохновение. Иногда я чувствую, что стою на правильном пути, но не могу объяснить свою уверенность. Воображение важнее знания, ибо знание ограничено. Воображение же охватывает все на све1е, стимулирует прогресс и является источником его эволюции. Строго говоря, воображение — это реальный фактор научного исследования . Напомню еще слова Ленина ...в самом простом обобщении, в элементарнейшей общей идее ( стол вообще) есть известный кусоче фантазии ). [c.72] Идеи порой приходят в самое неожиданное время, в салмом неожиданном месте, за самым неожиданным занятием. Знаменитый римский философ и оратор Цицерон говорил Я никогда не бываю так занят, как в час 1 досуга . [c.72] Иногда решение приходит во сне или в состоянии между сном и бодрствованием, возникающим после напряженного труда. [c.72] Важно и то, что озарение приходит именно после напряженного труда, когда человек доводит себя до предельного состояния, когда сознательное мышление продолжается и во сне, а подсознательное—наяву. Эйнштейн признавался, что в период создания теории относительности он доходил до галлюцинаций. [c.73] Вернуться к основной статье