生活中的电学

不用光照就能发电的二极管
  一般发电需要燃煤、燃油或靠原子能反应、化学反应等,这些物质用完了,电也就发不出来了。中国科学院生物物理研究所物理实验室徐业林研究员经过36年艰苦探索,研制成功一种能从周围环境中不断吸取能量发出电能的新型半导体器件;无偏二极管。

  无偏二极管获取能量的途径与常规发电完全不同。它是向内能库要能量。在导体、半导体中有很多导电电子,它们以很高的速度作热运动,由于运动方向杂乱无章,互相抵消电流为零。无偏二极管在无任何偏置电流、电压的条件下,具有单向导电特性,故可将杂乱无章的热运动定向化,当将其两端用导线相连时,便形成了电流。这一能量是二极管中热运动速度高的电子降速换来的,因而二极管将降温;降温后的二极管从周围环境吸收热量。二极管发出的电流流过负载电阻,负载电阻发热,热量散发到周围环境中,通过环境再还给二极管,自然形成循环,二极管便可持续输出能量。它发电时不需光照,也不需温差,即便将它放入一个密封的金属盒中,电流电压也不会受任何影响。

  目前,徐业林研制的无偏二极管,在带动负载的情况下,负载电压达100毫伏特,负载电流达01微安培;短路电流为5微安培。电压已达理论上限,电流理论上限为每平方厘米数百安培。

  无偏二极管具有诱人的应用前景。它由硅构成,资源丰富,体积小。将多个无偏二极管串联,可以构成强大的发电器,带动各种电器,如作为手机、笔记本电脑、电动汽车等的电源。它不污染环境,从取之不尽的环境中获取能量,不需加油,不需充电,是一种新型的理想能源。
  这一成果已申请国家专利,最近又通过了专家评议。专家们认为该实验结果真实可信,理论分析合乎道理,建议有关部门给予大力资助和支持,以尽快使它走向实际应用。已为此奋战了36年的徐业林更是热切盼望得到企业界的支持。
给计算机注入光
  最近,在德国慕尼黑大学的实验室里,阿希姆·维克斯福特和他的同学们到了一种捕获
光束的方法,能把光束存储一会儿,然后再把它放走。这种巧妙的方法对于制造未来的光学计算机可能具有深远意义。 

  神奇的光具有通信和计算机技术人员所盼望的理想特性,其信息载运能力(或者说带宽)非常巨大。一束激光脉冲一秒钟就可传输整部《不列颠百科全书》。光还能轻而易举地分成很多光束,成为并行处理的理想媒介,而并行处理是高速计算技术的未来发展趋势。还有,光的运动是宇宙中速度最快的。 

  光的运动速度快是个优点也是缺点,如果你想获得数据,你必须让它撞上什么东西停下来。近年来,物理学家已设计出一些非常奇特的墙壁供光束撞击,这些统称为光电子学技术会把光所携带的数据转换成普通机器所使用的电子形式的技术。 

  应用光电子技术能够把信息以光速从一个地方传送到另一个地方,在越洋电话电缆、电视遥控器等各个领域都可见到光电子设备的身影。但是,在实际应用中,仍然要把光的惊人速度和传输容量转换成缓慢的电子流,从而受到导电物体变幻莫测的电流的限制。如果能
够使用光而不是电子,那么就有可能建造超高速的设备;如光学计算机。 

  为了实现这一梦想,必须设法让光在某些地方滞留一段时间以备使用,实际的滞留时间要足够长,以使光束能够充当光传导数据的存储器。

  人们多年来一直在寻制造这种光学存储器的方法。他们尝试了各种各样的方法,有的方法要利用古怪的量子效应,有的方法则显得直截了当(比如让光在一个光纤做成的线圈中运行一段时间等)。 

  维克斯福特说,这些装置的缺点在于它们的体积一般很庞大,为了把光滞留百万分之一秒,你需要300米长的光纤,并且它们还难以控制。他说:理想的光学存储器应该是一个小型容器,进入容器中的光信号应该能够按人们的需要保留一段时间,然后再以光的形式释放出来。 

  维克斯福特的研究小组今年早些时候在《科学》杂志上公布了他们的研究成果:一种把光
存储在比一个句号还要小的存储装置中的切实可行的方法。他们使用的是半导体材料,使这种装置非常容易制造并且可与现有的电子技术相结合。 

  不过制造一种能够捕获、存储和释放光的存储器要困难得多。 

  为了克服这个障碍,维克斯福特的科研小组研究控制电子运动的新方法。他们发现表面声波施加到晶体表面的波浪形压力是一种大有希望的控制电子的方法。 

  维克斯福特的学生卡斯腾·勒克领导的一个研究小组使用一个高频电场制造出了一种声波。勒克和他的同事们还设法把能量保存了几个微秒的时间,这比自然条件下电子空穴对的存在时间长了几千倍。 

  但是这里有个难题:所有这些实验都是在只比绝对零度高4度的液氦低温下进行的,并不便于在日常电器中使用。目前,维克斯福特则向人们表明,通过采用砷化镓和砷化铝半导体层,并且在表面装上一个透明的电极用来产生电场,在液氮温度下也能取得同样的结果。


  他们设法把光存储了35微秒。通过进一步改善设计,他们认为能够在室温下运行的装置没有理由不会很快做成。维克斯福特说,只要你知道了原理,就像生活中的平常事情一样,制造一个光学存储器是非常容易的。 

  这种声光装置大有用途。这种存储器的灵活性为制造一系列的装置开辟了道路,这些装置不仅能够存储光,而且还能够处理诸如复合和分解(把很多输入的光信号合成一个信号以及把一个信号分解成多个信号)这样的任务。 

  维克斯福特说:光学动态随机存取存储器在诸如光学模式的识别和图像处理等领域具有诱人的应用潜力。
不洗手不开门的厕所
  法国敦克尔克的一位57岁的瓷砖匠侯拜设计了一种新型厕所,对那些上了厕所后不洗手的人,厕所门上的电子锁就不会给打开。侯拜之所以发明这种厕所,是因为他希望改善餐厅人员的卫生习惯。

  侯拜曾看到一则电视新闻报道说,巴黎一间酒吧装花生的盘子上留有许多人的尿迹。这件事促使他发明了这种厕所。

  使用侯拜的这种新型厕所后,必须把手放在厕所内的盥洗水龙头下10秒钟以上,厕所的门才能打开。水龙头与厕所门上的电子锁是由光电管连通的。
神秘的闪电
黑闪电 19746231745分,前苏联著名天文学家契尔诺夫在札巴洛日城曾亲眼看到一次飞速滚动的黑闪电。时值一场大雷雨正袭击该城。开始是强烈的球状闪电,一会在它后边飞过一团黑闪电,在灰云层的背景下看得很清楚。更为有趣的是,前苏军上
校包格旦诺夫,在莫斯科市的大白天里也目睹到一个平稳地、冒着气的黑闪电,直径大约25—30厘米,像是雾状的凝结物。它的身后呈淡红的阴影,周围呈现深棕的光轮,像烧红了的大火球,飞快地滚动,不久就爆炸了。

  科学家们观察研究后发现,黑闪电常在树上、桅杆上、房顶上和金属表面上,呈现出瘤体状或泥团状。当人们用物体敲打或摘除它时,它便会燃烧或爆炸。

  黑闪电的本来面目很难被揭穿,人们往往把它看成是一只鸟儿或其它物体,因此是最危险的闪电。当人们或飞机接近时,它会变成球状体并发生爆炸。

  黑闪电是怎样形成的呢?科学家们研究结论是:它是由分子气溶胶聚集物产生出来的。它是由于太阳、宇宙光、云电场、条状闪电等因素长时间作用于空气产生的。当聚集物基本聚成球状时,就会变成能爆炸的黑闪电。

  干闪电 海外闪电研究专家告诫世人,即使在没有暴雨和雷声的时候,也要当心干闪电的
突然袭击。因为云层中的空气和水粒子的湍流作用会在大气中形成电荷,由此形成的闪电已使许多人丧生。离赤道较近的新加坡在过去的40年里就有一百多人遭到这种被称为干闪电的袭击而死去。199512月份的一天,天空中形成的使人们无法用裸眼测出的干闪电将一名正在起重机上操作的33岁的男子击中,起重机也被击毁。

  科研人员认为,即使在天空中没有下过一点雨珠也听不到雷响的情况下,闪电活动也可能产生。一般说来,只要在天空中发现类似要下暴雨的云层,在高空作业或野外空旷地区工作的人员就应该马上回到室内或寻一处较为安全的地方避免可能出现的干闪电的袭击。

  海底闪电 大气中的闪电打雷司空见惯,这是由于空气的导电能力差,当乌云中正负电荷积累到一定程度,就会放电。而海水是咸的,且浓度大,导电率相对较好,似乎无法积聚起大量的电荷,怎么能产生闪电现象呢?   海底也有闪电,这是前苏联科学家在日本海底发现的。灵敏的电场仪表明,海底放电的频率与大气中闪电的频率相同。这使科学家们大惑不解。因为按照水文物理学规律,深层海水的导电率良好,理应与雷公雷母无缘。

  科学家们经过反复试验,最后认为:电荷源实际上来自陆地上近海岸的空中,再经过岩石传导,一直深入到海底。但随着传导距离的增加,电量逐渐减少。因此,海底测得的放电量一般是较弱的。这样看来,海底世界并不平静,它程度不同的与陆地世界息息相通。无论海洋,还是陆地,都是地球不可分割的组成部分,无怪乎总是难舍难分的。

本文发布于:2024-09-24 02:27:42,感谢您对本站的认可!

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