1.4. Три основных закона нашего мира.
1. Время во всех точках пространства Вселенной синхронизировано.
2. Существует рекуррентный процесс, который идёт из прошлого в будущее. Такой процесс называется накоплением. Движение также относится к процессу накопления.
3. Существует процесс управления. В этом процессе Будущее управляет Прошлым. По-другому этот процесс можно назвать отрицательной обратной связью.
Три основных закона нашего мира в сочетании с законами переноса (энергий) порождают законы для систем с НООС.
Это:
1. закон самоиндукции (закон для магнитной релаксации).
2. закон для электрической релаксации.
3. закон Ньютона-Рихмана (закон тепловой релаксации)
Для механического движения:
1. закон движения массы (закон об инерции, или 1-й, 2-й и 3-й законы Ньютона)
1.5. Трёхуровневые физические системы. Верхняя трёхуровневая физическая система: термоэлектрическая. Закон о соотношении токов энергий.
Двухуровневые физические системы можно получить, если брать вместе два смежных уровня энергии.
Но существует вариант, когда можно рассмотреть как физическую систему вместе три (а иногда и четыре) уровня энергии. Такой вариант существует в тепловой иерархии энергий.
Это вариант преобразования энергий при условии существования тока энергии 4-го уровня. Ток энергии 4-го уровня: диффузионный (или флуктуационный ) ток.
В условиях тока энергии четвёртого уровня работают многие электронные приборы: вакуумный диод, вакуумный триод, полупроводниковый диод, биполярный транзистор и другие аналогичные им приборы. В условиях тока энергии четвёртого уровня (при участии всех четырёх уровней энергии) происходят магнито-термо-электрические явления.
Рассмотрим трёхуровневую физическую систему, называемую термоэлектрической. Двухуровневые физические системы – это двухэтажный поезд, где энергия системы отображается верхним этажом, а заряд системы – нижним.
Соответственно трехуровневая физическая система – это трёхэтажный поезд. Энергия системы располагается на верхнем этаже, а заряда системы – два: нижний и верхний. В зависимости от физического опыта мы можем рассмотреть как движение верхнего заряда, так и нижнего. Иерархия энергий-зарядов сохраняется.
При этом, мы можем наблюдать новые свойства физической системы.
Трёхуровневая система, где нижним зарядом является электрический заряд, а верхним зарядом является тепловой заряд, называется термоэлектрической физической системой. Термоэлектрическая физическая система является верхней, по отношению к другой трёхуровневой системы – электромагнитной.
Для тепловой иерархии энергий, термоэлектрическая физическая система является верхней трёхуровневой физической системой, а электромагнитная физическая система – нижней.
На рисунке 1.10. приведена трёхуровневая термоэлектрическая физическая система.
Рис. 1.10. Трёхуровневая термоэлектрическая физическая система тепловой иерархии энергий (верхняя трёхуровневая система).
Для физических опытов в термоэлектрической трёхуровневой физической системы характерно явление передачи тепла посредством электрического тока. Передача тепла всегда управляется тепловой диффузией – четвёртым уровнем энергии. Поэтому на рисунке 1.10. мы видим уровни энергий: 2, 3 и 4.
В термоэлектрической физической системе протекает всегда три тока: электрический, тепловой и диффузионный (флуктуационный). Для системы характерны потенциалы:
U – электрическое напряжение;
ΔT – температурный напор;
F = Θ/Q = U•ΔT - составной термоэлектрический потенциал.
Если в физической системе есть разность составных термоэлектических потенциалов, то в такой системе протекает флуктуационный ток.
Рис. 1.11. Схема исследования PN-перехода с приложенными составными термоэлектрическими потенциалами.
Рассмотрим перенос диффузионного заряда в полупроводниковом диоде, в котором имеются приложенные составные термоэлектрические потенциалы.
Можно вычислить перенос полного флуктуационного тока электрическим током.
Это полный флуктуационный ток в данном процессе (см. рис. 1.11):
(1.31)
GƩ –суммарный флуктационный ток, определяемый, как переносимый электронами диффузионный заряд.
Формула (1.31) выводится из:
(1.32)
Суммарный флуктуационный ток, найденный по формулам (1.31) и (1.32) показывает линейность закона о флуктуационном токе. А закон Ома в таком случае становиться вторичным, что проявляется в виде нарушения закона Ома – нелинейности зависимости тока от напряжения.
В формуле (1.32) можно отметить, что ток IA – является «сопротивлением» умноженном на разность потенциалов: (U2•ΔT2 - U1•ΔT1).
Выражение (1.31) и (1.32) – это условие линейности флуктуационного тока.
Но также, флуктуационный ток можно вычислить методом интегрирования. Рассмотрим второй вариант для выражения суммарного флуктуационного тока. При этом, поставим условие, что каждый электрон переносит единичную долю флуктуационного заряда.
(1.33)
Пусть ток достигает величины IA. Электрический ток можно измерять в различных единицах. Переведём единицы измерения тока в «штуки в секунду». Переведём ток IA:
(1.34)
Переведём ток одного электрона в секунду:
(1.35)
где:
e = 1,6·10-19 Кл - заряд электрона.
Потому нижний предел интегрирования будет иметь вид единичного тока:
I1 = INe = 1 шт./сек.
Верхний предел интегрирования будет иметь значение I2 = INIa.
Если полный ток равен N штук в секунду, то
(1.36)
Из выражения (1.36) можно найти суммарный флуктуационный ток, методом интегрирования.
(1.37)
Выражение INIa / INe можно снова перевести в Амперы:
(1.38)
Теперь мы имеем два выражения для GΣ. Приравняем (1.31) и (1.37)
(1.39),
далее следует:
(1.40)
Также можно получить следующее выражение:
(1.41)
Из (1.39) можно вывести:
(1.42),
далее:
(1.43),
далее:
(1.44),
далее:
(1.45)
где ∆FЕд – некоторый составной термоэлектрический потенциал, постоянный в данном процессе. Отсюда следует:
(1.46),
далее:
(1.47)
Если принять:
(1.48),
то, получим:
(1.49)
Выражение (1.49) представляет собой уравнение для вольтамперной характеристики полупроводникового диода, которое не противоречит эксперименту.