Схема наука: Открывающая Наука (Science of Discovery)

Читать онлайн «Астрология и рождение науки. Схема небес», Александр Боксер – ЛитРес

Alexander Boxer

A SCHEME OF HEAVEN: THE HISTORY OF ASTROLOGY

AND THE SEARCH FOR OUR DESTINY IN DATA

Перевод опубликован с согласия Waxman Literary Agency и The Van Lear Agency LLC

Перевод с английского Виктора Боруна

© Alexander Boxer, 2020

© Борун В., перевод на русский язык, 2022

© Издание на русском языке, оформление.

ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2022

КоЛибри^®

* * *

Восхитительная, совершенно захватывающая работа по интеллектуальной истории.

Джошуа Фоер, сооснователь проекта Atlas Obscura

Свежее и оригинальное введение в долгую историю астрологии и непредвзятая оценка ее влияния на нашу культуру. Открытый и любопытный, Боксер сочетает критическую точку зрения современного специалиста по обработке данных с вниманием к деталям, присущим историку.

Результат – яркое и неповторимое наслаждение.

Стивен Джонстон, историк математики, Музей истории науки Оксфордского университета

Мастерский синтез науки, истории, легенд, мифов, литературы и поучительное исследование человеческой склонности к поиску закономерностей. Книга полна остроумия и проницательных догадок. Я никогда больше не смогу смотреть на гороскоп – или на ночное небо – как раньше.

Дэвид Барон, научный журналист, автор книги American Eclipse

С помощью эффектных диаграмм и доступных объяснений автор книги показывает впечатляющий спектр технологий, разработанных древними для использования предсказательной мощи астрологии. Удивительно, насколько все-таки велика роль астрологии в нашей повседневной жизни – не из-за влияния звезд, а скорее благодаря ее глубокому научному и культурному наследию.

Джанель Шейн, специалист по оптике и искусственному интеллекту

Получив образование как в гуманитарных, так и в точных науках, Боксер обладает уникальной квалификацией, чтобы познакомить читателей с увлекательной историей математической сложности. Проходящая через всю книгу тема человеческой судьбы вдохновляет.

Норман Остин, заслуженный профессор классической филологии,

Аризонский университет

У этой книги есть все шансы удовлетворить как любознательного неспециалиста, так и компьютерного гика, повернутого на анализе данных.

Прекрасная проза Александра Боксера помогает относительно легко ориентироваться – если не в небесном, то в литературном смысле – в сложных местах.

Washington Post

Неужели астрологи – это первые и самые амбициозные специалисты по обработке данных и количественному анализу? Александр Боксер раскрывает математические, естественно-научные, исторические, философские и литературные корни астрологии. Он показывает, что астрология не только является неотъемлемой частью истории науки, но и рождается из той же смеси мотивов: желания контролировать мир и удивляться ему.

Роберт П. Криз, философ, историк науки, писатель и журналист, член Физического общества США

Масштабная и полная бесценных находок… Это книга об очень человеческом аспекте астрологии – нашем желании понять свою судьбу – и о ее истории, а также о несовершенстве анализа данных, который зачастую гораздо более субъективен, чем кажется на первый взгляд.

Фиона Ленсвелт, Times

Автор поможет вам влюбиться в астрологию – даже если при этом погасит последние смутные подозрения, что астрология и правда может работать.

Саймон Ингс, Spectator

Захватывающе… Эта занимательная книга объясняет заблуждения, которым астрология обязана своим авторитетом, а также демонстрирует, как аналогичная небрежность может вносить искажения в современную науку о данных.

Джонатан Китс, New Scientist

Через линзы разнообразных научных дисциплин пытливый исследователь рассматривает астрологию как одно из самых амбициозных и смелых интеллектуальных начинаний человека. Эта звездная книга – зонд, запущенный в тайны космоса, чтобы вновь разжечь нашу извечную способность восхищаться Вселенной.

Фердинандо Бушема, иллюзионист

В руках Боксера астрология – это пространство игры. Воссоздает ли он древние карты звездного неба или проводит статистическую проверку астрологических притязаний, он делает так потому, что это весело.

Клер Холл, London Review of Books

Моей семье: моим родителям Бетси (♈) и Майклу (♋), которые всегда в меня верили, моей сестре Эбби (♉), которая всегда была рядом, моей жене Даре (♊) – любви моей жизни и самому новому члену семьи – моей дорогой Наоми (♐)

Гороскоп

на открытие этой книги в самый первый раз

Сегодня вам представилась таинственная возможность. Воспользуйтесь ею, даже если не уверены, куда она вас заведет. Внимание, которое вы сейчас уделите, обладает силой открыть неожиданные взаимосвязи, и тогда вы увидите окружающее в новом свете. Сделайте шаг вперед, доверьтесь своим инстинктам. Интуиция всегда служила вам верным проводником, если вы были верны себе. Правда, лукавый Меркурий за последний год не раз бывал в ретрограде и вам было трудно добиться понимания от окружающих. Но Юпитер, управитель неба, остался в своих владениях, чтобы вы не сомневались: настал момент, когда главное – это ваше собственное мнение. И забудьте о Луне. Со дня на день ее зловещий аспект совершенно переменится и она перейдет в другой знак. Да и вообще, если все транзиты небесных тел, произошедшие за этот год, в чем-то на вас повлияли, так только в том, что вы обрели еще большую стойкость и чуткость. Все ваше существо теперь идеально подготовлено, чтобы оценить новые перспективы, которые откроются с новой задачей и новым предприятием. Однако помните: пусть звезды и привели вас в эту точку, лишь вам одному решать, продолжать ли идти этим путем дальше.

Введение

Действительно ли звезды и планеты могут поведать нам об исторических циклах, секретах любви, причинах вашего выгорания на работе и отчего все родившиеся в мае неотразимо прекрасны? Астрология твердо отвечает: да, да, да, и даже не сомневайтесь. Способность небесных конфигураций влиять на наши земные жизни – фундаментальная идея астрологии. Современная наука категорически отвергла притязания астрологии, однако этим нисколько не разрушила ее привлекательность – во всяком случае, если судить по популярности гороскопов в журналах и в интернете. Отвлечемся на время от споров о том, что астрология неправа, или права, или неправа, даже если иногда права. Я собираюсь доказать, что астрология исключительно увлекательна и по-прежнему актуальна, потому что бросает вызов нашим представлениям о том, что мы считаем известным и почему мы считаем это известным.

Для начала заметим, что вопросы, которые ставит астрология, – вопросы о закономерностях Вселенной и о нашем месте в этих закономерностях, – это самые глубокие и увлекательные из всех вопросов, какие только бывают на свете. Если и правда существует способ прикоснуться к скрытым ритмам космоса, неужели нам не хотелось бы об этом узнать? Но лично меня еще больше интригует то, что астрология исследует эти вопросы, пользуясь математикой и обработкой данных. Больше двух тысяч лет назад астрологи первыми набрели на богатые возможности вычитывать сюжеты из числовых данных – возможности, которые становятся еще более убедительными, когда данные представлены в виде схем и рисунков. С некоторым отставанием остальной мир тоже овладел искусством ткать истории из чисел и схем, делая из них выводы, будь то финансовые прогнозы, диетические рекомендации или модели погоды.

С другой стороны, числа и схемы порой вводят в заблуждение, и предсказания проваливаются, иногда с треском, даже если опирались на самую замысловатую математику. Можем ли мы утверждать, что современные технологии анализа и сортировки количественной информации эффективнее, чем изобретенные астрологами тысячи лет назад? Чтобы делать подобные заявления, нужно для начала получить базовое представление об астрологии и ее методах. Но такие сведения – даже по самым, казалось бы, простым техническим вопросам – на удивление труднодоступны, учитывая, что речь идет о столь старинном и почтенном ремесле. Отчаявшись найти простой, но грамотный обзор астрологии, я решил написать такой сам. В результате появилась книга, которую вы, любознательный читатель, держите сейчас в руках.

Мой интерес к астрологии подпитывался с разных сторон, но главным образом – моим увлечением книгами по истории науки, особенно теми, что покрылись плесенью. Астрология была самой амбициозной задачей прикладной математики древности, большим проектом по анализу данных, растянувшимся на века и захватившим блестящие умы, включая Птолемея, аль-Кинди и Кеплера. Вы знали, что в течение почти двух тысяч лет само слово «математик» (лат. mathematicus) означало астролога? Эти понятия никак не различались.

На протяжении всей своей истории астрология ставила целью ни больше ни меньше как построить систему связей между природой небес и нашей человеческой природой. От вычислений Коперника до сонетов Шекспира и даже скульптур в Рокфеллеровском центре – повсюду мы сталкиваемся с тайниками нашей культуры, в которые нет доступа без ключа астрологии. Тем более в таких областях, как математика и астрономия, где большинство главных новаторов были практикующими астрологами. Тот же Джероламо Кардано, врач и математик эпохи Возрождения, не только заложил основы алгебры и теории вероятностей, но еще и успел составить один из первых сборников гороскопов знаменитостей. На следующей странице (рис. 0.1) составленная им натальная карта Генриха VIII, короля Англии.

Такого рода схемы то и дело попадаются в книгах и брошюрах эпохи Возрождения и научной революции. Долгое время я пролистывал их, ничего не понимая в этой тарабарщине. В то же время в руках опытного толкователя, подобного Кардано, эти непостижимые иероглифы становились неисчерпаемым источником для пересудов и сплетен. Вас застало врасплох решение Генриха разорвать отношения с католической церковью? Ну вы наивный человек! Согласно Кардано, Венера в девятом доме в секстиле с Меркурием просто кричит о радикальном изменении законов. А шесть жен? А чего они ожидали от мужчины, у которого Луна в седьмом доме в квадратуре к Солнцу, притом что Сатурн был в аспекте с Венерой, а Марс в аспекте с Юпитером, повелителем седьмого дома! Да эти женщины сами искали приключений на свою голову!

Рис.  0.1. Натальная карта Генриха VIII, созданная Джероламо Кардано^[1]

Гороскопы вроде этой натальной карты Генриха VIII приводят меня в восторг на нескольких уровнях. Во-первых, для создания гороскопа требовались сложные астрономические вычисления, чтобы, по сути, построить карту неба, видимого из определенного места на Земле в определенный момент времени. Тысячелетние усилия по уточнению астрономических вычислений привели в конце концов к коперниканской революции и рождению современной науки.

Во-вторых, стояла задача сжать и сгруппировать всю информацию. Обычно это делалось графически. Наглядные изображения положений Солнца, Луны и планет, составленные Уильямом Лилли – самым знаменитым английским астрологом XVII века, – цветисто именовались «схемой небес»^[2]. В знак почтения к этому искусству я включил в эту книгу ряд таких схем, демонстрирующих, как выглядели небеса в ключевые моменты истории астрологии. Выбранный мной графический стиль отличается от стиля натальных карт Кардано. Я брал данные самых современных компьютерных подсчетов^[3] и оформлял их в стиле древнего и очень красивого астрономического инструмента, который называется астролябией (илл. 1 на вклейке). В таком формате натальная карта Генриха VIII приобретает следующий вид (см. рис. 0.2).

Конечно, здесь ужасно много информации. Но на то и астрология, чтобы закодировать все сложные астрономические данные в одну абстрактную картинку. Так что в значительной степени разобраться в астрологии – значит научиться читать такие рисунки. По ходу книги я буду шаг за шагом знакомить вас с тем, как это делается, и в итоге вы сможете видеть небо по этим схемам так же свободно, как узнавать свой дом на поэтажном плане или передвигаться по городу, пользуясь картой.

Однако схематически изобразить небо – только первый шаг в искусстве астролога. Нужно еще интерпретировать информацию на полученной диаграмме, и здесь начинается самое интересное. Как показывает Кардано, толкуя гороскоп Генриха VIII, эти скудные схемы каким-то образом содержат дикое разнообразие сюжетов. И как же узнать, какие из них выражены, а какие – подавлены? Если заимствовать термин из биологии, натальные карты подобны плюрипотентным стволовым клеткам: из них могут вырасти самые разные истории, хотя и не какие угодно. С этой точки зрения гороскопы дают изобилие прекрасно оформленных примеров путаницы при переводе слов в числа и обратно, даже если числа обрабатывались с предельной точностью и тщательностью. Разнообразные обстоятельства, при которых границы между числами и словами становятся размытыми – иногда по злому умыслу, иногда без, – можно отнести еще к одному типу проблем, с которым астрологи столкнулись первыми, но далеко не последними из ученых.

Как профессиональный аналитик данных, я чувствовал неодолимое любопытство в отношении этих схем, интригующих своим мастерством и мастерских в своем интриганстве. Я хотел понять их, разобраться в их устройстве, разъять на части и собрать обратно. В конце концов, еще не вполне понимая, во что ввязываюсь, я сделал глубокий вдох, отбросил свои предубеждения и всерьез занялся изучением астрологии.

Не могу сказать, что всю жизнь мечтал вычислять аспекты планет до долей градуса… хотя, как знать, давно шел к этому. Я обожаю задачи, в которых смешиваются древние и современные технологии, а из всех продвинутых технологий древности астрология – самая зубодробительная и потому самая заманчивая. Кроме того, для занятия астрологией не мешает владеть и математикой, и древними языками, и это как раз мой случай, по занятной причуде моей образовательной траектории или по прихоти судьбы. Такое сочетание не уникально, но, видимо, достаточно редко, чтобы астрология оставалась удивительно недоисследованной.

Разумеется, невозможно охватить все грани астрологии в одной книге. Астрологию Индии и Китая я не трогал, потому что совсем в них не раз-астрономии, а моя профессия – статистический анализ данных. Дает ли мне это право писать об астрологии? Вообще-то на этой территории хозяйничают самозваные эксперты. Признавать ли мою компетенцию, вам придется решать самим. Со своей стороны, я не претендую на особое мастерство в астрологии. Вместо этого я надеюсь предложить новый взгляд на предмет, который слишком легко зачислили в разряд вещей, о которых уже нельзя сказать ничего нового.

Рис. 0.2. «Схема небес», оформленная в стиле астролябии, на вторник 28 июня 1491 г., когда родился король Англии Генрих VIII

Как минимум я хочу рассказать об астрологии открыто и честно. В отличие от многих людей, имеющих естественно-научное образование, я никогда не ощущал к ней враждебности. Наоборот, ее запретный статус главной псевдонауки делает ее в моих глазах увлекательной темой для размышлений. Вот почему, например, астрология – не наука, а экономика, которая тоже пользуется сложной математикой и делает предсказания, скажем так, разной степени успешности, – уважаемая область исследований? Если мы сможем сформулировать различия, но в то же время и общие черты астрологии и других подходов к постановке вопросов о мире, нам станет легче уяснить, какие подходы плодотворны, а какие – нет и почему.

Астрологи были первыми учеными, занимавшимися числовыми данными и количественным анализом. Если сегодня мы возлагаем надежды на числовые данные как на ключ к тайнам человека и мироздания, нелишне будет признать тех, кто шел той же дорогой в прошлом. Кем бы я стал, со своим увлечением числами, если бы жил пятьсот лет назад? А тысячу лет назад? А две тысячи? Астрологи были создателями и – на протяжении большей части истории – единственными хранителями традиции превращать числа в сюжеты. И как все сюжеты после пересказов многими поколениями, астрологические истории обкатались до нескольких главных тем. Независимо от того, удалось ли астрологии получить на выходе хоть каплю истины, мне кажется драгоценным, что астрология выделила и разлила по бутылочкам своего рода магию, которая действует безотказно, заставляя человека остановиться и задуматься о своей связи с большой Вселенной. На фоне привычного безразличия это неслабая магия. Кто мы такие, чтобы пренебречь доступным астрологическим волшебством? Те, кто увлечен астрологией, и те, кого она отталкивает, и те, у кого она вызывает смешанные чувства, – мы все можем толковать ее смелые постулаты как открытое приглашение исследовать глубокие тайны нашего естества и нашего места в мире. Книга, которую вы держите в руках, родилась, когда я откликнулся на это приглашение, и теперь я сам, в свою очередь, приглашаю вас к путешествию среди этих тайн со мной.

Глава 1

Всему свое время

Когда взираю я на небеса Твои – дело Твоих перстов,

на луну и звезды, которые Ты поставил,

то что есть человек, что Ты помнишь его,

и сын человеческий, что Ты посещаешь его?

Псалтирь 8: 4–5

Есть мнение, что в прошлые века обычные люди близко знали детали ночной природы, но впоследствии растеряли эту близость. Я не берусь это утверждать. Выйти в ясную безлунную ночь в одиночестве и начать разглядывать небо – это все-таки необычный поступок. Сомневаюсь, чтобы в прошлом дело обстояло иначе. Момент, когда возможность увидеть звезды совпадает с нашей открытостью к такому зрелищу, редок во все эпохи. Но уж если вы заметили звезды во всем величии, когда они лучатся в свежем ночном воздухе, как ледяные искры космического костра, тогда вы волей-неволей остановитесь и обратите на них внимание. Они заполнят все ваше поле зрения. Они захватят все ваши мысли. И вы вдруг ощутите себя на виду, без всякого укрытия. Раз вам так ясно видны звезды, значит, и вы видны им? Когда Давид пел о том, с каким изумлением он смотрит в небо, псалмопевца поражали не столько вещи, которые он видел в окружающей ночи, сколько мысль, что не только он смотрит на Вселенную, но и Вселенная или, скорее, ее создатель смотрит на него.

Мысль о взаимности интереса между человеком и космосом с самых ранних времен вдохновляла попытки понять окружающий мир и наше место в нем. Современная наука началась с изучения неба, и в этом смысле мы можем утверждать, что именно небеса сообщили нам глубокие истины о природе вещей. Так что сомнение скорее не в том, говорит ли с нами Вселенная, а в том, сколько мы можем понять из того, что она говорит. При всем прогрессе в расшифровке Книги Природы можно ли утверждать, что мы когда-нибудь продвинемся дальше поверхностного, неполного перевода? Язык космоса – не наш родной язык. И если кому-то понадобится напомнить себе о разнице между миром, каков он есть, и миром, воспринимаемым через фильтры в наших головах, достаточно просто поднять взгляд к звездам.

Причуды зрения

Угадайте не задумываясь: сколько звезд видно на небе в ясную безлунную ночь? Тысячу? Миллион? Миллиард? Человек вроде меня обычно думает, что миллион – многовато, но, в общем, в правильной весовой категории. В действительности же в современном высокоточном звездном каталоге Hipparcos^[4], ^[5] лишь жалкие 5044 звезды имеют величину не более 6,00, что считается условием видимости невооруженным глазом. С учетом того, что в любой момент около половины звезд находится ниже горизонта, вы увидите только пару тысяч звезд, и то лишь в идеальную ночь. Вам не кажется, что это как-то мало? Мне показалось. Пусть это послужит первым предупреждением, подаренным нам звездами, не слишком доверять человеческой способности оценивать большие числа на глаз.

Конечно, и такое число непосильно для построения мысленной картины со всеми отдельными звездами. Но обескураживающий хаос тьмы и света мгновенно превращается в понятную карту неба, стоит нам разбить звезды на группы – созвездия. Во всех культурах, наблюдавших небеса, проявилась склонность изобретать созвездия, хотя каждый видел свое. Например, в созвездии Большой Медведицы видели очертания медведя, ковша, телеги, плуга и ноги быка, не говоря о других его перевоплощениях^[6].

Понятно, что наш мозг тонко настроен распознавать привычные формы людей, животных и предметов, важных для нашей повседневной жизни. И когда что-то попавшее в наше поле зрения лишено знакомых закономерностей, мы склонны высмотреть их даже в бесформенных вещах – облаках, скалах, звездах. Не напоминает ли вам скала на рис. 1.1(a) человеческую голову? Если да, то ваш разум создал нетривиальную ассоциацию, сосредоточившись на общих очертаниях объекта и проигнорировав такую информацию, как размер, текстура, цвет и контекст. Такие скальные образования, как и созвездия, хорошо показывают, как далеки мы от непосредственного – без отсебятины – восприятия мира.

Любопытно, что тем же грешат программы компьютерного зрения. Нам удалось научить компьютеры опознавать класс визуальных объектов – например, собак – по большой коллекции изображений. Но после этого появилась задача ничуть не проще первой: как научить алгоритм избегать ложного опознания собак везде и всюду? На рис. 1.1(b) показано, что «видит» на фотографии облаков алгоритм под названием DeepDream, разработанный компанией Google в 2015 году^[7], после того как обучился опознавать собак. Коллажи, которые генерирует DeepDream, порой поучительны и даже красивы, хотя по большей части просто курьезны. Но такие изображения открывают нам, что компьютер, обученный, подобно нам, видеть лица людей и морды животных, обращая больше внимания на очертания, чем на все прочее, склонен и в облаках видеть лица людей и морды животных, совсем как мы. Как и следовало ожидать, наше сугубо человеческое видение мира неотделимо от сугубо человеческой склонности неверно истолковывать увиденное.

Конечно, тот факт, что традиционные созвездия приняли эффектные формы зверей и полубогов, вовсе не означает, что кто-то и вправду думал, будто небо кишит исполинскими космическими медведями и межзвездными скорпионами. Но созвездия ясно показывают, что человеческий разум отказывается запоминать большое число объектов по отдельности и предпочитает навязать им дополнительный уровень абстракции. Для большинства людей так получается удобнее, – можно сказать, это гораздо более человеческий способ: смотреть на ночное небо не как на тысячи отдельных звезд, а как на несколько десятков созвездий.

Как правило, сократив число отдельных объектов с тысяч до десятков, наш мозг осваивается, начинает узнавать отдельные структуры и принимается изучать связи между частями и целым. Нам даже удается подняться от этих частей на следующий, еще более человеческий уровень абстракции: сочинить про них истории. Дошло до того, что чуть не 10 % ночного неба (илл. 2 на вклейке) можно описать, рассказав одну-единственную легенду: как герой (созвездие Персей) побеждает чудовище, пугавшее всех демоническим глазом (звезда Алголь), способным обращать все живое в камень. Затем герой возвращается, чтобы освободить прекрасную принцессу (созвездие Андромеда), прикованную к скале собственными родителями (созвездия Цефей и Кассиопея) как жертву гигантскому морскому чудовищу (созвездие Кит)^[8].

Рис. 1.1. Что вы здесь видите?

Рис. 1.2. Настоящие и случайные звездные карты

При всем при том невозможно утверждать, что наша склонность группировать звезды в созвездия и созвездия в истории как-то выводится из имеющегося расположения звезд. На самом деле распределение звезд в небе практически совершенно случайно^[9]. Например, на рис. 1.2 приведено восемь звездных карт, на которых изображены примерно равные участки неба. Четыре фрагмента содержат знаменитые созвездия, а еще четыре изображают ночное небо альтернативной Вселенной, на котором самые яркие звезды расположены абсолютно случайно. Сможете ли вы указать те четыре карты, на которых настоящие звезды?^[10] Правда, попробуйте. Я открою правильные ответы в следующем разделе.

1. Girolamo Cardano. Libelli Quinque. Nuremberg: Johannes Petreius, 1547. Genitura XLVI, 148v. Почти такая же схема (и близкая, хотя и не идентичная интерпретация) есть в более раннем издании 1543 г. Иллюстрация 1547 г. выбрана как более подробная.

2. William Lilly. Christian Astrology. London: Thomas Brudenell, 1647. Термин Уильяма Лилли Scheam of Heaven (схема небес, в старой английской орфографии) появляется на титульной странице, а эквивалентный термин Figure of Heaven (рисунок небес) – на всем протяжении книги (например, I.33).

3. Все данные о расположении планет в этой книге взяты из HORIZONS, онлайн-службы данных по Солнечной системе, созданной Лабораторией реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) NASA (подразделением Дж. Д. Джорджини и группой изучения динамики Солнечной системы). NASA/ JPL Horizons On-Line Ephemeris System доступна онлайн по адресу http://ssd.jpl. nasa.gov/?horizons.

4. Так назывался орбитальный астрометрический проект, High Precision Parallax Collecting Satellite, 1980–1990-х гг. С 2013 г. осуществляется проект GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics), но его каталог еще не составлен. – Прим. перев.

5.  ESA, 1997, The Hipparcos and Tycho Catalogues, ESA SP-1200 (Каталоги звезд по данным спутника Hipparcos 1989–1993 г., обработанным консорциумом Tycho). Для сравнения: в 5-м издании «Каталога ярких звезд» (Bright Star Catalog, 5threvised edition, BSC5 / Eds. Dorrit Hoffleit and Carlos Jaschek. New Haven: Yale University Observatory, 1991) насчитывается 5080 звезд с видимой звездной величиной не более 6,00.

6. О происхождении созвездия Большой Медведицы см., например: George A. Davis, Jr. The Origin of Ursa Major // Popular Astronomy. Vol. 54, April 1946. Р. 1 1 1–1 1 5.

7. Об алгоритме машинного обучения DeepDream было впервые рассказано (хоть и не под этим названием) в публикации: Alexander Mordvintsev, Christopher Olah, Mike Tyka. Inceptionism: Going Deeper into Neural Networks // Google AI Blog.17.06.2015. URL: https://research.googleblog.com/2015/06/inceptionism-going-deeper-into-neural.html.

8. Границы 88 современных созвездий, утвержденные Международным астрономическим союзом (International Astronomical Union, IAU), можно найти на сайте IAU, URL: https://www. iau.org/public/themes/constellations. Чтобы рассчитать долю небесной сферы, покрываемую каждым созвездием, можно применить, например, интегрирование методом Монте-Карло. Созвездия Персей, Андромеда, Кассиопея, Цефей и Кит покрывают около 9,1 % неба. Если включить Пегаса, который в этой легенде появился не сразу, то покрытие достигнет 11,8 %.

9. Основная неоднородность в распределении звезд на ночном небе – это Млечный Путь, который действительно является элементом большой космической структуры.

10. О том, как случайно распределенные точки провоцируют иллюзию структуры, см. также главу Glow, Big Glowworm в книге Stephen Jay Gould. Bully for Brontosaurus: Reflections in Natural History. New York: W. W. Norton & Co., 1991. P. 255–268.

Организационная схема ДВФУ

Контактный центр

RU

EN

Версия для слабовидящих

В эксперименте AWAKE испытана новая схема ускорения электронов

Идея кильватерного ускорения электронов сверхсильным электрическом полем внутри плазменного пузырька сулит революцию в ускорительной физике. В принципе, эта методика уже была использована в эксперименте, но до реально работающих ускорителей на ее основе еще очень далеко. Совсем недавно эксперимент AWAKE в ЦЕРНе сделал большой шаг в этом направлении. В рекордной по размерам плазменной ячейке было продемонстрировано стабильное, воспроизводимое от раза к разу ускорение электронов, причем — с использованием длинных протонных сгустков, изначально для этой цели не предназначенных. Кильватерное ускорение постепенно превращается из технологического чуда в отлаженную технологию.

Оседлать волну

Большой адронный коллайдер до сих пор не нашел прямых свидетельств явлений за пределами Стандартной модели. Это заставляет физиков уже сейчас планировать новые ускорители, чтобы продвинуться еще глубже в познании микромира (см.: Куда двигаться коллайдерной физике в следующем десятилетии?, «Элементы», 20.08.2018). К сожалению, эти ускорители будут очень большими, размером в десятки километров, и потому неизбежно очень дорогими. Например, в линейном электрон-позитронном коллайдере планируется ускорять частицы сильным электрическим полем на прямолинейной траектории. Это можно сделать с помощью стоячей электромагнитной волны в специальном металлическом сверхпроводящем резонаторе. Однако тут есть предел: электрическое поле сильнее пары десятков мегавольт на метр получить не удастся. Если мы хотим разогнать электроны до энергий 250 ГэВ, потребуется разность потенциалов в 250 гигавольт, а значит, придется строить ускорительный участок длиной как минимум 10 км для электронов и столько же — для позитронов.

Прорывным решением проблемы быстрого ускорения электронов может стать принципиально иная идея — кильватерное ускорение в плазме (см. FAQ: Лазерно-плазменные ускорители, «Постнаука»). В этой схеме сверхсильное электрическое поле создается не в металлической структуре, которая всё равно его не выдержит, а в плазме, точнее, внутри маленького движущегося вперед пузырька плазменного колебания. Этот пузырек можно породить, запустив в плазму драйвер — сверхсильный лазерный импульс или компактный сгусток частиц. Драйвер возбуждает в плазме сильное поперечное колебание электронов, которое в фазе разрежения и выглядит как положительно заряженный пузырек с отрицательно заряженной задней стенкой (рис. 2). Электронный сгусток влетает в этот пузырек, располагается внутри него рядом с задней стенкой, в области подталкивающего вперед поля, и, словно оседлав волну, за короткое время ускоряется до больших энергий. (Дополнительные подробности об этом механизме ускорения можно найти в популярной лекции Артема Коржиманова На гребне плазменной волны к четкому биоимиджингу и в лекции Константина Лотова Кильватерное ускорение частиц в плазме.)

Этот процесс выглядит очень сложным, но кильватерное ускорение реально работает. В 2006 году было продемонстрировано ускорение электронов до энергии 1 ГэВ на участке длиной чуть более 3 см, что отвечает ускоряющему полю напряженностью 30 ГВ/м (см.: Плазменные ускорители преодолели рубеж в 1 ГэВ, «Элементы», 29.09.2006). Это достижение открывает головокружительные перспективы: ведь тот же электрон-позитронный коллайдер на 500 ГэВ можно, казалось бы, уместить в сотню метров! Увы, не так всё просто. Во-первых, до сих пор методика кильватерного ускорения была продемонстрирована только в плазменных ячейках размером в сантиметры. Хотя схему пытаются масштабировать, стыкуя друг с другом несколько плазменных ячеек (Создан лазерно-плазменный ускоритель нового поколения, «Элементы», 17.08.2011), до метровых размеров еще очень далеко. Во-вторых, ускоритель не должен слишком сильно размазывать сгусток ускоренных частиц ни в пространстве, ни по углам расхождения, ни по энергии, и достичь этого непросто.

В общем, хотя идея была в принципе реализована, до действующего ускорителя на ее основе всё еще очень далеко.

Несколько лет назад в ЦЕРНе стартовала работа над пионерским экспериментом AWAKE. Его целью должно стать превращение этой смелой идеи в надежную, стабильно работающую технологию. Главное новшество AWAKE — оригинальная схема ускорения, при которой драйвер (протонный сгусток) должен вначале сам испытать некоторое превращение, чтобы начать ускорять электроны (см. ниже). Важную роль в разработке эксперимента сыграли сотрудники Института ядерной физики имени Г.  И. Будкера (см. пресс-релиз ИЯФ). В 2016 году работа вышла на финишную прямую, установка заработала, а в мае этого года на ней были проведены первые эксперименты, подтвердившие работоспособность идеи. Как сообщает статья коллаборации, опубликованная на днях в журнале Nature, в десятиметровой (!) плазменной ячейке продемонстрировано успешное устойчивое ускорение электронов с энергии 19 МэВ до 2 ГэВ.

Подробности эксперимента

Несмотря на то что метод кильватерного ускорения уже был продемонстрирован ранее — причем с гораздо большим ускоряющим градиентом, чем сейчас, — эксперимент AWAKE является большим шагом вперед. Во-первых, использованная в нем схема кильватерного ускорения, с одной стороны, более сложная, чем обычно, но с другой стороны, куда менее требовательна к протонному сгустку-драйверу. В ней потребовалась согласованная работа не двух, а сразу трех типов внешних воздействий: лазерного импульса, протонного сгустка и электронов. Но в результате для ускорения теперь можно использовать готовые протонные сгустки из церновского ускорителя SPS, которые изначально для этой цели даже близко не были предназначены.

Во-вторых, уже первые результаты такого тонкого эксперимента впечатляют своей чистотой и воспроизводимостью. Они демонстрируют отличное стабильное ускорение с минимальным разбросом по энергии, великолепный контроль, завидную повторяемость эксперимента. И если результаты экспериментов-предшественников выглядели как разовое достижение, почти как чудо, то работа установки AWAKE напоминает профессионально собранный, отлаженный, надежно работающий механизм.

После этого эмоционального комментария перейдем к описанию эксперимента (рис. 3). «Ареной действий» в эксперименте AWAKE выступает длинная, 10-метровая, плазменная ячейка, заполненная парами рубидия, которые испускают при нагреве две емкости, расположенные на обоих концах ячейки. Варьируя температуру нагрева со 160 до 210°C, физики могут держать плотность паров в диапазоне 10¹⁴–10¹⁵ см⁻³.

На вход ячейки поступают сразу три «участника процесса»: короткий лазерный импульс, длинный протонный сгусток-драйвер, и электроны, которые требуется ускорить (рис.  4). То, что с ними происходит дальше, напоминает слаженный танец элементарных частиц. Протонный сгусток, поставляемый церновским ускорителем SPS, достаточно мощный: 250–300 млрд протонов с энергией 400 ГэВ. Однако он не может сам по себе запустить те самые колебания, которые нужны для кильватерного ускорения. Во-первых, потому что он попадает не в плазму, а в слабо ионизированный газ, а во-вторых, потому что он слишком длинный.

На помощь протонному сгустку приходит короткий и мощный лазерный импульс. Он фокусируется в достаточно крупное поперечное пятнышко размером около 1 мм (протонный сгусток, для сравнения, имеет толщину 0,2 мм). В продольном направлении его протяженность — всего 1/30 мм, так что этот световой импульс имеет форму «блинчика», как показано на рис. 4. Этот импульс ионизирует атомы рубидия, превращая исходный атомный пар в плазму примерно той же электронной концентрации, однако само колебание в плазме он не запускает. Этот импульс летит вместе с протонным сгустком и, из-за малого углового расхождения, «пробивает» для него плазменный канал на всем протяжении ячейки.

Та часть длинного протонного сгустка, которая находится позади лазерного «блинчика», уже летит сквозь плазму. Протоны запускают плазменное колебание, электроны начинают расходиться и сходиться в поперечном направлении, что, в свою очередь, влияет на летящие протоны и заставляет их группироваться в соответствии с этими колебаниями. Происходит замечательное явление — появление микроструктуры (microbunching) в изначально ровном длинном протонном сгустке (рис. 5). Он разбивается на отдельные микросгустки, которые располагаются в строго определенном месте электронного пузыря и без разрушений летят вдоль многометровой ячейки (см. видеоролик с моделированием этого процесса). Период этой структуры составляет 1–3 мм и зависит от периода плазменных колебаний; его можно настраивать, изменяя плотность паров рубидия.

Этот процесс и стабильность получившейся структуры — главная физическая изюминка эксперимента. Обратите внимание: протоны летят вперед с околосветовой скоростью. Электроны в плазме никуда особо не летят, они колеблются в основном в поперечной плоскости. Но электромагнитное взаимодействие между этими частицами приводит к устойчивому совокупному эффекту: в системе отсчета, сопровождающей протоны, структура получается на редкость стабильной. Причем настолько стабильной, что она может без вреда для себя поймать релятивистские электроны и ускорять их в стационарном режиме.

Впрочем, здесь не обошлось и без технических хитростей. Авторы статьи сообщают, что они научились дополнительно стабилизировать эту структуру. Если два источника рубидия на концах ячейки нагревать до разных температур, то в ячейке возникнет градиент плотности: она будет плавно снижаться от более горячего конца к более холодному. Распространяясь в такой среде, плазменные пузыри постепенно изменяют свой размер, что помогает подавить нестабильности. Коллаборация AWAKE обещает рассказать подробности про этот процесс в отдельной статье.

Когда плазменные пузыри уже достаточно оформились и разбили протонный пучок на стабильные микросгустки, летящая сквозь ячейку плазменно-протонная структура готова принять в себя электроны. Они запускаются в установку одновременно с лазерным импульсом и протонным сгустком, но с запозданием в 200 пикосекунд относительно лазерного «блинчика». Это соответствует нескольким десяткам размеров плазменных пузырей, что дает плазме время для образования устойчивой структуры. Электронный сгусток влетает в ячейку косо: не прямо вдоль оси, а слегка сбоку и под небольшим углом. Его траектория пересекает ось ячейки на расстоянии 2 метра от входа — и именно здесь происходит захват электронов в отдельные плазменные пузыри. Обратите внимание, что все участники этого процесса, включая начальные электроны со скромной энергией инжекции 19 МэВ, уже движутся со скоростями, близкими к скорости света. Поэтому разгон электронов практически не сказывается на их скорости. Электроны, «оседлав» кильватерную волну, летят в устойчивом относительно пузыря состоянии и просто накапливают энергию за счет сильного электрического поля внутри.

На выходе из ячейки электроны и протонный пучок проходят через систему диагностических мониторов. Она включает в себя несколько элементов, предназначенных для проверки микроструктуры протонного пучка, а также для измерения энергии разогнанных электронов. Это ключевое измерение выполняется очень элегантно. На пути пучков ставится магнит, который отклоняет электроны на угол, зависящий от их энергии. Протоны на это поле почти не реагируют, поскольку их импульс намного больше электронного. Электроны же, отклонившись, попадают на широкий, шириной в целый метр, сцинтилляционный экран. Их положение на экране прямо показывает их энергию (рис. 3 вверху справа). Просто и со вкусом.

Первые результаты

На рис. 6 показан типичный результат одного «выстрела» установки. Электронный сгусток оставил на экране компактный след, центр которого, если его пересчитать на энергию электронов, приходится на 800 МэВ. Энергетический разброс есть, но вполне умеренный, в пределах 10%.

Пожалуй, еще важнее то, что результат ускорения стабильно повторяется от выстрела к выстрелу. На рис. 7 показаны результаты почти двухсот «выстрелов», выполненные в течение двухчасового сеанса работы. Параметры процесса держались постоянными, и, как видно на рисунке, все горизонтальные полоски показали максимум интенсивности примерно на одинаковой энергии. Таким образом, процесс ускорения, несмотря на тонкие физические эффекты, воспроизводится прекрасно.

Что касается энергии, до которой разгоняются электроны, то здесь результаты, на первый взгляд, не слишком впечатляют. Максимальная достигнутая энергия составила примерно 2 ГэВ — и это на участке длиной в целых 10 метров. А ведь еще 10 лет назад удалось разогнать электроны до энергии 1 ГэВ на дистанции всего 3,3 см! Но это несоответствие чисел не должно обескураживать. Прошлые эксперименты как раз и были ограничены размерами. Физики просто не могли добиться такого же сверхбыстрого ускорения на более длинной дистанции и даже придумывали, как состыковать несколько плазменных ячеек сантиметровых размеров. Эксперимент AWAKE преодолел эти ограничения и реализовал процесс ускорения сразу в многометровой ячейке.

Второй важный момент: специалисты из AWAKE хорошо понимают, от каких параметров зависит максимальная энергия, достижимая в этой установке. Это, прежде всего, плотность плазмы: чем она выше, тем более компактными получаются плазменные пузыри и тем сильнее электрическое поле внутри. Во-вторых, оказалось, что даже небольшой, всего в несколько процентов, перепад плотности от начала к концу ячейки — тот самый, который стабилизирует пузыри, — заметно повышает энергию электронов на выходе. Перед тем как проводить эксперименты, физики, естественно, выполнили тщательное численное моделирование процесса ускорения, и их результаты вполне подтвердились экспериментальными данными.

Повышать энергию можно, в принципе, и дальше, но этому пока мешает другая трудность. Когда электронный сгусток влетает и попадает в область кильватерной волны, далеко не все электроны захватываются в плазменные пузыри. Даже для красивых картинок, приведенных на рис. 6 и 7, эффективность захвата составляла всего 0,1%. При повышении плотности, а значит, и энергии, эффективность лишь уменьшается: мелким плазменным пузырям труднее захватывать электроны. Но эта проблема не выглядит критичной. У физиков есть широкая свобода маневров в том, как запускать электронный сгусток: под каким углом, с какой задержкой и так далее. В будущем исследователи тщательно проверят зависимость эффективности захвата от всех этих параметров и подберут оптимальную конфигурацию.

В любом случае, это только начало — и начало многообещающее. Коллаборация AWAKE рассчитывала в этом году впервые продемонстрировать эту схему ускорения на такой длинной ячейке — и смогла. Процесс самопроизвольного возникновения микроструктуры протонного пучка укрощен. Ускорение идет, результаты вполне воспроизводимы и согласуются с численным моделированием. Критический этап пройден, и перед физиками теперь открывается обширное поле деятельности по поиску оптимального режима ускорения.

Источник: E. Aldi et al. (AWAKE Coll.). Acceleration of electrons in the plasma wakefield of a proton bunch // Nature. 2018. DOI: 10.1038/s41586-018-0485-4. Статья находится в свободном доступе и также доступна как препринт arXiv:1808. 09759 [physics.acc-ph].

См. также:
1) Ч. Джоши, 2006. Плазменные ускорители.
2) А. Савельев-Трофимов. Лазерно-плазменные ускорители.
3) И. Иванов, 2009. Плазменный ускоритель электронов до ТэВных энергий.

Игорь Иванов

Книга «Астрология и рождение науки. Схема небес» Боксер А

• 
  
  Книги
  
  • 
    Художественная литература
  • 
    Нехудожественная литература
  • 
    Детская литература
  • 
    Литература на иностранных языках
  • 
    Путешествия. Хобби. Досуг
  • 
    Книги по искусству
  • 
    Биографии. Мемуары. Публицистика
  • 
    Комиксы. Манга. Графические романы
  • 
    Журналы
  • 
    Печать по требованию
  • 
    Книги с автографом
  • 
    Книги в подарок
  • 
    «Москва» рекомендует

  • 
    Авторы
    •
    Серии
    •
    Издательства
    •
    Жанр

• 
  
  Электронные книги
  
  • 
    Русская классика
  • 
    Детективы
  • 
    Экономика
  • 
    Журналы
  • 
    Пособия
  • 
    История
  • 
    Политика
  • 
    Биографии и мемуары
  • 
    Публицистика

• 
  
  Aудиокниги
  
  • 
    Электронные аудиокниги
  • 
    CD – диски

• 
  
  Коллекционные издания
  
  • 
    Зарубежная проза и поэзия
  • 
    Русская проза и поэзия
  • 
    Детская литература
  • 
    История
  • 
    Искусство
  • 
    Энциклопедии
  • 
    Кулинария. Виноделие
  • 
    Религия, теология
  • 
    Все тематики

• 
  
  Антикварные книги
  
  • 
    Детская литература
  • 
    Собрания сочинений
  • 
    Искусство
  • 
    История России до 1917 года
  • 
    Художественная литература. Зарубежная
  • 
    Художественная литература. Русская
  • 
    Все тематики
  • 
    Предварительный заказ
  • 
    Прием книг на комиссию

• 
  
  Подарки
  
  • 
    Книги в подарок
  • 
    Авторские работы
  • 
    Бизнес-подарки
  • 
    Литературные подарки
  • 
    Миниатюрные издания
  • 
    Подарки детям
  • 
    Подарочные ручки
  • 
    Открытки
  • 
    Календари
  • 
    Все тематики подарков
  • 
    Подарочные сертификаты
  • 
    Подарочные наборы
  • 
    Идеи подарков

• 
  
  Канцтовары
  
  • 
    Аксессуары делового человека
  • 
    Необычная канцелярия
  • 
    Бумажно-беловые принадлежности
  • 
    Письменные принадлежности
  • 
    Мелкоофисный товар
  • 
    Для художников

• 
  
  Услуги
  
  • 
    Бонусная программа
  • 
    Подарочные сертификаты
  • 
    Доставка по всему миру
  • 
    Корпоративное обслуживание
  • 
    Vip-обслуживание
  • 
    Услуги антикварно-букинистического отдела
  • 
    Подбор и оформление подарков
  • 
    Изготовление эксклюзивных изданий
  • 
    Формирование семейной библиотеки

Расширенный поиск

Боксер А.

Издательство:

КоЛибри; Азбука-Аттикус

Год издания:

2022

Место издания:

Москва

Возраст:

16 +

Язык текста:

русский

Язык оригинала:

английский

Перевод:

Борун В.

Тип обложки:

Твердый переплет+суперобложка

Формат:

70х100 1/16

Размеры в мм (ДхШхВ):

240x170x20

Вес:

630 гр.

Страниц:

288

Тираж:

3000 экз.

Код товара:

1106398

Артикул:

А0000018874

ISBN:

978-5-389-17012-4

В продаже с:

21. 03.2022

Дополнительная информация

Аннотация к книге «Астрология и рождение науки. Схема небес» Боксер А.:
Люди — существа, от природы склонные во всем искать паттерны, повторяющиеся закономерности. А астрология — это величайшая во Вселенной игра в поиск и сопоставление закономерностей. В этой свежей и яркой работе специалист по анализу данных Александр Боксер исследует историю астрологии, а также ее естественно-научные и математические основы. Астрология, утверждает он, была самой амбициозной задачей прикладной математики древнего мира, грандиозным предприятием по анализу данных, в которое внесли свой вклад многие блестящие умы, от Птолемея до аль-Кинди и Кеплера. Сегодня гороскопы считаются лженаукой, но когда-то они были самым передовым научным инструментом нашей цивилизации. А. Боксер проверяет их достоверность, используя современные статистические методы, и наглядно демонстрирует, что работа современных дата-аналитиков по своей сути удивительно похожа на работу астрологов былых времен. Критичная, научно скрупулезная и увлекательно написанная, эта книга помещает астрологию в новый контекст, рассматривая ее как гигантский технологический проект, охват ывающий континенты и столетия и во многом предвосхитивший наш сегодняшний мир, управляемый большими данным.

Читать дальше…

Иллюстрации

Рекомендуем посмотреть

Александров А.

Даты и судьбы. Большая книга нумерологии. От нумерологии — к цифровому анализу

564 ₽

680 ₽ в магазине

Купить

Леманн А.

История магии и суеверий. От древности до начала XX века

924 ₽

1 070 ₽ в магазине

Купить

Гудмен Л.

Знаки любви. Астрология любви и отношений

1 481 ₽

1 710 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Большой астрологический календарь — 2023 (ежегодный журнал с прогнозами)

382 ₽

460 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астрокалендарь здоровья на каждый день — 2023 (ежегодный журнал с прогнозами)

382 ₽

460 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Полный астропрогноз на 2023 г. Для всех знаков Зодиака

158 ₽

190 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Календарь дачника и цветовода 2023 на каждый день

158 ₽

190 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Лунный календарь на каждый день — 2023 (ежегодный журнал с прогнозами)

382 ₽

460 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Козерог

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Близнецы

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Весы

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Рыбы

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Стрелец

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Лев

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Овен

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Телец

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Астропрогноз — 2023. Дева

108 ₽

130 ₽ в магазине

Купить

Зараев А. В.

Календарь дачника и цветовода на каждый день — 2023 (ежегодный журнал с прогнозами)

382 ₽

460 ₽ в магазине

Купить

Классическое Таро. Руководство для гадания (78 карт, 2 пустые, инструкция)

639 ₽

770 ₽ в магазине

Купить

Уоллес М.

Witch Таро. Колода Уэйта. Ведьмовское толкование карт и их глубинный смысл

540 ₽

650 ₽ в магазине

Купить

Загрузить еще

Исследование свойств гетероструктурных ННК и разработка интегральных схем на их основе

Исследование свойств гетероструктурных ННК и разработка интегральных схем на их основе

Соглашение № 14. 613.21.0044 от 11 ноября 2015 года с Минобрнауки России

(уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI61315X0044)

Этап № 1

В ходе выполнения проекта на тему  «Исследование свойств гетероструктурных ННК и разработка интегральных схем на их основе» по Соглашению № 14.613.21.0044 от 11 ноября 2015 года с Минобрнауки России в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 выполнены следующие работы за счет средств субсидии (согласно Плану-графику исполнения обязательств):

п. 1.1 «Подписание Соглашения с иностранным партнером о выполнении совместного проекта»; подписано Соглашение с иностранным партнером о выполнении совместного проекта;

п.1.2 «Аналитический обзор современной научно-технической , нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках научных исследований»; выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках исследований, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) — не менее 15 научно-информационных источников за период 2010 – 2015 гг;

п. 1.3 «Проведение патентных исследований»; выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96;

п. 1.4 «Развитие методов расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности,

Au-III-V»; разработаны методы расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности, Au-III-V;

п. 1.5 «Создание самосогласованных моделей роста и структуры ННК»; созданы самосогласованные модели роста по механизму ПЖК и структуры III-V ННК;

п. 1.6 «Должны быть разработаны методы роста ННК»; разработаны методы роста ННК;

п. 1.7 «Разработка Программы и методик экспериментальных исследований»; разработана Программа и методики экспериментальных исследований;

п. 1.8 «Экспериментальные исследования процессов роста InAs и GaAs ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста InAs и GaAs ННК;

п. 1.9 «Экспериментальные исследования процессов роста AlGaAs ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста AlGaAs ННК;

п. 1.10 «Экспериментальные исследования морфологических свойств ННК»; проведены экспериментальные исследования морфологических свойств ННК;

п. 1.11 «Разработка промежуточного отчета о ПНИ и его рассмотрение на ученом совете»; разработан и рассмотрен на ученом совете промежуточный отчет о ПНИ;

п. 1.12 «Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями нормативных актов Минобрнауки России»; разработана соответствующая отчетная документация.

Работы, выполненные иностранным партнером:

п. 1.13 «Экспериментальные исследования процессов роста нитридных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста нитридных ННК;

п. 1.14 «Экспериментальные исследования структурных свойств нитридных ННК»; проведены экспериментальные исследования структурных свойств нитридных ННК;

п. 1.15 «Экспериментальные исследования оптических свойств нитридных ННК»; проведены экспериментальные исследования оптических свойств нитридных ННК.

Основные результаты, полученные в отчётный период.

С целью проведения совместных научных исследований было заключено и подписано Соглашение о научно-техническом сотрудничестве между Федеральным государственным бюджетным учреждением высшего образования и науки «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук» с одной стороны и Факультетом электроники и технологий Даляньского Технологического Университета (Китайский партнер). Аналитический обзор показал, что для синтеза III-V ННК, в том числе гетероструктурных, для достижения высокого качества структур могут быть использованы методы МПЭ и ГФЭ; также был обоснован выбор полупроводниковых материалов и рассмотрены различные конструкции газовых анализаторов и солнечных элементов на основе ННК.   Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96 с целью обоснование выбора технических, конструкторских решений, отвечающих требованиям создания новых и совершенствования существующих объектов техники. На основе проведенных патентных исследований можно заключить, что тема ПНИ является актуальной. Разработаны методы расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности, Au-III-V, а также развиты самосогласованные модели роста и структуры нитевидных нанокристаллов.  При построении моделей процессов роста и кристаллической структуры нитевидных нанокристаллов были использованы методы теории нуклеации, кинетических уравнений, теории упругости, и уравнений диффузии. С помощью технологии молекулярно-пучковой эпитаксии получены InAs, GaAs, (Al,Ga)As нитевидные нанокристаллы и исследованы процессы их роста. Методом растровой электронной микроскопии исследована морфология InAs, GaAs, InGaAs нитевидных нанокристаллов. Структурные свойства нитевидных нанокристаллов были исследованы методами просвечивающей микроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифракции быстрых электронов на отражения. Проведены измерения спектров фотолюминесценции некоторых образцов.

Этап № 2

На этапе № 2 выполнены следующие работы за счет средств субсидии (согласно Плану-графику исполнения обязательств):

п. 2.1 «Теоретическое моделирование роста ННК тройных соединений с гетероструктурами, в том числе исследование процессов релаксации упругих напряжений»; построены модели роста ННК тройных соединений с гетероструктурами, в том числе описывающие процессы релаксации упругих напряжений;

п. 2.2 «Экспериментальные исследования процессов роста (In,Ga)As гетероструктурных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста (In,Ga)As гетероструктурных ННК;

п. 2.3 «Экспериментальные исследования процессов роста (Al,Ga)As гетероструктурных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста (Al,Ga)As гетероструктурных ННК;

п. 2.4 «Экспериментальные исследования процессов роста In(As,P) гетероструктурных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста In(As,P) гетероструктурных ННК;

п. 2.5 «Экспериментальные исследования структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК»; проведены экспериментальные исследования структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК;

п. 2.6 «Моделирование структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК»; проведено моделирование структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК;

п. 2.7 «Создание прототипа оптоэлектронной приборной структуры на основе А3В5 ННК»; создан прототип оптоэлектронной приборной структуры на основе А3В5 ННК – солнечный элемент;

п. 2.8 «Обобщение и оценка полученных результатов исследований»; проведены обобщение и оценка полученных результатов исследований.

п. 2.9 «Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов проведенных исследований»;

п. 2.10 «Разработка заключительного отчета о ПНИ и его рассмотрение на ученом совете»; разработан и рассмотрен на ученом совете заключительный отчет о ПНИ;

п. 2.11 «Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями нормативных актов Минобрнауки России»; разработана соответствующая отчетная документация, в том числе эскизная конструкторская документация прототипа оптоэлектронной приборной структуры на основе А3В5 ННК.

Работы, выполненные иностранным партнером:

п. 2.12 «Экспериментальные исследования процессов роста гетероструктурных  ННК на основе нитридных соединений, в том числе радиальных структур (In,Ga)N»; проведены экспериментальные исследования процесса роста гетероструктурных ННК на основе нитридных соединений, в том числе радиальных структур (In,Ga)N;

п. 2.13 «Экспериментальные исследования оптоэлектронных свойств ННК»; проведены экспериментальные исследования оптоэлектронных свойств ННК;

п. 2.14 «Создание прототипов сенсорных структур на основе нитридных ННК»; созданы прототипы сенсорных структур на основе нитридных ННК.

Основные результаты, полученные в отчётный период.

Разработаны методы расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности, Au-A3B5, а также развиты самосогласованные модели роста и структуры ННК. Исследована функция распределения ННК по длине. Найдена зависимость состава тройных соединений (In,Ga)As и (Al,Ga)As ННК от состава капли. При построении моделей процессов роста и кристаллической структуры ННК в были использованы методы теории нуклеации, кинетических уравнений, теории упругости, и уравнений диффузии, математические методы дифференциально-разностных уравнений. С помощью технологии молекулярно-пучковой эпитаксии получены (Al,Ga)As, (In,Ga)As , In(As,P), GaAs, GaP ННК и исследованы процессы их роста. Методом растровой электронной микроскопии исследована их морфология. Структурные свойства ННК были исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифракции быстрых электронов на отражение. Проведены измерения спектров фотолюминесценции некоторых образцов. В рамках задачи создания прототипа солнечного элемента на основе А3В5 ННК была разработана конструкция структуры на основе радиальных гетероструктурных AlGaAs/GaAs/AlGaAs ННК и технология её изготовления методом МПЭ. Согласно проведённым исследованиям оптоэлектронных свойств экспериментального образца по разработанной программе исследований (обозначение РНБМ. 431156.019ПМ), прототип оптоэлектронной структуры может выступать в роли фотопреобразователя — солнечного элемента.

Как сделать электрическую цепь

Задумывались ли вы когда-нибудь о разнице между батареями и электричеством от настенных розеток или о том, как сделать электрическую цепь?

На этой странице вы узнаете об электронах и электрическом токе, батареях, цепях и многом другом!

Научные проекты по схемам

Построить схему

Как сделать схему? Цепь – это путь, по которому течет электричество. Он начинается от источника питания, такого как батарея, и течет по проводу к лампочке или другому объекту и обратно к другой стороне источника питания. Вы можете построить свою собственную схему и посмотреть, как она работает с этим проектом!

Что вам понадобится:

• Маленькая лампочка (или лампа для фонарика)
• 2 батарейки (с напряжением, соответствующим вашей лампочке)
• 2 провода с зажимом типа «крокодил» или алюминиевая фольга*
• Скрепки
• Изолента (Скотч® также подходит)
• Держатель лампы (дополнительно)
• Держатели батарей (дополнительно**)

* Чтобы использовать фольгу вместо проводов, отрежьте 2 полоски длиной 6 дюймов и шириной 3 дюйма. Плотно загните каждый по длинному краю, чтобы получилась тонкая полоска.)
**Чтобы использовать скрепки вместо держателей батареек, прикрепите один конец скрепки к каждому концу батарейки с помощью тонких полосок скотча. Затем подключите провода к скрепкам.

Часть 1. Создание цепи:

1. Подсоедините один конец каждого провода к винтам на основании держателя лампочки. (Если вы используете фольгу, попросите взрослого помочь вам открутить каждый винт настолько, чтобы под него можно было поместить полоску фольги.)

2. Подсоедините свободный конец одного провода к отрицательному («-») концу одной батареи. . Что-нибудь происходит?

3. Подсоедините свободный конец другого провода к положительному («+») концу батареи. Что теперь происходит?

Часть 2. Добавление питания

1. Отсоедините аккумулятор от цепи. Поставьте одну батарею так, чтобы конец «+» был направлен вверх, затем установите рядом с ней другую батарею, чтобы плоский конец «-» был направлен вверх. Обмотайте середину батареек лентой, чтобы скрепить их.

2. Установите скрепку между батарейками так, чтобы она соединила конец «+» одной батареи с концом «-» другой. Закрепите скрепку на месте узким куском ленты (не заклеивайте металлические концы батареи).

3. Переверните батареи и прикрепите один конец скрепки к каждой из батарей. Теперь вы можете подключить по одному проводу к каждой скрепке. (В нижней части батарейного блока должна быть только одна скрепка для бумаг – не подсоединяйте к ней провод.)

4. Подсоедините свободные концы проводов к лампочке.

(Примечание: вместо шагов 1-3 вы можете использовать две батареи в держателях батарей и соединить их вместе одним проводом.)

Что получилось:

В первой части вы узнали, как сделать схему с батарейка, чтобы зажечь лампочку.

Батареи обеспечивают электричество. При правильном подключении они могут «запитывать» такие вещи, как фонарик, будильник, радио… даже робота!

Почему не загорелась лампочка, когда вы подключили ее к одному концу батареи проводом?

Электричество от батареи должно выходить с одного конца (отрицательный или «-») и обратно через положительный («+») конец, чтобы работать.

То, что вы построили из батареи, провода и лампочки на шаге 3, называется обрыв цепи .

Для того, чтобы электричество начало течь, нужен замкнутый контур . Электричество создается крошечными частицами с отрицательным зарядом, называемыми электронами .

Когда цепь замкнута или замкнута, электроны могут течь от одного конца батареи по всему периметру, через провода, к другому концу батареи. По пути он будет переносить электроны к подключенным к нему электрическим объектам, таким как лампочка, и заставлять их работать!

Во второй части вы добавили еще один аккумулятор. Это должно было заставить лампочку гореть ярче, потому что две батареи вместе могут дать больше электроэнергии, чем одна!

Скрепка на дне батарейного блока позволяла электричеству течь между батареями, усиливая поток электронов.

Вы видите, как работают замкнутые и разомкнутые цепи, чтобы позволить или остановить ток?

Изолятор или проводник?

Материалы, через которые может проходить электричество, называются проводниками вызова. Материалы, препятствующие протеканию электричества, называются изоляторами.

Вы можете узнать, какие предметы в вашем доме являются проводниками, а какие изоляторами, используя схему, которую вы сделали в последнем проекте, чтобы проверить их!

Что вам нужно:

• Цепь с лампочкой и 2 батареями
• Дополнительный провод с зажимом типа «крокодил» (или провод из алюминиевой фольги*)
• Объекты для тестирования (из металла, стекла, бумаги, дерева и пластика)
• Рабочий лист (дополнительно)

Что необходимо сделать:

1. Отсоедините один из проводов от аккумуляторной батареи. Подключите один конец нового провода к аккумулятору. У вас должно получиться два провода со свободными концами (между лампочкой и батарейным блоком).

2. Вы сделали обрыв цепи и лампочка не должна гореть. Затем вы проверите объекты, чтобы увидеть, являются ли они проводниками или изоляторами. Если объект является проводником, лампочка загорится. Это изолятор, он не загорится. Для каждого объекта угадайте, будет ли каждый объект замыкать цепь и зажигать лампочку или нет.

3. Подсоедините концы свободных проводов к объекту и посмотрите, что произойдет. Некоторые объекты, которые вы можете протестировать, — это скрепка для бумаги, ножницы (попробуйте лезвия и ручки отдельно), стакан, пластиковая посуда, деревянный брусок, ваша любимая игрушка или что-то еще, что вы можете придумать.

Что произошло:

Перед тем, как протестировать каждый объект, угадайте, загорится ли от него лампочка или нет. Если это так, объект, к которому вы прикасаетесь проводами, является проводником.

Лампочка загорается, потому что проводник замыкает или замыкает цепь, и электричество может течь от батареи к лампочке и обратно к батарее! Если он не загорается, объект является изолятором и останавливает поток электричества, как это делает разомкнутая цепь.

Когда вы настроили цепь на шаге 1, она была разомкнута. Электроны не могли течь по кругу, потому что два провода не соприкасались. Электроны были прерваны.

Когда вы помещаете металлический предмет между двумя проводами, металл замыкает или замыкает цепь — электроны могут течь через металлический предмет, переходя от одного провода к другому! Объекты, которые замыкали цепь, заставляли лампочку загораться. Эти объекты являются проводниками. Они проводят электричество.

Большинство других материалов, таких как пластик, дерево и стекло, являются изоляторами. Изолятор в разомкнутой цепи не замыкает цепь, потому что через него не могут протекать электроны! Лампочка не загорелась, когда между проводами вставил изолятор.

Если вы используете провода или зажимы типа «крокодил», обратите на них пристальное внимание. Внутри они металлические, а снаружи пластиковые. Металл — хороший проводник. Пластик — хороший изолятор. Пластик, обернутый вокруг провода, помогает поддерживать движение электронов по металлическому проводу, блокируя их передачу на другой объект за пределами проводов.

Урок схемотехники

Что такое электричество?

Все вокруг вас состоит из крошечных частиц, называемых атомами.

Внутри атомов есть еще более мелкие частицы, называемые электронами . Электроны всегда имеют отрицательный заряд.

Когда электроны движутся, они производят электричество!

Электричество — это движение или поток электронов от одного атома к другому. Не волнуйтесь, если это кажется сложным. Это!

Электроны называются субатомными частицами , что означает, что то, что они делают, происходит внутри атомов, так что это довольно сложная наука.

Вы помните, что узнали о магнитах? Они имеют положительные и отрицательные заряды, а противоположные заряды (+” и “-“) притягиваются друг к другу. Ну, то же самое и с электрическими зарядами. Отрицательно заряженные электроны пытаются совпасть с положительными зарядами других объектов.

Как электроны переходят от одного атома к другому?

Они плавают вокруг своих атомов, пока не получат достаточно электроэнергии, чтобы их можно было толкнуть.

Энергия, которая заставляет их двигаться, исходит от источника питания, такого как батарея или электрическая розетка.

Это работает примерно так же, как вода течет по шлангу, когда вы включаете кран.

Когда вы включаете выключатель или подключаете электроприбор, электроны текут по проводам и высвобождаются в виде электричества, которое мы иногда называем «мощностью».

Вы, наверное, знаете, что в некоторых электронных устройствах используются батарейки, а некоторые можно подключать к настенной розетке.

Какая разница? Электричество, которое поступает из розеток в вашем доме, очень мощное — в нем много электронов, которые текут с большой энергией.

Называется переменным током , или переменным током. Электроны в переменном токе перемещаются туда и обратно очень быстро (так быстро, как может двигаться свет) по проводам на сотни миль от крупных электростанций до розеток, встроенных в стены домов и зданий.

Поскольку переменный ток очень мощный, он также может быть очень опасным. Никогда не прикасайтесь к линии электропередач и не втыкайте пальцы или какие-либо предметы, кроме электрических вилок, в розетки. Вы можете получить сильный удар током, который может повредить вам от сильных токов, протекающих по проводам и розеткам.

Батареи обеспечивают гораздо менее мощную форму электричества, называемую постоянным током или DC. В постоянном токе электроны движутся только в одном направлении — от отрицательного (-) конца или клеммы к положительной (+) клемме, через батарею и снова обратно через «-» конец.

Ток, протекающий по проводам, подключенным к батареям, намного безопаснее, чем переменный ток.

Он также очень полезен для питания небольших устройств, таких как сотовые телефоны, радиоприемники, часы, игрушки и многое другое.

Все о цепях

Цепь — это путь, по которому течет электричество. Если путь разорван, это называется разомкнутой цепью, и электроны не могут течь по кругу. Если цепь завершена, это замкнутая цепь, и электроны могут течь от одного конца источника питания (например, батареи) через провод к другому концу источника питания. В цепи батареи положительный и отрицательный концы батареи необходимо соединить через цепь, чтобы разделить электроны с лампочкой или другим объектом, подключенным к цепи.

Переключатель — это то, что позволяет открывать и закрывать цепь. Если вы включаете выключатель в своем доме, вы замыкаете или замыкаете цепь. Внутри стены выключатель замыкает цепь, и электричество течет к свету. Когда вы выключаете свет, цепь размыкается (теперь это разомкнутая цепь ), электроны перестают течь, и свет гаснет.

Отрицательно заряженные электроны, о которых мы говорили выше, не могут «прыгать», чтобы совпасть с положительными зарядами — они могут только перемещаться от одного атома к другому. Вот почему цепи должны быть завершены, чтобы работать.

Жизнь без электричества

В вашем доме когда-нибудь отключалось электричество?

Иногда сильный ветер и буря могут обрушить линии электропередач (высокие столбы, удерживающие толстые провода, по которым течет электричество), нарушив поток электричества.

Когда это происходит, электроны перестают течь и не могут добраться туда, куда направлялись. Когда в ваш дом не поступает электричество, ни свет, ни розетки не будут работать!

Если снаружи темно, то и внутри будет темно.

Компьютеры, телефоны, микроволновые печи, радиоприемники и другие устройства, которые должны быть подключены к сети, перестанут работать.

Если вы теряли силу раньше, можете ли вы описать, на что это было похоже?

Вас что-то прерывало?

Вам приходилось использовать свечи, чтобы видеть?

Если вы никогда раньше не сталкивались с отключением электроэнергии, попробуйте подумать обо всех повседневных делах, которые требуют электричества.

Как бы изменился ваш день, если бы у вас не было электричества? Есть ли вещи, которые вы могли бы использовать вместо батареек?

• Посмотрите этот урок естествознания, чтобы узнать больше об энергии и различных видах электричества.

Science Words

Электроны – мельчайшие частицы внутри атомов, всегда имеющие отрицательный заряд. Именно они вызывают электричество.

Ток – поток электронов для производства электричества.

Разомкнутая цепь – сломанный путь, по которому электроны не могут течь.

Замкнутая цепь – непрерывный путь, по которому электроны могут течь от источника питания обратно к другому концу источника питания.

Печатайте, перерабатывайте, повторяйте: ученые демонстрируют биоразлагаемую печатную схему

• Статья
• Материалы

Исследовательская группа под руководством лаборатории Беркли разработала полностью перерабатываемую и биоразлагаемую печатную схему. Это продвижение может предотвратить попадание носимых устройств и другой гибкой электроники на свалку, а также снизить опасность для здоровья и окружающей среды, создаваемую отходами тяжелых металлов.

По данным Организации Объединенных Наций,  менее четверти всех электронных отходов в США перерабатывается. Только в 2021 году объем электронных отходов в мире вырос до 57,4 млн тонн, и только 17,4% из них было переработано.

Некоторые эксперты предсказывают, что наша проблема с электронными отходами со временем будет только усугубляться, потому что большая часть электроники на рынке сегодня предназначена для портативности, а не для вторичной переработки. Планшеты и ридеры, например, собираются путем приклеивания схем, микросхем и жестких дисков к тонким слоям пластика, которые необходимо расплавить для извлечения драгоценных металлов, таких как медь и золото. При сжигании пластика в атмосферу выбрасываются токсичные газы, а электроника, выбрасываемая на свалку, часто содержит вредные материалы, такие как ртуть, свинец и бериллий.

Но теперь группа исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли разработала потенциальное решение: полностью перерабатываемая и биоразлагаемая печатная плата. Исследователи, сообщившие о новом устройстве в журнале Advanced Materials, говорят, что это усовершенствование может перенаправить носимые устройства и другую гибкую электронику на свалку, а также смягчить опасность для здоровья и окружающей среды, создаваемую отходами тяжелых металлов.

«Когда речь идет о пластиковых электронных отходах, легко сказать, что их невозможно решить и избавиться от них», — сказал старший автор Тинг Сюй, старший научный сотрудник отдела материаловедения лаборатории Беркли и профессор химии, материаловедения и инженерии. в Калифорнийском университете в Беркли. «Но ученые находят все больше доказательств серьезных проблем со здоровьем и окружающей средой, вызванных выщелачиванием электронных отходов в почву и грунтовые воды. С помощью этого исследования мы показываем, что, хотя вы еще не можете решить всю проблему, вы можете, по крайней мере, решить проблему извлечения тяжелых металлов, не загрязняя окружающую среду».

Запуск ферментов

В предыдущем исследовании Сюй и ее команда продемонстрировали биоразлагаемый пластиковый материал, содержащий очищенные ферменты, такие как липаза Burkholderia cepacian (BC-липаза). Благодаря этой работе они обнаружили, что горячая вода активирует BC-липазу, побуждая фермент расщеплять полимерные цепи на мономерные строительные блоки. Они также узнали, что BC-липаза — привередливый «едок». Прежде чем липаза сможет преобразовать полимерную цепь в мономеры, она должна сначала захватить конец полимерной цепи. Контролируя, когда липаза находит конец цепи, можно гарантировать, что материалы не разлагаются до тех пор, пока вода не достигнет определенной температуры.

Для текущего исследования Сюй и ее команда еще больше упростили процесс. Вместо дорогих очищенных ферментов биоразлагаемые печатные схемы основаны на более дешевых, готовых к хранению «коктейлях» липазы BC. По словам Сюй, это значительно снижает затраты, облегчая внедрение печатных плат в массовое производство.

Таким образом, исследователи усовершенствовали технологию, позволив им разработать пригодные для печати «проводящие чернила», состоящие из биоразлагаемых полиэфирных связующих, проводящих наполнителей, таких как серебряные хлопья или технический углерод, и имеющихся в продаже ферментных коктейлей. Чернила получают электропроводность за счет частиц серебра или сажи, а биоразлагаемые полиэфирные связующие действуют как клей.

Исследователи снабдили коммерческий 3D-принтер проводящими чернилами для печати рисунков схем на различных поверхностях, таких как твердый биоразлагаемый пластик, гибкий биоразлагаемый пластик и ткань. Это доказало, что чернила прилипают к различным материалам и после высыхания образуют единое целое.

Чтобы проверить срок годности и надежность, исследователи хранили печатную схему в лабораторном ящике без контролируемой влажности и температуры в течение семи месяцев. Вытащив схему из хранилища, исследователи в течение месяца прикладывали к устройству постоянное электрическое напряжение и обнаружили, что схема проводит электричество так же хорошо, как и до хранения.

Затем исследователи проверили пригодность устройства к переработке, погрузив его в теплую воду. В течение 72 часов материалы схемы разложились на составные части — частицы серебра полностью отделились от полимерных связующих, а полимеры распались на повторно используемые мономеры, что позволило исследователям легко восстановить металлы без дополнительной обработки. К концу этого эксперимента они определили, что примерно 94% частиц серебра могут быть переработаны и повторно использованы с аналогичными характеристиками устройства.

Тот факт, что способность схемы к деградации сохранялась после 30 дней работы, удивил исследователей, предполагая, что ферменты все еще были активны. «Мы были удивлены, что ферменты «жили» так долго. Ферменты не предназначены для работы в электрическом поле», — сказал Сюй.

Сюй объясняет долговечность рабочих ферментов молекулярной структурой биоразлагаемого пластика. В своем предыдущем исследовании исследователи узнали, что добавление защитного фермента, называемого случайным гетерополимером, или RHP, помогает распределить ферменты в смеси в виде кластеров размером в несколько нанометров (миллиардных долей метра). Это создает безопасное место в пластике, где ферменты могут бездействовать до тех пор, пока их не призовут к действию.

Схема также обещает стать устойчивой альтернативой одноразовому пластику, используемому в переходной электронике — таким устройствам, как биомедицинские имплантаты или датчики окружающей среды, которые со временем распадаются, сказал ведущий автор Джунпё Квон, доктор философии. студент-исследователь из группы Xu в Калифорнийском университете в Беркли.

Теперь, когда они продемонстрировали биоразлагаемую и перерабатываемую печатную схему, Сюй хочет продемонстрировать пригодный для печати, перерабатываемый и биоразлагаемый микрочип.

«Учитывая, насколько сложными в настоящее время являются чипы, это определенно будет непросто. Но мы должны постараться и выложиться по максимуму», — сказала она.

Эта работа была поддержана Управлением науки Министерства энергетики США. Дополнительное финансирование предоставило Исследовательское управление армии Министерства обороны США.

Технология доступна для лицензирования через Управление лицензирования технологий Калифорнийского университета в Беркли.

Связанная работа:

Чтобы разработать действительно компостируемый пластик, ученые берут пример с природы, 21 апреля 2021 г.

# # #

Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, основанная в 1931 году на основе убеждения, что самые сложные научные задачи лучше всего решаются командами, и ее ученые были отмечены 14 Нобелевскими премиями. Сегодня исследователи из лаборатории Беркли разрабатывают устойчивые энергетические и экологические решения, создают новые полезные материалы, расширяют границы вычислительной техники и исследуют тайны жизни, материи и Вселенной. Ученые со всего мира полагаются на оборудование лаборатории для своих собственных научных открытий. Лаборатория Беркли — это многопрофильная национальная лаборатория, управляемая Калифорнийским университетом для Управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите страницу Energy.gov/science.

`

Электрические цепи

Эта основная идея исследуется через:

• Противопоставление студенческих и научных взглядов
• Критические идеи обучения
• Педагогическая деятельность

Противопоставление студенческих и научных взглядов

Повседневный опыт студентов

Студенты имеют большой опыт использования повседневных бытовых приборов, работа которых зависит от электрических цепей (фонарики, мобильные телефоны, iPod). Скорее всего, у них сложилось ощущение, что вам нужна батарея или выключатель питания, чтобы они «работали», и что батареи могут «разряжаться». Они склонны думать об электрических цепях как о чем-то, что они называют «током», или «энергией», или «электричеством», или «напряжением» — названиями, которые они часто используют взаимозаменяемо. Это неудивительно, учитывая, что все эти ярлыки часто используются в повседневном языке с неясным значением. Какой бы ярлык ни использовали учащиеся, они, скорее всего, увидят электрические цепи как связанные с «потоком» и чем-то, что «сохраняется», «используется» или и тем, и другим. Некоторая повседневная лексика, например о «зарядке аккумуляторов», также может быть источником концептуальной путаницы для учащихся.

В частности, учащиеся часто рассматривают ток как то же самое, что и напряжение, и думают, что ток можно хранить в батарее, и этот ток можно израсходовать или преобразовать в форму энергии, такую ​​как свет или тепло.

Студенты обычно используют четыре модели для объяснения поведения простой схемы, содержащей батарею и лампочку. Они были описаны исследователями как:

В частности, учащиеся часто рассматривают ток как то же самое, что и напряжение, и думают, что ток может быть сохранен в батарее, и этот ток может быть использован или преобразован в форму энергии, такую ​​как свет или тепла.

Студенты обычно используют четыре модели для объяснения поведения простой схемы, содержащей батарею и лампочку. Они были описаны исследователями как:

Повседневный опыт учащихся с электрическими цепями часто приводит к запутанному мышлению. Учащиеся, которые знают, что можно получить удар током, если прикоснуться к клеммам пустой бытовой розетки при включенном выключателе, поэтому иногда считают, что в розетке есть ток, независимо от того, касаются они ее или нет. (Точно так же они могут полагать, что в любых проводах, подключенных к батарее или розетке, есть ток, независимо от того, замкнут ли выключатель.)

Некоторые студенты считают, что пластиковая изоляция проводов, используемых в электрических цепях, удерживает и направляет электрический ток так же, как водопроводные трубы удерживают и регулируют поток воды.

Исследования: Osborne (1980), Osborne & Freyberg (1985), Shipstone (1985), Shipstone & Gunstone (1985), White & Gunstone (1980) ) относится к области науки.

Модели играют важную роль, помогая нам понять то, чего мы не видим, и поэтому они особенно полезны при попытке разобраться в электрических цепях. Модели ценятся как за их объяснительную способность, так и за их предсказательную способность. Однако модели также имеют ограничения.

Модель, используемая сегодня учеными для электрических цепей, использует идею о том, что все вещества содержат электрически заряженные частицы (см.
Макроскопические и микроскопические свойства). Согласно этой модели, электрические проводники, такие как металлы, содержат заряженные частицы, которые могут относительно легко перемещаться от атома к атому, тогда как в плохих проводниках, таких как керамика, заряженные частицы перемещаются гораздо труднее.

В научной модели электрический ток представляет собой общее движение заряженных частиц в одном направлении. Причиной этого движения является источник энергии наподобие батареи, которая толкает заряженные частицы. Заряженные частицы могут двигаться только тогда, когда существует полный проводящий путь (называемый «контуром» или «петлей») от одного вывода батареи к другому.

Простая электрическая цепь может состоять из батареи (или другого источника энергии), лампочки (или другого устройства, использующего энергию) и проводников, соединяющих две клеммы батареи с двумя концами лампочки. В научной модели такой простой цепи движущиеся заряженные частицы, которые уже присутствуют в проводах и в нити накала лампочки, — это электроны.

Электроны заряжены отрицательно. Батарея отталкивает электроны в цепи от своей отрицательной клеммы и притягивает их к положительной клемме (см.
Электростатика – бесконтактная сила). Любой отдельный электрон перемещается только на короткое расстояние. (Эти идеи получили дальнейшее развитие в основной идее «Понятие напряжения»). В то время как фактическое направление движения электронов — от отрицательного к положительному выводу батареи, по историческим причинам обычно направление тока описывается как направление от положительного к отрицательному выводу (так называемый «условный ток»). ‘).

Энергия батареи сохраняется в виде химической энергии (см. основную идею «Преобразование энергии»). Когда он подключен к полной цепи, электроны движутся, и энергия передается от батареи к компонентам цепи. Большая часть энергии передается световому шару (или другому потребителю энергии), где она преобразуется в тепло и свет или в какую-либо другую форму энергии (например, звук в iPod). Очень небольшое количество преобразуется в тепло в соединительных проводах.

Напряжение батареи говорит нам, сколько энергии она обеспечивает компонентам схемы. Это также говорит нам кое-что о том, насколько сильно батарея выталкивает электроны в цепи: чем выше напряжение, тем сильнее толчок (см.
Использование энергии).

Важные обучающие идеи

• Электрический ток представляет собой общее движение заряженных частиц в одном направлении.
• Для получения электрического тока необходима непрерывная цепь от одной клеммы батареи к другой.
• Электрический ток в цепи передает энергию от батареи к компонентам цепи. В этом процессе ток не «расходуется».
• В большинстве цепей движущимися заряженными частицами являются отрицательно заряженные электроны, которые всегда присутствуют в проводах и других компонентах цепи.
• Батарея толкает электроны по цепи.

Исследование: Loughran, Berry & Mulhall (2006)

Количественные подходы к обучению (например, с использованием закона Ома) могут препятствовать развитию концептуального понимания, и их лучше избегать на этом уровне.

Язык, используемый учителями, важен. Использование слова «электричество» следует ограничить, поскольку его значение неоднозначно. Говоря о «течении» тока вместо движения заряженных частиц, можно усилить неверное представление о том, что ток — это то же самое, что и электрический заряд; поскольку «заряд» является свойством веществ, подобно массе, лучше говорить о «заряженных частицах», чем о «зарядах».

Идея фокуса
В разделе «Введение в научный язык» содержится дополнительная информация о развитии научного языка у учащихся.

Использование моделей, метафор и аналогий имеет жизненно важное значение для развития понимания учащимися электрических цепей, потому что объяснение того, что мы наблюдаем в цепи (например, зажигание лампочки), включает в себя использование научных идей о вещах, которые мы не можем видеть, таких как энергия и электроны. Поскольку все модели/метафоры/аналогии имеют свои ограничения, важно использовать их множество. Не менее важно четко понимать сходства и различия между любой используемой моделью/метафорой/аналогией и рассматриваемым явлением. Общее ограничение физических моделей (в том числе приведенных ниже) заключается в том, что они подразумевают, что любой данный электрон движется по всей цепи.

Исследуйте взаимосвязь между идеями об электричестве и преимуществами и ограничениями моделей в
Карты развития концепции – электричество и магнетизм и модели

Некоторые полезные модели и аналогии для использования:

• аналогия с велосипедной цепью — это полезно для развития идеи потока энергии, для отличия этого потока энергии от тока и для демонстрации постоянства тока в данной цепи. Движение велосипедной цепи аналогично току в полной цепи. Движущаяся цепь передает энергию от педали (т. е. «батареи») на заднее колесо (т. е. «компоненты цепи»), где энергия преобразуется. Эта модель имеет ограниченную полезность и требует, чтобы учащийся осознал, что заднее колесо является компонентом, выполняющим преобразование энергии.

• модель желейных бобов — это полезно для развития идеи о том, что движение электронов в цепи сопровождается передачей энергии. Учащиеся разыгрывают «электроны» в электрической цепи. Каждый из них собирает фиксированное количество желейных бобов, представляющих энергию, когда они проходят через «батарейку», и отдают эту «энергию», когда они достигают/проходят через «лампочку». Эти студенческие «электроны» затем возвращаются к «батарее» для получения дополнительной «энергии», что включает в себя получение большего количества мармеладок.

Другое описание этого вида деятельности представлено в виньетке PEEL
Ролевая игра «Жемейные бобы». Эта модель может быть очень мощной, но важным ограничением является то, что она представляет энергию как субстанцию, а не как изобретенную человеком конструкцию.

• модель веревки — эта модель помогает объяснить, почему в электрической цепи происходит нагрев. Учащиеся образуют круг и свободно держат непрерывную петлю из тонкой веревки горизонтально. Один ученик действует как «батарейка» и тянет веревку так, чтобы она скользила по рукам других учеников, «компонентов схемы». Студенты могут чувствовать, как их пальцы нагреваются, поскольку энергия трансформируется, когда студенческая батарея тянет веревку

Для получения дополнительной информации о разработке идей об энергии см. основную идею
Использование энергии.

• модель водяного контура — это часто используется в учебниках, и на первый взгляд кажется, что это модель, с которой учащиеся могут легко разобраться; однако важно, чтобы учителя знали о его ограничениях.

В этой модели насос изображает аккумулятор, турбина — лампочку, а водопроводные трубы — соединительные провода. Важно указать учащимся, что этот водяной контур на самом деле отличается от бытового водоснабжения, потому что в противном случае они могут опираться на свой повседневный опыт и ошибочно заключить, например, что электрический ток может просачиваться из проводов контура таким же образом, как вода может вытекать из труб.

Исследование: Loughran, Berry & Mulhall ​(2006)

Преподавательская деятельность

Открытое обсуждение через обмен опытом

Упражнение POE (Предсказать-Наблюдать-Объяснить) — полезный способ начать обсуждение. Дайте учащимся батарейку, лампочку для фонарика (или другую лампочку с нитью накаливания) и соединительный провод. Попросите их предсказать, как должна быть подключена цепь, чтобы лампочка загорелась. Примечание: НЕ предоставляйте держатель лампы. Это должно вызвать дискуссию о необходимости полной петли для тока и о пути тока в лампочке. Эту деятельность можно расширить, поощряя учащихся использовать другие материалы вместо проволоки.

Оспорить некоторые существующие идеи

Ряд POE (Предсказать-Наблюдать-Объяснить) можно построить, изменив элементы существующей схемы и попросив учащихся сделать прогноз и их обоснование этого прогноза. Например, попросите учащихся предсказать изменения, которые могут произойти в яркости лампочки, когда она подключена к батареям с разным напряжением.

Прояснить и закрепить идеи для/посредством общения с другими

Попросите учащихся изучить модели и аналогии электрических цепей, представленные выше. Учащиеся должны оценить каждую модель на предмет ее полезности для разъяснения представлений об электрических цепях. Студентов также следует поощрять к выявлению ограничений моделей.

Обратите внимание учащихся на упущенную из виду деталь

Попросите учащихся изучить работу горелки и нарисовать рисунок, показывающий путь тока при замкнутом выключателе. Студенты должны обсудить или написать о том, что, по их мнению, происходит.

Предложите учащимся определить явления, не объясняемые (представленной в настоящее время) научной моделью или идеей.

Попросите учащихся перечислить свойства электрической цепи, которые объясняются конкретной моделью/метафорой/аналогией, а также свойства, которые не объясняются.

Способствовать осмыслению и уточнению существующих идей

Попросите учащихся нарисовать концептуальную карту, используя такие термины, как «батарея», «электроны», «энергия», «соединительные провода», «лампочка», «электрический ток».

Определение схемы и значение | Dictionary.com

• Основные определения
• Синонимы
• Викторина
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный

Уровень сложности этого слова

показывает уровень сложности

.

[ sur-kit ]

/ ˈsɜr kɪt /

Сохранить это слово!

См. синонимы для: Circuit / Circuited / Circuiting на сайте Thesaurus.com

Показывает уровень обучения в зависимости от сложности слова.

Определение контура

существительное

действие или пример движения или перемещения.

круговой рейс или один, начинающийся и заканчивающийся в одном и том же месте; около.

круговое путешествие или курс.

периодическое путешествие с места на место для выполнения определенных обязанностей, например, судьи для проведения судебного заседания, священники для проповеди или коммивояжеры, путешествующие по маршруту.

лица, совершающие такое путешествие.

пройденный маршрут, посещенные места или район, охваченный таким путешествием.

линия, огибающая или ограничивающая любую область или объект; расстояние вокруг области или объекта.

пространство внутри ограничивающей линии; район: контур долины.

Электричество.

1. Также называется электрической цепью. полный путь электрического тока, включая генерирующее устройство, промежуточные резисторы или конденсаторы.
2. любой четко определенный сегмент полной цепи.

Телекоммуникации. средство передачи коммуникационных сигналов или сообщений, обычно состоящее из двух каналов интерактивной связи. Сравните канал ¹ (по умолчанию 12).

Ряд театров, ночных клубов и т. д., находящихся под контролем одного и того же владельца или управляющего или посещаемых по очереди одними и теми же артистами или актерскими труппами.

лига или ассоциация: Раньше он играл в бейсбол за команду Техаса.

глагол (используется с объектом)

идти или передвигаться; сделать схему из.

глагол (используется без дополнения)

идти или двигаться по кругу.

ДРУГИЕ СЛОВА ДЛЯ контура

2 тур, революция, орбита.

7 окружность, периметр, периферия, граница, компас.

8 область, компас, площадь, диапазон, поле.

11 цепь.

См. синонимы для схемы на Thesaurus.com

ВИКТОРИНА

Сыграем ли мы «ДОЛЖЕН» ПРОТИВ. «ДОЛЖЕН» ВЫЗОВ?

Следует ли вам пройти этот тест на «должен» или «должен»? Это должно оказаться быстрым вызовом!

Вопрос 1 из 6

Какая форма используется для указания обязательства или обязанности кого-либо?

Идиомы о трассе

езда трасса, Закон. (судьи) для поездки в судебный округ или район для проведения судебного разбирательства.

Происхождение цепи

1350–1400; Среднеанглийский <латинский Circuitus, вариант кругового движения, цикл, эквивалентный circu(m)i-, вариантная основа circu(m)īre, чтобы идти по кругу, круг (circum-circum- + īre, чтобы идти) + суффикс -tus действия; ср. окружность, выход ¹

ДРУГИЕ СЛОВА ИЗ Circuit

контур, прилагательноеmin·i·цепь, существительноемногоконтурный, существительноемногоконтурный, прилагательное

не ·замкнутый·ред, прилагательноепод·замкнутый, существительное

Слова рядом с цепью

время круга, Серклвилль, кольцо, кругорама, круги, цепь, анализатор цепи, привязка цепи, монтажная плата, выключатель, окружной суд

Dictionary. com Unabridged
На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc., 2022

Слова, относящиеся к кругосветке

курс, район, круг, маршрут, тур, область, область, границы, круг, циркуляция, окружность, кругосветное плавание, окружность, круговорот , компас, цикл, вращение, круговорот, путешествие, лимит

Как использовать схему в предложении

• На самом деле эти схемы мозга вычисляют ожидаемое вознаграждение на основе ваших знаний, ожиданий и решений, а не того, что происходит на самом деле.

  Вот как ваш мозг реагирует на социальное влияние|Shelly Fan|25 августа 2020 г.|Центр Singularity в высококачественную фольгу.

  Мы используем микробы для очистки токсичных электронных отходов. Вот как|Себастьян Фарно|20 августа 2020 г.|Singularity Hub

• Такие схемы могут быть встроены в небольшие портативные устройства и выполнять сложные вычислительные задачи, с которыми сегодня могут справиться только суперкомпьютеры.

  Мозг на чипе|Кэти Маклин|19 августа 2020 г.|MIT Technology Review

• Компания SDG&E увеличила свои возможности по модификации сетей и перемещению силовых нагрузок на другие цепи, сказал Уинн.

  Отчет Сакраменто: Uber против Калифорнии|Голос Сан-Диего|14 августа 2020 г.|Голос Сан-Диего

• Это означает, что его эффект является временным, давая нервному контуру передышку для корректировки своей активности.

  Ученые использовали дофамин для беспрепятственного слияния искусственных и биологических нейронов|Shelly Fan|23 июня 2020 г.|Центр Singularity0003

  История величайшего игрока в крикет в мире|Уильям О’Коннор|24 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

• А в сентябре 2008 г. Апелляционный суд 2-го округа США распорядился обнародовать набор из 21 фотографии. .

  Фотографии жестокого обращения с задержанными Обама не хотел, чтобы вы видели|Ноа Шахтман, Тим Мак|15 декабря 2014|DAILY BEAST

• Она участвовала в ток-шоу и написала книгу, которая принесла ей аванс в размере 4 000 000 долларов.

  Аманда Нокс: одержимость матери|Нина Дарнтон|26 ноября 2014 г.|DAILY BEAST

• Возьмем дело Herx против епархии Форт-Уэйн, иск о дискриминации при приеме на работу в седьмом округе.

  Католическая церковь: свобода вероисповедания важнее гражданских прав|Джей Майклсон|23 ноября 2014 г.|DAILY BEAST

• Судья Сотомайор запретил однополые браки в Канзасе еще до того, как они начались, благодаря расколу в окружных судах.

  Начинается хаос с однополыми браками|Джей Майклсон|11 ноября 2014|DAILY BEAST

• Этот перешеек имеет окружность полных пятисот лиг и занят племенем сорикуа.

  Отношения иезуитов и союзнические документы, Vol. II: Acadia, 1612-1614|Разные

• Этих судов девять, по одному на каждый округ, на который разделены Соединенные Штаты.

  Удобная юридическая книга Патнэма для неспециалистов|Альберт Сидни Боллс

• На выездном обеде один советник сказал другому: «Я непременно повешу вашего клиента».

  Книга анекдотов и бюджет веселья;|Разное

• На скалистом островке в центре пресноводного пруда в двух милях по кругу они начали возводить крепость и склад.

  Книга истории и хронологии на каждый день|Джоэл Манселл

• Адвокат, путешествующий со своим клерком по округу, последний спросил своего хозяина, что является главным в судебном процессе.

  Книга анекдотов и бюджет веселья; | Различные

Британские определения словаря для цепи

Схема

/ (ˈsɜːkɪt) /

---

ОБЩЕСТВЕННОЕ

1. Полный маршрут или курс. или круговой или который лежит вокруг объекта
2. область, ограниченная таким маршрутом

акт следования по такому маршрутумы сделали три цепи курса

1. полный путь, по которому может протекать электрический ток
2. (как модификатор)схема
1. периодическое путешествие по району, совершаемое судьями, продавцами и т. д.
2. пройденный маршрут или места, посещенные в ходе такого путешествия
3. лица, совершающие такое путешествие соседние церкви

   английское право одна из шести областей, на которые разделена Англия для отправления правосудия

   спорт

   1. серия турниров, в которых регулярно принимают участие одни и те же игрокимеждународная теннисная трасса
   2. трасса участники, которые принимают участие в такой серии

   в основном британская гоночная трасса, обычно неправильной формы

   глагол

   совершать кругооборот вокруг (чего-либо)

   Производные формы кругооборота

   круговой, прилагательное + īre to go

   Collins English Dictionary — Complete & Unabridged 2012 Digital Edition
   © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins
   Издательство 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

   Научное определение цепи

   цепь

   [sûr′kĭt]

   ---

   Замкнутая цепь, по которой протекает или может течь электрический ток. лампочки или логические элементы в компьютерной схеме), один за другим, называются последовательными цепями. Если цепь разорвана, ни один из компонентов не получает ток. Цепи, в которых источник питания напрямую подключен к двум или более компонентам, называются параллельными цепями. Если в цепи происходит обрыв, то только тот компонент, на пути которого происходит обрыв, перестает получать ток.

   Система электрически соединенных частей или устройств.

   Научный словарь American Heritage®
   Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

   Что такое последовательная цепь? | Научный проект

   Научный проект
   

   Электричество одновременно обыденно и таинственно. Мы полагаемся на него каждый день, чтобы управлять освещением и бытовой техникой, но как это работает?

   Электрический ток возникает, когда электрические заряды находятся в движении. Вы можете думать об электрическом токе так же, как о токе в воде. Некоторые водные потоки текут медленно, а другие, например, горные ручьи, текут быстро. Скорость течения частично зависит от давления воды. Если давление высокое, ток течет очень быстро. Термин, используемый для электрического давления, называется напряжением . Еще одним фактором, определяющим скорость течения воды, является размер трубы. Если труба сужается, общий расход воды замедляется. В мире электричества факторы, замедляющие электрический ток, называются 9.0034 резисторы . Тонкий скрученный провод внутри лампочки представляет собой резистор. Когда электрический ток течет через лампочку, он замедляется, и часть электрической энергии превращается в свет. Этот свет, генерируемый сопротивлением, используется для освещения комнат нашего дома и для того, чтобы сделать наши праздники праздничными.

   Скачать проект

   Говоря о праздниках, гирлянды на рождественской елке — отличный источник дешевых лампочек и проводов для практических исследований электричества. Если у вас есть пара стриптизерш и пара аккумуляторов, вы можете построить свои собственные цепь , которая представляет собой управляемый круговой путь электричества. Первый тип схемы, которую вы должны построить, — это последовательная схема. В цепи серии электрический заряд течет только по одному круговому пути. Все становится интереснее, когда вы добавляете резисторы и дополнительные источники питания.

   Что такое последовательная цепь?

   • Нить маленьких гирлянд для рождественской елки (было бы здорово переработать старый набор)
   • Инструмент для снятия изоляции с медных проводов (доступен в хозяйственных магазинах)
   • Две батарейки АА известной марки (недорогие версии могут перегреваться)
   • Изолента
   • Чистый, сухой, неметаллический стол для работы.
   1. Убедитесь, что ваши руки сухие.
   2. Используя режущую часть стриппера, отрежьте световую нить в точке на полпути от следующей лампы с каждой стороны нужной лампочки.
   3. Таким же образом вырежьте еще одну лампочку.
   4. Используя стриппер, снимите зеленый пластик с последних 1/4 дюйма или около того провода на обоих концах разрезанных лампочек. Какой цели служит зеленый пластик ?
   5. Используйте изоленту, чтобы закрепить зачищенный провод с обеих сторон батареи. Лампочка должна загореться. Если это не так, убедитесь, что зачищенный провод полностью соприкасается с аккумулятором. Если это все еще не работает, попробуйте другую лампочку. Как только вы зажгли лампочку, вы создали рабочую цепь. В каком направлении движутся электрические заряды ?
   6. Теперь пришло время сделать последовательную цепь. Снимите изоленту провод с положительного полюса аккумулятора. Почему гаснет свет?
   7. Накрутите одну жилу другой лампочки с проводами на одну жилу оригинальной лампочки. Закрепите другой конец обратно на положительном полюсе батареи. Что происходит ?
   8. Снова снимите изолентой провод с положительного полюса аккумулятора.
   9. Поместите еще одну батарею на первую батарею так, чтобы положительный полюс одной касался отрицательного полюса другой.
   10. Воссоздайте свою схему. Что вы заметили в яркости огней?

   Вы должны заметить, что лампочки в схеме, которую вы сделали с двумя лампочками и одной батареей, светят не так ярко, как если бы была только одна лампочка. Когда вы добавили вторую батарею, два индикатора должны светить так же ярко, как один с одной батареей.

   Зеленый пластик, покрывающий провода, действует как изолятор. Изолятор препятствует протеканию электрического тока. Зеленое пластиковое покрытие на елочных огнях изолирует ваши рождественские украшения и вас от протекающего электрического тока. Помните, что цепь представляет собой круг электрического тока. Когда вы впервые зажгли рождественскую лампочку, электрический ток протекал от отрицательного полюса батареи, через лампочку и через батарею обратно к положительному полюсу батареи. Электрический ток столкнулся с некоторым сопротивлением в тонком проводе, из которого состоит лампочка. Часть электрической энергии трансформировалась в свет и немного тепла. Когда была добавлена ​​вторая лампочка, вся электрическая энергия должна была поровну делиться между двумя лампочками. Так как сопротивление было больше, а мощность та же, лампочки светились не так ярко. Когда вы добавляли еще одну батарею, которая увеличивала напряжение, лампочки снова ярко светились.

   Вы можете попробовать удвоить мощность с помощью одной лампочки. Также интересно сравнить, насколько ярко светятся некоторые цветные огни по сравнению с другими цветами. Вы видите закономерность? Если вас это заинтриговало, узнайте, почему в фотопроявочных комнатах используются красные огни. Наконец, как только вы поймете последовательную схему, вы должны исследовать параллельные схемы.

   Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожности

   Education. com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для информационных
   только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений
   относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за
   любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких
   Информация. Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и
   отказаться от любых претензий к Education.com, возникающих в связи с этим. Кроме того, ваш
   доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается
   Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения
   об ответственности Education.com.

   Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех
   отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта
   следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями.
   или другой надзор. Чтение и соблюдение мер предосторожности всех
   материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека. За
   дополнительную информацию см. в справочнике по научной безопасности вашего штата.

   DK Наука и техника: схемы

   2. / Наука и техника

   Cite

   ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК?

   КОГДА ПРОИСХОДИТ ТОК В ЦЕПИ?

   ЧТО СОЗДАЕТ ТОК В ЦЕПИ?

   АККУМУЛЯТОР

   КОМПОНЕНТЫ

   УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

   Электрический ток течет по петле, питая лампочки или другие электрические КОМПОНЕНТЫ. Петля представляет собой электрическую цепь. Цепь состоит из различных компонентов, соединенных между собой проводами. Ток передается по цепи источником питания, например АККУМУЛЯТОРОМ.

   Таблица 26. Определения цепи

   3403403403403403410 гг. точка в цепи каждую секунду

   Напряжение	— это энергия, данная каждой единице, которая течет в цепи
   Мощность	количество электроэнергии, потребляемой цепью каждую секунду

   ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК?

   Электрический ток представляет собой поток электрического заряда (обычно в форме электронов) через вещество. Вещество или проводник, по которому течет электрический ток, часто представляет собой металлическую проволоку, хотя ток может также течь через некоторые газы, жидкости и другие материалы.

   Цепи могут быть подключены двумя способами. В последовательной цепи ток течет к каждой лампочке по очереди. Обе лампочки горят тускло. В параллельной цепи ток делится и течет сразу к обеим лампочкам одновременно. Лампочки тогда ярче.

   КОГДА ПРОИСХОДИТ ТОК В ЦЕПИ?

   Ток течет только тогда, когда цепь замкнута — когда в ней нет разрывов. В полной цепи электроны текут от отрицательной клеммы (соединения) источника питания через соединительные провода и компоненты, такие как лампы, и обратно к положительной клемме.

   ЧТО СОЗДАЕТ ТОК В ЦЕПИ?

   Когда провод подсоединен к клеммам батареи, электроны текут от минуса к плюсу. Разные (противоположные) заряды притягиваются, одинаковые (одинаковые) заряды отталкиваются. Электроны имеют отрицательный заряд — они отталкиваются от отрицательного и притягиваются к положительному.

   АККУМУЛЯТОР

   Аккумулятор представляет собой компактный, легко транспортируемый источник электроэнергии. Когда батарея подключена к цепи, она обеспечивает энергию, которая движет электроны по току. Батареи содержат химические вещества, которые взаимодействуют друг с другом, разделяя положительный и отрицательный заряды.

   ЧТО ВНУТРИ БАТАРЕИ?

   Батарея состоит из одной или нескольких секций или элементов. Внутри каждой ячейки два химически активных материала, называемых электродами, разделены жидкостью или пастой, называемой электролитом. Маленькие батареи могут иметь только одну ячейку. Большие, мощные батареи могут иметь шесть ячеек.

   КАК РАБОТАЕТ БАТАРЕЯ?

   Внутри элемента электролит вступает в реакцию с электродами, заставляя электроны перемещаться через электролит от одного электрода к другому. Один электрод получает отрицательный заряд, а другой положительный заряд. Два электрода являются положительными и отрицательными клеммами.

   КОМПОНЕНТЫ

   Различные объекты, составляющие цепь, называются компонентами. Цепь должна иметь источник питания, например батарею, и ток течет по проводнику, например по проводу. Лампочки, зуммеры и двигатели — это компоненты, которые превращают электричество в свет, звук и движение.

   СТИМУЛ СЕРДЦА

   Батарея и другие компоненты искусственного кардиостимулятора посылают электрические импульсы по проводам к сердцу пациента, чтобы поддерживать его устойчивое биение. Кардиостимулятор устанавливают, когда сердце не бьется стабильно самостоятельно.

   ЧТО ТАКОЕ ПРОВОДНИК?

   Материал, хорошо проводящий ток, называется проводником. Металлы являются хорошими проводниками, потому что атомы металлов легко выделяют электроны для переноса тока. Серебро и медь являются лучшими проводниками, и большинство электрических проводов сделаны из меди. Во избежание поражения электрическим током провода покрыты изолятором.

   ЧТО ТАКОЕ ИЗОЛЯТОР?

   Некоторые материалы плохо проводят ток.