И тут появился изобретатель

Я приведу сейчас формулу одного изобретения. Речь идет о незнакомой вам машине. Но суть изобретения будет понятна. Итак, авторское свидетельство № 489 662: «Устройство для нанесения полимерных порошков, содержащее камеру и электрод, отличающееся тем, что, с целью повышения качества наносимого покрытия, электрод снабжен средством перемещения, выполненным в виде микрометрических винтов». Электрод (стержень) был соединен с камерой неподвижно. Изобретатель предложил сделать электрод перемещающимся. Это — переход технической системы со второго этажа на третий, вам такие переходы уже знакомы.

Зная законы развития технических систем, мы можем предсказать дальнейшее развитие этой системы, то есть предсказать появление новых изобретений. Системе предстоит перейти к четвертому этапу — стать не просто регулируемой, а саморегулируемой. Электрод будет перемещаться сам — в зависимости от изменения условий работы. А потом система перейдет с макроуровня на микроуровень: вместо винтов для перемещения электрода будут использованы тепловое расширение, обратный пьезоэффект или магнитострикция.

Заметьте, мы рассматриваем ответ на еще не возникшие задачи! Пройдут годы, потребуется увеличить точность действия установки, и только тогда появятся задачи, которые мы решили уже сейчас.

При работе методом проб и ошибок ответ на задачу обычно появляется значительно позже, чем сама задача. Мы же с вами теперь понимаем логику развития технических систем и можем предвидеть возникновение новых задач, заранее зная, как их надо будет решать.

«Коронный» номер коронного разряда

В учебниках физики эффекты и явления описаны, так сказать, нейтрально: при нагревании тела расширяются… и все. А если те же эффекты изложить «по-изобретательски»? Например: «При нагревании тела расширяются, следовательно, это явление можно использовать во всех случаях, когда требуется осуществить небольшие, но очень точные перемещения тел». Если проработать так все учебники физики с шестого по десятый класс, получится комплект очень сильных инструментов — справочник по применению физических эффектов и явлений.

Возьмем для примера описание коронного разряда в учебнике для 9-го класса: «При атмосферном давлении в сильно неоднородных электрических полях наблюдается разряд, светящаяся область которого часто напоминает корону. Поэтому его и назвали коронным. Плотность заряда на поверхности проводника тем больше, чем больше его кривизна. На острие плотность заряда максимальна. Поэтому возле острия возникает сильное электрическое поле. Когда его напряженность превысит 3 · 10⁶ в/м, наступает разряд. При такой большой напряженности поля ионизация посредством электронного удара происходит при атмосферном давлении. По мере удаления от поверхности проводника напряженность быстро убывает. Поэтому ионизация и связанное с ней свечение газа наблюдается в ограниченной области пространства. С коронным разрядом приходится считаться, имея дело с высоким напряжением. При наличии выступающих частей или очень тонких проводов может начаться коронный разряд».

Итак, корона зависит от состава и давления газа, окружающего провод. Это значит, что мы нашли решение задачи 1 об измерении давления газа внутри электрической лампы. Если на нить накала подать высокое напряжение, возникает коронный разряд, яркость которого будет зависеть от давления газа.

Вернемся еще раз к учебнику. Коронный разряд вызывает ионизацию газа. Если в газе есть частицы порошка, пыли, мелкие капельки, ионы «прилипнут» к ним. Следовательно, коронный разряд позволяет заряжать частицы твердого и жидкого вещества. А заряженными частицами легко управлять. Коронный разряд можно использовать для очистки газов от пыли, для дозировки частиц, взвешенных в потоке газа, для перемещения различных порошков, для определения примесей в газе и т. д. Получение заряженных частиц — главный, «коронный» номер коронного разряда.

Как видите, простое, в общем, физическое явление таит богатые изобретательские возможности.

О чем размышлял начальник

До сих пор речь шла о простых физических эффектах, знакомых каждому школьнику. Существует физика более сложная, хотя бы та, которую изучают в высших учебных заведениях. Знание этой физики дает изобретателю более сильные инструменты.

Сейчас мы разберем задачу, для решения которой достаточно школьной физики. А потом я объясню, что можно получить сверх этого, если использовать хотя бы «кусочек» институтской физики.

Задача 27. Лед на проводах

Красивое зрелище — покрытые пушистым снегом провода линий электропередач. Но у электриков эта красота не вызывает восторга. Снег подтаивает, превращается в лед. Слой льда нарастает, провода растягиваются под его тяжестью и обрываются.