Термоэлектрическая гипотеза принципа действия грозы.

Подведём итог нашего исследования. Согласно теории теплового заряда, наибольшее тепловое поле создаёт планета Земля, излучая тепло из недр в космическое пространство. Такого рода энергия свойственна всем космическим телам. Все тепловые процессы на планете Земля могут быть описаны как суперпозиция тепловых полей. Процессы теплопередачи планеты сопровождаются электрическими явлениями – термоэлектронной эмиссией.

Грозовая туча воздействует на тепловое поле Земли - она является препятствием к излучению тепла (тепловым диполем). Потому грозовая туча накапливает электрическую энергию от процесса термоэлектронной эмиссии и в то же время накапливает градиент тепла, представляя из себя тепловой диполь. Нижняя часть тучи обладает температурным потенциалом, близким к температурному потенциалу Земли, а её верхняя часть имеет низкую температуру. Процесс теплопередачи от Земли к верхним слоям грозовой тучи имеет вид электрического разряда - энергия передаётся в верхние слои грозовой тучи, уравнивая температуру, и одновременно с этим процессом происходит уравнивание электрических потенциалов до возникновения электрической нейтральности. Таким образом, предложена ещё одна гипотеза принципа действия грозы – термоэлектрическая.

Дополнительный материал

Кристаллический детектор. Ошибка А.Ф. Иоффе и Я.И. Френкеля.

В начале 20-го века в радиотехнике в качестве выпрямителя радиосигнала применяли кристаллические детекторы. Прибор кристаллический детектор был устроен просто - проволочка из металла-проводника упиралась в полупроводниковый кристалл:

Рис. 4.3.1. Общий вид кристаллического детектора.

Полупроводниковый кристалл можно было изготовить в домашних условиях, сплавляя в пробирке серу и свинец в равных объёмах - такой сплав назывался галеном. В качестве полупроводникового кристалла можно было применить и любой другой полупроводник.

Для работы детектора прибор необходимо было настроить. Для этого оператор искал остро заточенной проволочкой на поверхности кристалла некоторую точку, когда начинал проявляться эффект односторонней проводимости (ОП) полупроводникового диода - проводимость для прямого и обратного токов становилась различной, и прибор был годен к работе. Так какую же точку искал оператор? Известно, что при хорошем контакте с проволочкой кристаллический детектор терял свойства ОП, и ток через него подчинялся закону Ома и законам Киргофа. Согласно теории А.Ф. Иоффе и Я.И. Френкеля, оператор искал на поверхности зону с противоположным типом проводимости - кристалл был P-типа, а на поверхности искали зону с проводимостью N-типа. От материала проволочки-иглы свойства диода не изменялись, тогда откуда на поверхности могла взяться зона N?

Современная физика полупроводников зашла в тупик, игнорируя процесс термо-электронной эмиссии. Этот процесс – термодинамический, он определяется теплопередачей между телами. Игнорируя термодинамику и термоэлектронную эмиссию, теория А.Ф. Иоффе и Я.И. Френкеля предполагает существование некоторых мифических «дырок», которые являются носителями положительного заряда. В этой теории на поверхности создаётся противоположный тип носителя, а внутри полупроводникового кристалла образуется запорный слой.

В 20-х годах прошлого века существовало несколько альтернативных теорий, и все они были без «дырочной» проводимости. Так, О.В. Лосев для объяснения работы своего кристадина использовал теорию «дуги». В книге А.Ф. Иоффе «Полупроводники в современной физике» за 1954 год в главе «Твёрдые выпрямители.» находим описание этих альтернативных теорий:

«

Запорные слои полупроводников обладают свойством, которое обеспечило им большое практическое значение: сопротивление запорного слоя различно для разных направлений тока. Поэтому, прикладывая к такому слою переменное напряжение, мы получаем более сильный ток одного направления (это направление называют пропускным), чем противоположного, называемого запорным. Легко понять происхождение такой асимметрии токов: при разности потенциалов одного знака внешнее поле усиливает контактное поле, тогда как при противоположном знаке потенциала внешнее поле в запорном слое оказывается противоположным контактному полю. В первом случае толщина слоя и создаваемое им сопротивление возрастают, а во втором случае слой утончается и при достаточной разности потенциалов почти полностью выравнивается по своему удельному сопротивлению с основной толщей полупроводника. Такое объяснение асимметрии сопротивления запорного слоя выдвинули Б.И. Давыдов и Д.И. Блохинцев и подробно развил Шоттки. Оно приводит к правильному знаку выпрямления и даёт качественно близкую к наблюдаемой в выпрямителях зависимость тока от напряжения как в пропускном, так и в запорном направлениях.

»

Если к понятию «контактное поле» применить идею термоэлектронной эмиссии, то можно было бы посредством термодинамики полностью избавиться от теории о «дырочной проводимости», которую развивал А.Ф. Иоффе и Я.И. Френкель. Торжество «дырочной проводимости» было обусловлено тем, что в 1949 году, через 2 года после открытия транзисторов возникла необходимость объяснить работу не только диодов, но и транзисторов. А работу транзистора в то время не могли объяснить, не создав фиктивный положительный заряд «дырок». Биполярный транзистор PNP-типа (в схеме в общим эмиттером) требовал подачи на коллектор отрицательного напряжения, а отпирался при подаче на базу отрицательного тока - для тех, кто был знаком с работой лампового триода, это явление было необъяснимо. Требовался положительный заряд в виде «дырки», и его создали. Но это была ошибка! И эта ошибка базировалась на другом ошибочно объяснённом опыте – эффекте Холла. (На самом деле принцип работы транзистора основывается на взаимодействии эффектов Зеебека и Пельтье у близко расположенных полупроводниковых термопар с «широкой запретной зоной» - с выключенной-скрытой термоэлектронной эмиссией). Физики неверно объясняли эффект Холла, потому как эксперимент мог быть некорректно выполнен: если для регистрации поперечной ЭДС были использованы токосъёмники из материала, отличного от материала образца, и эти токосъёмники находились в зоне магнитного поля, то мог возникать сложный термоэлектрический эффект, называемый эффектом Эттинсгаузена. http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Эттингсгаузена

http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Эттингсгаузена

Так что эффект Холла ещё недостаточно изучен. Например, я согласен со скептицизмом А.Д. Руднева: http://katastrofy-phisics.narod.ru/Hollaeff_01.html

Физики условились по эффекту Холла определять тип проводимости материала, что очевидно, было ошибочной теорией - такие металлы, как вольфрам, цинк, молибден, благодаря эффекту Холла были отнесены к металлам с «дырочным» типом проводимости. Термодинамика термоэлектрических процессов была проигнорирована и заменена ложным учением о «дырках».

Эффект Холла очень похож на термоэлектрический эффект. В результате исследования он даёт последовательность (ряд) веществ (термоэлектрическая последовательность напряжений), которая очень похожа на таковой в эффекте Зеебека. Рассмотрим с позиций термодинамики, что же искал оператор заточенной проволочкой на поверхности полупроводникового кристалла? Сегодня об этом могут поведать тайну диоды Шоттки, которые созданы по аналогичному принципу - оператор искал неконтакт! Когда проволочка упиралась в неконтакт, то на малом расстоянии с кристаллом ток мог протекать между проволочкой и полупроводником только а результате термоэлектронной эмиссии. Рассмотрим этот механизм подробнее.

У полупроводникового кристалла – зоны P – эмиссия была более сильной. Если бы она была включенной, то электроны из зоны P в результате взаимодействия эмиссий вытеснили бы электроны из зоны N и перешли на территорию тела N-типа. Зона N зарядилась бы отрицательно, а зона P  - положительно. Но у полупроводников термоэлектронная эмиссия «выключена» (скрытая, управляемая) из-за того, что они близки по свойствам к изоляторам. (термоэлектронная эмиссия зоны P может быть легко включена, например, при облучении светом или при протекании прямого тока). При омическом неконтакте мы получили контакт термоэмиссий, а через контакт термоэлектронных эмиссий ток можно пропустить только в одну сторону - электроны могут двигаться только в сторону зоны P (зона P обладает ядрами атомов с более высоким зарядом - более высоким атомным номером, чем ядра атомов зоны N). Такой ток электронов в сторону зоны P, или, иначе говоря,  ток против направления эмиссии зоны P мы сегодня называем прямым током полупроводникового диода. Прямой ток имеет свойство включать термоэлектронную эмиссию зоны P, поэтому он протекает в условиях эмиссии зоны P, что создаёт нелинейность ВАХ полупроводникового диода.

Теперь рассмотрим диоды Шоттки:

http://ru.wikipedia.org/wiki/Шоттки,_Вальтер

http://ru.wikipedia.org/wiki/Барьер_Шоттки

Теория барьера Шоттки очень похожа на термоэмиссионную теорию, которую предлагаю я. Шоттки отбил у «дырочной» теории часть истины. На самом деле все диоды работают по принципу диода Шоттки - в основе их работы лежит скрытая термоэлектронная эмиссия и полупроводниковый эффект Пельтье.

В начале прошлого века немецкий физик В.Г. Шоттки создал диод на основе полупроводникового кристалла и напылённой на него тонкой плёнки металла. Тонкая плёнка создаёт «неконтакт», то есть не обеспечивает запуск механизма для существования закона Ома и законов Киргофа для электрической цепи. Я исследовал ВАХ нескольких диодов Шоттки на основе кремния в зависимости от температуры. Их ВАХ несильно отличаются от других кремниевых диодов и соответствуют эмиссионному уравнению (см. "Принцип работы транзистора").

Когда-то в далёких 30-х годах 20-го века, когда все альтернативные теории для объяснения односторонней проводимости полупроводникового диода ещё были живы, физики были близки к истине как никогда. Но победила теория «дырочной» проводимости, создав ложный фундамент для физики полупроводников.

Литература: Иоффе А.Ф. «Полупроводники в современной физике», Издательство Академии Наук СССР, 1954 г.