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季灏量热实验的一个解释(铅台静电自能、击穿电压使得热电偶部分失常)
[楼主] 作者:jqsphy  发表时间:2011/10/20 22:15
点击:4456次

季灏量热实验的一个解释(铅台静电自能、击穿电压使得热电偶部分失常)

根据范良藻文章,关于季灏先生量热实验的叙述吐下:

 

本实验利用直线加速器束流输出,能量和束流强度由仪表控制,实验中电流强度为1.26A,能量分别为15Mev12Mev10Mev8Mev6Mev1.6Mev六个能量段,脉冲宽为5ns,频率为5Hz,电子束轰击铅靶120sec,这样靶靶接收到电荷总量为3.78×10^   (-6)(库),接收到电子总数为2.36×10^   (13)(个),根据相对论15Mev每个电子的能量相当15×1.610^   (-13)焦耳,则实验中2.36×10^   (13)(个)电子的总能量为56.64焦耳

        同样道理12Mev10Mev8Mev6Mev1.6Mev相当的能量分别为45.31焦耳、37.76焦耳、33.98焦耳、22.66焦耳、6.00焦耳。实验中使用的铅台体重70克,温度每升高1℃,需要的能量为0.031×70×4.18=9.0焦耳。实验中用CENTER305热电偶测温仪自动测量并记录温度,分辨率为0.1℃,误差为±0.1℃,对验证相对论精度是足够的。能量和温度的理论值和实验值如表4所示(表格略。季先生的实验结果是:这些电子的能量使得铅台温度上升为0.97-1.03度,尤其主要体现为1.03度数据。而相对论预测是0.67度以及约26度不等)。  

   下面,我对季先生的实验进行解释:我认为铅台接受电子,是否应该要考虑静电能的增加。铅台可以看作是一个电容器(如金属球,就是一个标准电容器,根据静电平衡,其电荷分布在球形电容器表面,球形电容器的电容C大小正比于其半径R。如果金属球电容器上接收到的电荷量是Q,那么静电能,也即电容器上的电势能大小是E=Q^2/(2C).

 

下面我来计算一下季灏实验中,作为电容器的铅台,静电自能是多少。 季先生的铅台是什么形状,根据其论文中的图示,看起来像一个台柱,不过我在这里假设为一个球形(无论是什么形状,对于计算,影响不大,仅仅影响一个数值量级为1的因子):

 

球形电容器电容C=εR  (ε为真空介电系数,ε=8.85*10^(-12),国际单位制;R为金属球形电容器半径)。 季先生的铅材料为70克。铅的密度是11.34克每立方米。所以70克铅,做成一个球形,其半径大约为1.15厘米,即0.0115米。季先生说“靶接收到电荷总量为3.78×10^   (-6)(库),接收到电子总数为2.36×10^   (13)(个)”,所以球形电容器上接收到的电荷量为Q=3.78×10^   (-6)库伦。于是计算得到3.78×10^   (-6)库伦电荷在球形电容器上积聚导致的静电自能为E=Q^2/(2C)=Q^2/(2εR)=3.78×10^   (-6)^2/(2*8.85*10^(-12)* 0.0115)=71焦耳。

注意:有的网民也许不懂(忘记)球形电容器电容公式,无法计算静电自能,这不要紧。其实静电自能Q^2/(2εR)也可以用库伦势能公式得到:一个电荷Q,分布在一个球形上,其电势能就是Q^2/(εR),只是因为现在是静电自能,所以还要乘上1/2,所以就得到我上面的公式。

 

那么在源源不断地往铅台上注入高能电子时,铅台所获得的电压是:V=Q/C=3.78×10^ (-6)/8.85*10^(-12)* 0.0115=37*10^(6)伏特。这个电压看起来很高,但不至于死人(因为能量只有几十焦耳,只能让人灼伤一下)。其实这个电压不算高。它无法击穿铅体(因为铅是金属)。我查了一下,一般介质的击穿电压为:酒精为800 kVcm,四氯化碳为1600 kVcm,二甲苯为1500 kVcm,硝基苯为1300 kVcm,氯仿为1000 kVcm等。所以,37*10^(6)伏特(集中在半径1.115厘米球形电容器上)能击穿酒精、四氯化碳、二甲苯等,甚至也能使得某些探测工具失效。但是,由于一些电荷能逃逸(其逃逸能力与金属的导电率有关),故而电荷能立即逐渐减少,所以探测工具也不一定完全受到影响,但肯定有一些影响。

 

    上面已经说过,在源源不断地往铅台上注入高能电子时,铅台所获得的电压逐渐从零达到最高的37*10^(6)伏特,即后来的高能电子为了集聚到铅台上,就需要克服这一越来越高的电势差,即:需要将自己的动能转化为电势能。故而电子动能实际上主要用来转化为这一静电势能(球形电容器静电自能)了。当电子镶嵌入铅台上时,其动能几乎很小了(上面算出,最终静电自能是71焦耳,比12MeV电子束流的45.31焦耳还要多。可供转化为热能的能量几乎没有或者很少)。注意:以上是以球形电容器模型为例子计算的。实际数据要以季先生铅台实际形状为准来计算,但结果肯定是差不多的,即高能电子动能主要用来转化为铅台电容器静电自能。

 

那么贝托齐实验为什么观察到了温度变化呢?

 

根据贝托齐论文最后一页的叙述:1.5MeV4.5Mev的电子的量热实验结果是:galvameter电流计分别偏转12.536.5格。galvameter电流计每一个偏转代表0.8焦耳能量(被铝盘aluminum disk吸收)。本人于是说明:12.536.5格,差不多是1:3,而1.5MeV4.5Mev就是1:3,因此,这个实验显示,用1.5MeV4.5Mev电子束流,铝盘吸收到的能量是1:3。自然,温度上升量也是1:3.

 

在贝托齐实验中,根据季先生寄来的贝托齐论文翻译,里面提到(英文中也可以看到):“流入铝盘的电子束流向一个电容器充电。当充电电压升值到1伏特左右时一个继电器就动作,释放掉电容器的电荷,同时电容器每一次放电都被记录在一个寄存器上”。所以,在贝托齐实验中,接受电子的铝盘老是在放电(流入铝盘的电子束流向一个电容器充电),因此铝盘电压不再巨幅升高,因此后来的高能电子为了集聚到铝盘上,就不需要克服什么电势差,也就几乎没有静电自能,高能电子的动能主要被用来使得铝盘增温。所以,贝托齐实验很成功(他的量热误差,理论和实验相差10%)。

 

除了以上静电自能问题,我认为季先生的热电偶(CENTER305热电偶测温仪)中的材质可能被铅台上的高电压(逐渐从零达到最高的37*10^(6)伏特)有击穿的可能(或者部分击穿),导致其工作失常,如表现为:当电子能量为8MeV, 10MeV,12MeV,15MeV时,季先生所测温度增量都是同一个数据1.03摄氏度。

 沈建其2011-10-20

 

 
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 [2楼]  作者:周宪  发表时间: 2011/10/21 03:42 

季灏的另外两个实验也有“铅台静电自能、击穿电压使得热电偶部分失常”吗?
季灏三个实验的结果实际上是一样的,就是能量实际上非常接近。
 [3楼]  作者:541218  发表时间: 2011/10/21 08:08 

改用高速中子、中微子或原子流……

 

 

但我可以严格证明相对论的质能公式精确适用于低速(横向)运动的库伦场(不太适用于电子,更不适用于中子)

 [4楼]  作者:季灏  发表时间: 2011/10/21 08:09 

沈建其:1,我这样做有理论根据,我曾经要你看看高能物理实验书。2,我没做过实验把吸收体用电流表接地,和不接地温度一样。3,你说我对你先入为主,如果先入为主,我不会在你们学校和你见面。但你讨论问题已先入为主,首先肯定相对论是对 的。所以我们讨论应该有裁判。
 [5楼]  作者:541218  发表时间: 2011/10/21 10:43 

对【4楼】说:

我没做过实验把吸收体用电流表接地,和不接地温度一样。

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

肯定不一样!如果接地,肯定符合 质能公式!

但这并不是相对论的专利!经典电磁理论同样可以导出  质能公式。

 [6楼]  作者:季灏  发表时间: 2011/10/21 13:24 

对5楼:肯定不一样!你说如果接地,肯定符合 质能公式!不是根据想象,你可以不相信,但实验结果就是这样。要否定自己做实验。如果不相信实验结果,我和沈建其说过,随时欢迎你也一样,如果经济有困难,费用我负责。

 [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/10/21 13:57 

铅台本来就应该是接地的吧?否则铅台在电子轰击的过程中,电位会不断升高,形成的电场将损耗后续电子的能量。当然我对这个问题并没有研究,只是考虑理论上存在这样的可能。如果铅台是绝缘的,则电压会不断升高,直到出现放电,或产生足以影响实验结果的高压。
 [8楼]  作者:541218  发表时间: 2011/10/21 15:38 

对【6楼】说:

这里的道理很明显:如果不接地,电子靶(铅台)就势必蓄积电荷,只有接地,才会及时泄放电荷……始终保持零电势,也只有这样 电子的动能与库仑场能才会全部释放出来(转化为热能),如果,不接地,铅台势必积累了电场能,这意味着电子所携带的能量并没有全部释放出来(以电场能的形式蓄积在那里),所以接地与不接地,铅台的温升绝不可能一样……道理就这么简单!这无需做实验!

 [9楼]  作者:季灏  发表时间: 2011/10/21 17:49 

8楼:你这样说我无话可说。但另外我们希望的是动能不需要电能,所以电子所携带的能量并没有全部释放出来,和我们测量电子的动能没有矛盾。
 [10楼]  作者:周宪  发表时间: 2011/10/21 19:13 

接了地,电就会通过接地线跑掉,这样温度就更低了。
其实量热法并不要求百分之百精确。现在要讨论的是为什么在高能区域,各种能量的电子(在十几倍范围内)发出的热几乎是一样的。
接地不接地,我估计各种电子在高能区的温度仍然差不多,无非接地停留在某温度,不接地停留在另一个温度。
 [11楼]  作者:541218  发表时间: 2011/10/22 12:51 

铅台的总电场能大于各个电子的电场能之和!多出的部分来源于电子的动能!所以只要铅台蓄积电荷,各电子的动能就没有全部释放出来,有一部分动能转化为“集体电荷” 的电场能。

说得简单一点,当将两个电荷叠加在一起的时候,总电场能大于各个孤立电荷的电场能之和!这是极其简单的电磁学道理。

所以必须保证及时彻底泄放铅台所积累的静电荷!!!

另外,从理论上可以证明,当且仅当,电子的库仑场能与电子的动能同时彻底(全部)计算在内,才符合 质能联系定律。

验证 质能联系定律 并不是挑战相对论的突破口,因为 质能联系定律 是符合客观事实的!

我建议, 做一个理想实验:让一个物体在无限大平板所激发的引力场中自由下落,其速度将达到无穷大……

这个理想实验应该是对速度上限论的挑战……
[楼主]  [12楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/23 15:45 

对【4楼】说:

关于你所说的“我没做过实验把吸收体用电流表接地,和不接地温度一样”,你到底有没有做过,这个“没”是做过,还是没做过?

 

另外,“相对论肯定是对的”,这不是我的判断标准。我的判断标准是:1)如果是大多数实验和少数实验之间有矛盾,我先相信大多数实验。2)我努力找出这些少数实验中的可能实验本身问题。

[楼主]  [13楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/23 15:53 

对【10楼】说:

接了地,电就会通过接地线跑掉,这样温度就更低了。

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SHEN RE: 周宪,我要说,你这句话说得很傻。季灏先生不要抗议。我只说他物理上傻,仅限于物理问题。

 

高能电子巨大动能不可能通过导线传到其他地方,导线传递的是电势能(或电场能量),而非电子的动能(定向的动能和不定向的热能。另外,少部分热能扩散,完全可以不计)。所以,温度测量几乎不影响。

[楼主]  [14楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/23 16:33 

这个量热实验,与相对论和牛顿力学都无关,其实只是一个验证能量守恒和转化定律的实验。加速期内电子受到电场或磁场作用,得到多少动能,然后在铅台上转化,得到多少温度变化,中间不涉及任何力学定律,只涉及能量守恒和转化定律。


季先生实验显示“能量守恒和转化定律”被违反,其实只是转化为了静电自能罢了。
[楼主]  [15楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/23 16:35 

季先生所说的“另外我们希望的是动能不需要电能,所以电子所携带的能量并没有全部释放出来,和我们测量电子的动能没有矛盾”是错误的,或者说与你的实验机制无关。


真正的本质在于541218和说得很清楚。如果没有接地,电子不断积聚,可以高达37万伏特电压,那么后来的脉冲电子束流就要克服这个30万伏特电压才能积聚到铅台上,这已经快要超过其自己所携带的动能,继续轰击下去,部分电子(最后几个脉冲)还可能被反弹。


以上机制很简单,初中生也听得懂,只是我在主楼上计算了一下。这个机制我原先想到过,一直没有计算,现在计算,才知道这个因素才是实质。
[楼主]  [16楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/23 16:55 

对【14楼】说:

贝托齐量热实验证明了能量守恒(10%误差),季灏实验可以解释为违反这个定律。但考虑静电自能,则又恢复了该定律。

 [17楼]  作者:周宪  发表时间: 2011/10/24 13:21 

接了地,电就会通过接地线跑掉,这样温度就更低了。
----------
SHEN RE: 周宪,我要说,你这句话说得很傻。季灏先生不要抗议。我只说他物理上傻,仅限于物理问题。

高能电子巨大动能不可能通过导线传到其他地方,导线传递的是电势能(或电场能量),而非电子的动能(定向的动能和不定向的热能。另外,少部分热能扩散,完全可以不计)。所以,温度测量几乎不影响。
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我连加速器也没有看到过,提出一些见解错误难免,这就叫“傻”?
如果我说我做物理题目比你行,那才叫“傻”,就像你无视相对论的错误死扛硬撑那样。
“击穿电压使热电偶部分失常”,这种胡说八道也来凑热闹。瓦里安加速器可以发送4~20Mev的电子,这是一个产品额定的起码质量保证。一超过4Mev就热电偶失常,这还是加速器吗?而且失常的这么蹊跷,电子高速时失常的多,相对低速时失常的少,凑出来,温度正好一点不差!
 [18楼]  作者:季灏  发表时间: 2011/10/26 07:29 

沈建其:你说了这么多我不说你又要说我不礼貌了。请你注意批评 别人必须先认真看文章,告诉你电子个数是2.36乘10的12次方。我的文章中写得到很清楚。这样如果用你的公式损失的能量应该比本身的能量大得多。
 [19楼]  作者:周宪  发表时间: 2011/10/26 10:38 

季灏先生:
我只想问问你,你多次做量热法实验,做好之后有没有发现热电偶损坏或失效的情况。热电偶能不能测量10Mev以上能量的电子束。
[楼主]  [20楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 12:29 

对【19楼】说:

你这句话“热电偶能不能测量10Mev以上能量的电子束”问得实在含混。

 

热电偶测量的是温度变化。范良藻论文(主楼引用)上已经说明,10MeV测量温度变化,其数值总是1.03度。

[楼主]  [21楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 12:38 

对【17楼】说:

我连加速器也没有看到过,提出一些见解错误难免,这就叫“傻”?
--------

SHEN RE: 首先,你所说的“跑掉热量”与加速器也没有关系。其次,你的这个观点,属于物理错误。再次,你目前还是一个研习态度问题。不要情况不了解,就在那里胡乱质疑。你对我和季灏的讨论,都是帮倒忙。

 

 

如果我说我做物理题目比你行,那才叫“傻”,就像你无视相对论的错误死扛硬撑那样。
“击穿电压使热电偶部分失常”,这种胡说八道也来凑热闹。瓦里安加速器可以发送4~20Mev的电子,这是一个产品额定的起码质量保证。一超过4Mev就热电偶失常,这还是加速器吗?而且失常的这么蹊跷,电子高速时失常的多,相对低速时失常的少,凑出来,温度正好一点不差!

-------------

 

SHEN RE: (以下帖子我前两天贴过,但看来没有贴成功。这个帖子就是回复你的所谓的瓦里安热电偶”的):

 瓦里安是生产加速器的公司。季先生所用的热电偶是“CENTER305热电偶测温仪”,这个好像不是瓦里安给加速器配套的仪器吧,瓦里安难道还给加速器配温度计?这是季先生自己为了做这个铅台受击实验而配上的温度仪。

 

[楼主]  [22楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 12:38 

对【17楼】说:
jqsphy的观点,升温3.36度热电偶就失效了。我看jqsphy这样小看瓦里安的质量,当心他们与你打名誉官司。 老实说,升这点温根本用不到什么热电偶,手摸摸铅台就可以了,烫不死的。---------------------SHEN RE: 周宪越来越胡言乱语了。瓦里安是生产加速器的公司。季先生所用的热电偶是“CENTER305热电偶测温仪”,这个好像不是瓦里安给加速器配套的仪器吧,瓦里安难道还给加速器配温度计?这是季先生自己为了做这个铅台受击实验而配上的温度仪。什么“按jqsphy的观点,升温3.36度热电偶就失效了”,这是我的观点吗? 我说的是,由于铅台电子积聚,电压上升到三千万伏特,已经超过了不少材质的击穿电压,热电偶材质也有可能部分失效。另外,什么“升这点温根本用不到什么热电偶,手摸摸铅台就可以了”,与前面一样,都是文不对题。
[楼主]  [23楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 12:41 

季灏先生,我认为你在[18楼] 的意见错误。文章看得认不认真,与是否礼貌没有关系。要说真的有没有礼貌,周宪关于你的实验什么文章都没有看,还在那里发了大量无关的质疑。
请不要把物理问题牵涉到无关层次。


况且我看的文章,是范良藻先生引用介绍你的实验的详细文章,里面介绍足够具体翔实了。如果你认为“电子个数是2.36乘10的12次方”,那么是不是说明范良藻先生对你的数据都扩大了十倍?连温度变化也扩大了十倍?

请说明。
 [24楼]  作者:季灏  发表时间: 2011/10/26 13:14 

沈建其:是!我把13打成12,温度不因为我打错温度变化也扩大了十倍,但能量的损失要扩大十倍。对你的理论更不利了。
[楼主]  [25楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 13:46 

我核查过范良藻文章内的数据。至少我看到范良藻文章本身数据都是自洽的,数据本身无矛盾。你现在说某个数据要缩小为十分之一,那么范良藻文章其他所有数据是否要跟着变化十倍?


一克铅上升温度一度,需要热量0.031卡,每卡等于4.18焦耳,说明一克铅上升温度一度,需要大约0.13焦耳。70克铅铅台上升温度一度,需要热量9焦耳。根据相对论15Mev每个电子的能量相当15×1.610^(-13)焦耳,则实验中2.36×10^ (13)(个)电子的总能量为56.64焦耳,可以使得铅台上升温度7度左右。

现在你说实验中实验电子个数是2.36×10^ (12)(个),计算温度还是不变,难道你的铅台质量不是70克,是7克?? 范良藻几个地方篡改你的数据?

[楼主]  [26楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 14:01 

对【24楼】说:

请季先生每次敲好文字,自己再阅读一遍,请把文字说清楚。是你把“13打成12”还是“12打成13”?到底是范良藻打错了,还是你打错了??我怎么越看你的文字越累。

还有,关于“铅台接地”,你到底有没有做实验?见12楼。

[楼主]  [27楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 14:05 

对【24楼】说:

季先生,我根据范良藻文章内的叙述“本实验利用直线加速器束流输出,能量和束流强度由仪表控制,实验中电流强度为1.26A,能量分别为15Mev12Mev10Mev8Mev6Mev1.6Mev六个能量段,脉冲宽为5ns,频率为5Hz,电子束轰击铅靶120sec”来计算到底有多少电子:

 

   根据范良藻叙述“频率为5Hz,电子束轰击铅靶120sec”,说明总共轰击了600个脉冲,每个脉冲持续5ns,所以全部(600个)脉冲时间为3000ns(纳秒),即3*10^-6)秒,再根据“实验中电流强度为1.26A”,得到总电荷为:1.26*3*10^-6=3.78*10^-6)库伦。

 

这与范良藻文章的结论“这样靶靶接收到电荷总量为3.78×10^   (-6)(库),接收到电子总数为2.36×10^   (13)(个)”完全一致。

 

请季先生回答:以上哪个数据(1.26A,脉冲宽为5ns,频率为5Hz,电子束轰击铅靶120sec)要缩小十倍?

 沈建其 2011-10-26
 [28楼]  作者:季灏  发表时间: 2011/10/26 14:10 

沈建其:是!我把13打成12,这句话有什么不明白吗。
[楼主]  [29楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 14:42 

是 你在原论文中写的是13,你现在把它打成12?


还是 你原先论文中写的是12,范良藻把它改为13,你现在再把它改为12??

 

还是 你原先论文中写的是13,范良藻用的也是13(没有篡改),但是你现在想把它改为12??

 

“我把13打成12,温度不因为我打错”,倒底是13错打了,还是12错打了?12是正确的?那么范良藻引文中什么数据1.26A,脉冲宽为5ns,频率为5Hz,电子束轰击铅靶120sec)要缩小十倍?

[楼主]  [30楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/10/26 14:44 

请再回答我25,27楼问题,以及26楼“关于“铅台接地”,你到底有没有做实验?”的问题。

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