ИМИТАТОР ПРОЦЕССОВ ОБЩЕЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ КРИСТАЛЛОВ ТИПА АВ

Полезная модель относится к системам управления и может быть использована в молекулярной физике и физической химии для расчета энергетических характеристик и дальнейшей визуализации молекулярно-атомарной структуры вещества.
В результате проведения патентно-информационного поиска аналогов выявлено не было.
Заявленная полезная модель направлена на создание устройства имитации процессов общей поляризации кристаллов типа АВ.
Данная задача достигается за счет того, что кристалл рассматривается в качестве совокупности взаимодействующих заряженных частиц, процесс электрической деформации каждой из которых, происходящий под действием переменного электрического поля малой амплитуды, описывается уравнениями вынужденных гармонических колебаний с трением, которые с точки зрения кибернетики могут быть представлены в виде некоторой замкнутой линейной системы управления с явно выраженной отрицательной обратной связью.
e
1
2
1
2
М
01
02
0
Имитатор процессов общей поляризации кристаллов типа АВ включающий блок генерирования входного сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока суммирования, выход которого подключен к входу осциллографа, а так же ко входам каждого из трех параллельно соединенных блоков усилителей со значениями ,  и , где e - заряд электрона, m - масса электрона, q, q - заряды ионов, m, m - массы ионов, причем выход блока усилителя со значением  соединен со входами параллельно соединенных блоков, формирующих передаточные характеристики электронных пар отрицательных ионов и со входами параллельно соединенных блоков, формирующих передаточные характеристики электронных пар положительных ионов кристаллов, выходы которых соединены с шестым и седьмым блоками суммирования, а выходы шестого и седьмого сумматоров подключены к первому и второму входам второго сумматора, в свою очередь выход блока усилителя со значением  поступает на первый вход пятого блока суммирования, выход которого соединен с входом блока, формирующего передаточные характеристики ионной связи отрицательного иона, а его выход поступает на первый вход третьего блока суммирования и на вход блока усилителя со значением , где А - постоянная Моделунга, ω, ω - частоты собственных колебаний ионов, причем выход этого блока подключен к первому входу четвертого блока суммирования, а на второй его вход поступает выход блока усилителя со значением , в свою очередь выход четвертого блока суммирования соединен с входом блока, формирующего передаточные характеристики ионной связи положительного иона, выход которого подключен ко второму входу третьего блока суммирования, а также к входу блока усилителя со значением  выход которого соединен со вторым входом пятого блока суммирования, при этом выход третьего блока суммирования поступает на третий вход второго блока суммирования, выход которого подключен к входу блока усилителя с коэффициентом N, где N эквивалентно концентрации частиц, а его выход с входом блока усилителя с коэффициентом , где ε - электрическая постоянная, выход которого соединен со вторым входом первого блока суммирования.
0
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре представлена блок-схема имитатора процессов общей поляризации кристаллов типа АВ, в которую входят: 1 - блок генерирования входного сигнала Е, соответствующего напряженности внешнего поля (в общем случае это синусоидальный сигнал ; 2 - первый блок суммирования; 3 - блок усилителя с коэффициентом ; 4 - блок усилителя с коэффициентом N; 5-6 - второй и третий блоки суммирования; 7-8 - блоки усилителей со значеними  и  соответственно; 9-10 - блоки формирователей передаточных характеристик; 11-12 - четвертый и пятый блоки суммирования; 13-14 - блоки усилителей со значениями  и  соответственно; 15, 16 и 18, 19 - блоки формирователей передаточных характеристик положительного и отрицательного ионов кристалла соответственно; 17, 20 - шестой и седьмой блоки суммирования; 21 - блок усилителя со значением , 22 - осциллограф; Е - сигнал на выходе системы, соответствующий напряженности эффективного поля.
1
2
Принимая во внимание, что электронных пар, имеющихся у отрицательного иона кристалла типа АВ равно L, а положительных ионов равно L, то соответствующая динамика процесса упругой электронной поляризации описывается уравнениями:
а динамика ионной поляризации описывается уравнениями
k
где µ(t) - наведенные дипольные моменты соответствующих частиц;
0k
k
ω и b - частоты собственных колебаний и коэффициенты их затухания;
e
e и m - заряд и масса электрона;
0
E(t) и E(t) - функции напряженности внешнего и эффективного полей;
1
2
q, q - заряды ионов;
1
2
m, m - массы ионов;
0
ε - электрическая постоянная;
k
N - концентрации одинаковых частиц.
В свою очередь формулы собственных частот разбираемых колебаний и коэффициентов затухания, а также радиальных значений электронных орбит имеют вид:
; ; ; ;
эф
где Z - эффективный заряд ядра, действующий на электроны оптической оболочки ионов;
0
µ - магнитная постоянная;
k
r - сферический радиус орбитали;
0
r - первый Боровский радиус;
n - главное квантовое число электронной оболочки;
- постоянная Планка.
эф
Необходимо отметить, что величины Z k могут рассчитываться на основании методики, предложенной Слэйтором, согласно которой:
- вклад электронов, внешних по отношению к группе Х (предполагается, что рассматриваемая орбиталь принадлежит некоторой группе X), равен 0;
1
- вклад электронов из группы X равен 0,30, если это s - электроны, и 0,35 в остальных случаях;
k
k
- если рассматриваемые электроны находятся на s - или p - орбиталях группы X, то вклад каждого из электронов, расположенных на внутренних орбиталях с главным квантовым числом n-1, равен 0,85, а вклады электронов, находящихся на орбиталях с главным квантовым числом n-2, n-3,… равны 1,00;
k
k
- если рассматриваются электроны, расположенные на d- или f-орбиталях группы X, то вклад каждого из электронов для групп, предшествующих рассматриваемой равны 1,00.
эф
Так же следует отметить, что при расчете величин Z, использовалось значение σ*, оптимизированное за счет сканирования интегральной ошибки между расчетным спектром комплексной диэлектрической проницаемости и ее физическим измеренным аналогом, благодаря чему полученные значения объективно характеризуют эффективный заряд атомного остатка, действующий на каждый из электронов иона.
Система функционирует следующим образом.
Сигнал с выхода блока генерирования входного сигнала 1 поступает на первый вход первого блока суммирования 2. Сигнал с выхода первого блока суммирования поступает на входы каждого из трех параллельно соединенных блоков усилителей 21, 14, 13 со значениями -,  и  соответственно. Сигнал с выхода блока усилителя 21 со значением  подключен к входам параллельно соединенных блоков 15, 16 и 18, 19, формирующих передаточные характеристики электронных пар положительных и отрицательных ионов кристаллов соответственно. Сигналы с выходов блоков, формирующих передаточные характеристики упругой электронной поляризации отрицательного и положительного ионов суммируются и поступают на входы второго сумматора 5. Сигнал с выхода блока усилителя 14 со значением  подключен к первому входу пятого блока суммирования 12, сигнал выхода которого направлен на вход блока 10, формирующего передаточные характеристики ионной связи отрицательного иона, а сигнал с его выхода поступает на первый вход третьего блока суммирования 6 и на вход блока усилителя 8 со значением . Сигнал с выхода этого блока подключен к первому входу четвертого блока суммирования 11. На второй его вход поступает сигнал с выхода блока усилителя 13 со значением . А сигнал выхода четвертого блока суммирования 11 соединен со входом блока 9, формирующего передаточные характеристики ионной связи положительного иона, выход которого подключен ко второму входу третьего блока суммирования 6, также ко входу блока усилителя 7 со значением  сигнал с выхода которого поступает на второй вход пятого блока суммирования 12. Сигнал с выхода третьего блока суммирования 6 поступает на третий вход второго блока суммирования 5, сигнал с выхода которого поступает на вход блока усилителя 4 с коэффициентом N, а сигнал с его выхода поступает на вход блока усилителя 3 с коэффициентом , выход которого соединен со вторым входом первого блока суммирования 2.
Технический результат использования полезной модели заключается в создании устройства имитации процессов общей поляризации кристаллов типа АВ, сформированной на базе учета сложного строения электронных оболочек составляющих их ионов, представляющих собой совокупности сферических орбит конкретных электронных пар. С использованием представленной полезной модели возможен расчет энергетических характеристик и дальнейшая визуализация молекулярно-атомарной структуры вещества. Для описания орбиталей многоэлектронных атомов применялась оптимизированная методика Слэйтора. Эффективное использование данного метода при рассмотрении химических соединений подразумевает необходимость учета механизмов ионизации.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы.