Аннотации 183 научных работ Лицея 31 за 1999-2013

АННОТАЦИИ НАУЧНЫХ И ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ РАБОТ УЧАЩИХСЯ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЛИЦЕЯ №31 ГОРОДА ЧЕЛЯБИНСКА
И ИХ НАУЧНОГО РУКОВОДИТЕЛЯ ЗА 1999-2013 ГГ.

В ИТОГЕ СПЕЦКУРСОВ
1. Преобразование видов энергии, термоэлектрические явления и физические основы экологически чистой энергетики.
2. Генераторы высокого напряжения и основы физики и техники плазмы и пучков заряженных частиц.
3. Физические основы авиационной и космической техники.
4. Введение в ядерную физику.
5. Введение в математические методы томографии и сверхразрешения сигналов и изображений.
6. Введение в математические методы социологии, экономики и государственного управления.
7. Основы правовой защиты интеллектуальной собственности.
А ТАКЖЕ В ИТОГЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ФОРМИРУЮЩЕГО ЭКСПЕРИМЕНТА
по специальности «Теория и методика обучения и воспитания (физика)»

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

В ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО ХРОНОЛОГИЧЕСКОМ ПОРЯДКЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1) Елсаков С.М. Программа «SLE» для решения неособенных и особенных систем линейных алгебраических уравнений методом проекций на выпуклые множества.
2) Кабанов С. Недорогой точный калориметр-термостат.
3) Бадзян Д., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н., Панов Е. Измерение температурной зависимости коэффициента Зеебека–Ленца в паре полупроводников.
4) Бадзян Д., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н., Панов Е. Измерение температурной зависимости коэффициента Пельтье в паре полупроводников.
5) Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кривонос А., Кузнецов Н., Михеев., Панов Е., Спицына Я. Демонстрация применимости второго начала термодинамики, закона ЛеШателье–Брауна, симметрии кинетических коэффициентов Онсагера на примере термоэлектрических явлений Зеебека–Ленца, Пельтье и Томсона.
6) Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н., Спицына Я. Измерение тепловых эффектов при почти изотермическом измерении жидкости.
7) Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н. «Псевдо-вечный двигатель» – испарительный квазиравновесный термоэлектрический генератор электроэнергии.
8) Кривонос А., Спицына Я. Экспериментальное исследование температурной зависимости внутреннего фотоэффекта в полупроводнике.
9) Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кривонос А., Кузнецов Н., Михеев  ., Панов Е., Спицына Я. «Снежный» генератор электроэнергии.
10) Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Зотов И., Кабанов С., Кривонос А., Кузнецов Н., Михеев И., Панов Е., Спицына Я. Лаборатория чистой энергетики и физического приборостроения.
11) Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Панов Е. Физический спецпрактикум по термоэлектрическим явлениям Пельтье и Зеебека–Ленца.
12) Горшков А.В. Невозмущающие среду перспективные способы получения энергии в форме, удобной для промышленного и бытового использования.
13) Горшков А.В. Линейный индукционный Z-разряд.
14) Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Кузнецов Никита, Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Технико-экономическое обоснование создания невозмущающей окружающую среду солнечно-воздушно-жидкостной электростанции.
15) А.В. Горшков, А.  Кувшинов, О.  Украинцев, И.  Скалаух, М.  Галкин. Частотный генератор высокого напряжения, установка для наблюдения различных форм газовых разрядов и плазмы, в т.ч. высокочастотных, ультрафиолетового излучения, озона и оксидов азота.
16) Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Гравитационно-термоэлектрические эффекты в однородной замкнутой цепи.
17) Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Гравитационно-электрический эффект в неоднородной замкнутой цепи.
18) Гарин Алексей. Измерение температурной зависимости термоэлектрического эффекта Бриджмена в поликристаллическом ориентированном пиролитическом углероде.
19) Горшков А.В. О возможности термоэлектрических явлений, обусловленных различной размерностью участков электрической цепи.
20) Украинцев Олег, Скалаух Иван, Кувшинов Алексей, Галкин Максим. Наблюдение частотного гибридного барьерно-коронного разряда и генерации им озона и ультрафиолетового излучения.
21) Горшков А.В., Самокотин Алексей. Термоэлектрический гигрометр и проект электростимулированного термоэлектрического генератора воды из воздуха ненулевой влажности.
22) Горшков А.В., Сапожников Антон, Скалаух Иван, Чикляуков Геннадий. Туннельная эмиссия частиц, вызванная гравитационным полем.
23) Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Изотопический и изомерный термоэлектрические эффекты.
24) Чикляуков Геннадий, Скалаух Иван, Горшков А.В. Оценки величины и возможные применения изотопического и изомерного термоэлектрических эффектов.
25) Чикляуков Г.Н., Скалаух И.С., Горшков А.В. Возможные практические применения изотопического и изомерного термоэлектрических явлений.
26) Горшков А.В., Чикляуков Г.Н., Скалаух И.С. Новые возможные применения изотопического и изомерного термоэлектрических эффектов в микроэлектронике и плазменных технологиях.
27) Горшков А.В. Об ядерном изотопическом и изомерном представлении информации в ЭВМ и ОВМ, о способах её считывания и об их возможном применении в криптологии.
28) Горшков А.В. Гипотеза о возможности ядерно-изомерных генераторов когерентных рентгеновского и гамма-излучений на основе явления вынужденного электромагнитного излучения возбуждённых атомных ядер.
29) Зотов Илья. Исследование зависимости солнечного потока энергии на поверхность земли от времени суток, года, и экологической обстановки в Челябинской области.
30) Кузнецов Никита, Зотов Илья, Горшков А.В. Оптимизация чисто солнечного термоэлектрического и двухкаскадного фототермоэлектрического генераторов для космических, авиационных и наземных потребителей.
31) Михин Иван. Диффузионный и «растворительный» генератор электроэнергии.
32) Михин Иван. Способ испарения водоёмов Теченского каскада и озера Карачай, а также подсушивания болот.
33) Устимчик Василий. «Псевдо-вечный двигатель второго рода» – термоэлектрический генератор электроэнергии из случайных и периодических колебаний температуры окружающей среды и потоков энергии.
34) Устимчик Василий. Термоэлектрический генератор электроэнергии из случайных и периодических колебаний температуры окружающей среды и потоков энергии в условиях равенства средних по времени температур устройства и окружающей среды.
35) Устимчик В.Е. Исследование практической применимости электрогенератора «Уральский кубик» в местности Челябинской области для экологически чистой энергетики на основе данных о погоде.
36) Устимчик В.Е., Горшков А.В. Исследование практической применимости генератора электроэнергии «Уральский кубик» на основе данных гидрометеослужбы и на космических станциях.
37) Устимчик В.Е., Горшков А.В. Технико-экономическая оптимизация ветротепловой электростанции на основе «Уральского кубика».
38) Горшков А.В., Устимчик В.Е. Новый глобальный энергетический ресурс, средства и последствия его использования.
39) Устимчик В.Е. Физико-техническая оптимизация и технико-экономические оценки для ветротеплового генератора «Уральский кубик» в средней полосе России.
40) Vasily Evgenjevich Ustimchik. “The Ural Cube”(“The Uralsky Cubik”) – a method of converting thermal energy of environment into useful work with no space temperature difference in the environment, but with random or periodic changes of environment temperature in time.
41) Григорьев    . Трёхчастичное тормозное когерентное излучение и его свойства.
42) Самокотин А., Украинцев О., Горшков А.В. Влияние внешнего потока излучения и собственного излучения тел на замедление их вращения вокруг собственной оси.
43) Украинцев О., Горшков А.В. Расчёт подбарьерного прохождения частиц под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений.
44) Украинцев О., Горшков А.В. Туннельный гравитометр–акселерометр на основе явления подбарьерного прохождения частиц под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений.
45) Украинцев О.А. Прохождение частиц под гиперболическим потенциальным барьером под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений.
46) Горшков А.В., Украинцев О.А. Гипотетические новые способы осуществления ядерных реакций.
47) Украинцев О.А. Гравитационное (акселерационное) туннелирование через потенциальный барьер.
48) Украинцев О.А., Горшков А.В. Акселерационно-инерционный туннельный способ АИсТ осуществления ядерных реакций синтеза и деления.
49) Украинцев О.А., Горшков А.В.  Гравитационное (акселерационное) туннелирование через барьеры гиперболический и Тамма–Юкавы.
50) Украинцев О.А., Горшков А.В. Об электрополевом способе осуществления ядерных реакций.
51) Орлов     .  Измерение мощности воздушной конвекционной турбинки.
52) Воробьёв Ю.В. Усовершенствование, проектирование, расчёт, численное моделирование, экспериментальное измерение параметров схемы генератора импульсного периодического высокого напряжения  на основе повышающего трансформатора и управляемого тиристорного ключа.
53) Воробьёв Ю.В., Горшков А.В. Измерение времени развития импульсного разряда во влажном воздухе.
54) Yuriy Vladimirovich  Vorobiev. High Surge Voltage Generator and Time Measurement of the Development of Two Types of Electric Discharge in Humid Air Depending on Pressure.
55) Горшков А.В. О нестойкости квантовой криптографии.
56) Карипов Д.Р. Новые экологически чистые способы получения электроэнергии: ветровые с соплом Прандтля и аэрогеотермальный конвекционный.
57) Карипов Д. Новый экологически чистый способ получения электроэнергии:  «аэрогеотермальный» конвекционный.
58) Карипов Д.Р. Экспериментальные изменения полезной мощности действующей модели новой экологически чистой «аэрогеотермальной» конвекционной электростанции.
59) Ковалёв А.А. Новые экологически чистые способы получения электроэнергии: ветровые со сверхзвуковым соплом Лаваля, «солнечная термоэлектрическая банка», «землероечный» и «бризовый» конвекционные.
60) Ковалёв А.А. Термоэлектрическое усовершенствование «землероечного» и «бризового» конвекционных двигателей, экспериментальное исследование их свойств, а также сверхзвуковые ветроустановки с соплом Лаваля и соплом и антисоплом Прандтля.
61) Горшков А.В. Об одном из возможных видов “шаровой молнии” на основе аномально высокой положительной зарядки аэрозоля в плазме под действием интенсивного электронного пучка, порождённого на фронте высокоскоростной волны ионизации в газовом разряде.
62) Каманцев А.П., Гаврилов   . Измерение теплопроводности воздуха.
63) Николаевская А. Система энергосбережения помещения в средней полосе России и в труднодоступных местах (высокогорье, Арктика, другие планеты).
64) Абдрахманов Тимур Шамгулович. Поплавок с регулируемой средней плотностью, демонстрация и исследование затухающих колебаний в вязкой жидкости.
65) Плотицын Михаил Александрович. Гидродинамическое  устройство для измерения коэффициента подъемной силы Сy  и  коэффициента лобового сопротивления Сx.
66) Усманов Никита Равильевич. Усовершенствованная доска Гальтона.
67) Горшков А.В. Крупные тираннозавры не могли быть сухопутными хищниками.
68) Адищев   . Регулируемый ёмкостный делитель высокого напряжения.
69) Зорин А.А. Инерционный трибоход с жёстким герметичным корпусом.
70) Зорин А.А., Горшков А.В. Зависимость средней силы тяги и средней скорости от частоты при движении вибротрибохода в различных средах.
71) Зорин А.А. Новый физико-технический и социально-экономический подход к оптимизации трассы, конструкции, размеров и производительности семейства стратегических водопроводов «Российская Федерация – Средняя Азия».
72) Зорин А.А., Горшков А.В. Оптимизация радиусов стратегических водопроводов Каспий–Арал, Обь(Иртыш)–Узбекистан–Афганистан и других по критерию минимальности себестоимости воды.
73) Басалаев А.А., Горшков А.В. Исследование стратифицированного частотного импульсного тлеющего разряда высокого напряжения в парах ацетона низкого давления.
74) Белов А.В., Горшков А.В. Абсолютный планетографический компас и дифференциальный гравиметр.
75) Горшков А.В. Непосредственное влияние электронных оболочек атома на «сильные» распады ядра.
76) Горшков А.В. Непосредственное влияние электронных оболочек атома на «сильные» распады ядра с учётом неводородоподобности атома и новый способ двупротонного синтеза дейтрона.
77) Сало Р.Х., Горшков А.В. Экспоненциальное затухание воздушного потока в глубине ориентированного волокнистого теплоизолятора.
78) Сало Р.Х., Горшков А.В. Характерные размеры при затухании ветра в глубине ориентированного волокнистого теплоизолятора.
79) Сало Р.Х., Горшков А.В. Физическая аналитическая модель зависимости сопротивления мехоподобного теплоизолятора от скорости ветра.
80) Сало Р.Х., Горшков А.В. Анализ зависимости теплового сопротивления высокопористого анизотропного теплоизолятора от его структурно-геометрических параметров и скорости и направления ветра.
81) R.H. Salo, A.V.Gorshkov. The profile of the wind dying out in the depth of the hair covering of natural fur.
82) R.H. Salo, A.V.Gorshkov. The physical analytical model of the dependence of the thermal resistance of natural fur from the wind velocity.
83) Сало Р.Х., Горшков А.В. Профиль затухания воздушного потока в глубине ориентированного волокнистого теплоизолятора (на примере волосяного покрова натурального меха).
84) Сало Р.Х., Нагорная З.Е. Исследование теплозащитных характеристик пакета меховой одежды.
85) Субботин Г.Ф., Горшков А.В., Фокин А.В. Оптимизация электрореактивного движителя на заряженных макрочастицах аэрозоля и магнитногидрадинамический гиродин.
86) Жебель В.В., Горшков А.В. Устройство для исследования картин ламинарного и вихревого обтекания различных тел жидкостью.
87) Жебель В.В., Горшков А.В. Три режима течения, в том числе с обратной составляющей, при нулевом угле атаки в периодической структуре.
88) Горшков А.В. Картины обтекания тел (в т.ч. крыла) вязкой жидкостью, возвратное течение  в периодической структуре и три его режима.
89) Мануйлов Илья. Измерение подвижности ионов натрия и хлора в водном растворе хлорида натрия четырёхзондовым методом.
90) Евстафьев Н., Горшков А.В. Проникающий элемент высокоскоростного бронебойного снаряда с пониженным рикошетированием.
91) Горшков Е. Е., Горшков А.В. Уральский кубик непрерывного действия.
92) Горшков Е.Е., Горшков А.В. Оптимизация теплового сопротивления и добавленной скорости обдува в «Уральскому кубике непрерывного действия».
93) Горшков А.В., Горшков Е.Е. Квантоворазмерные термоэлектрические явления.
94) Горшков А.В. Электрическое притяжение квазинейтральных макроскопических классических тел.
95) Горшков А.В. Оценка возможности экспериментального обнаружения электрического притяжения квазинейтральных макроскопических классических тел друг к другу.
96) Gorshkov A.V. Estimation of possibility of the experimental detection of an electrical attraction of quasineutral macroscopic classical bodies to each other.
97) Маслов И.В., Горшков А.В. Эволюция форм высокоскоростных метеорных тел и возможность метеоритного происхождения «китайских неолпознанных ископаемых объектов».
98) Ершов Арсений. Способ управления летательным аппаратом по углу тангажа горизонтальным перемещением одной из горизонтальных плоскостей.
99) Калинин Никита Павлович. Измерение силы отталкивания парамагнитного тела от магнита на переменном токе.
100) Ненашев П.С. Новый способ магнитного удержания плазмы, сокращающий её утечку через магнитные отверстия.
101) Тельной Кирилл Павлович. Измерение зависимости скорости движения волны в лотке от глубины и препятствий.
102) Царицын Михаил Валентинович. Щёточная юбка «китовый ус» для аппаратов на воздушной подушке.
103) Морозов Всеволод, Горшков Алексей Владимирович. Диффузионный метод измерения концентрации равновесной плазмы.
104) Горшков А.В. Доказательство несуществования неизменности Вселенной.
105) Горшков А.В. Закономерность эволюции призвёздных планетных систем – от околозвёздных орбит до периферии.
106) Горшков А.В. О кристаллической структуре межпланетного вещества на основании образцов останков Челябинского «метеора» 15 февраля и об электромагнитном ощущении звука при его полёте до взрыва.
107) Панов Е.В. Программный комплекс "Termores" для обработки и анализа экспериментальных данных температурной зависимости термоЭДС и термосопротивления.
108) Даурских Анна Юрьевна. Синтез сверхлёгкого космического летательного аппарата «Канарейка».
109) Рыжов, Седов. Программа для моделирования эксперимента Франка–Герца.
110) Даурских Анна. Активная спутниковая разведка и оценка запасов лунной воды.
111) Романов Роман Игоревич. Новая система наведения управляемых средств доставки полезных грузов по лазерному лучу с использованием полуактивной головки самонаведления.
112) Кетова Елизавета Константиновна. Экспериментальное исследование режимов течения жидкости в гофрированном канале.
113) Горшков А.В. Об одном определении разума и его внутренней непротиворечивости.
114) Горшков А.В. Предварительное описание древовидной методики построения временнОй динамики обобщённого показателя уровня жизни по объективным статистическим данным.
115) Веретенникова Анна Александровна. Общественное мнение старшеклассников Челябинска о том, какие открытия и изобретения – наиважнейшие.
116) Саяпин Михаил Максимович. Анализ взаимосвязи между среднедушевым регистрируемым потреблением спирта и убийствами и иными видами преступлений.
117) Болгарев Дмитрий Андреевич. Анализ взаимосвязи между среднедушевым регистрируемым потреблением спирта и смертностью.
118) Варламова Вероника Анатольевна. Исследование мнения учащейся молодёжи г. Челябинска и непосредственно сотрудничающих с ней взрослых о том, какие жизненные проблемы наиболее значимы для становления личности и определения уровня и направления её дальнейшего развития.
119) Антонова Ирина. Срез общественного мнения о перечне личностей, принёсших наибольший вред народу России (Империи, Союза, Федерации).
120) Климин Данил. Исследование общественного мнения о личностях,  принёсших наибольшую пользу народу России (Империи, Союза, Федерации).
121) Гливенко А.В., Горшков А.В. Взаимосвязь подушевого производства и потребления зерна с природными и общественными явлениями на протяжении ХХ века.
122) Елсаков С.М. Программа «SLE» для решения неособенных и особенных систем линейных алгебраических уравнений методом проекций на выпуклые множества.
123) Горшков А.В. Инверсно-стойкий непрерывный неразделимый групповой код с ценой 2.
124) Горшков А.В. Логарифмически небольшое отличие скорости инверсно-стойкого мажоритарного каскада от пропускной способности в очень грязных каналах.
125) Горшков А.В. Противоинверсные блочные и цепные неразделимые групповые случайные коды с ценой 2 и менее и их возможное применение в цифровом кодировании.
126) Ваганов А.В., Горшков А.В. Исследование исправляющих свойств зеркального кода информационной емкостью не менее 4 (в т.ч. со свидетелем инверсии).
127) Горшков А.В. Противоинверсный неразделимый групповой цифровой кодек «Детерминированный Инь-Ян».
128) Горшков А.В. Противоинверсный неразделимый групповой цифровой кодек «Интегральный Инь-Ян».
129) Горшков А.В. О наименьшей цене неполяризованного цифрового кода и о наименьшей цене противоинверсности.
130) Горшков А.В. Единая теорема кодирования и частные следствия из неё.
131) Горшков А.В. Предварительные заметки об особенностях подготовки школьников к письменным докладам научно-исследовательского содержания.
132) Горшков А.В. Формирование углублённого понятия о полупроводниках средствами элективного курса для 8-11 классов.
133) Горшков А.В. Схема формирования углублённого понятия о полупроводниках средствами элективного курса.
134) Горшков А.В. О некоторых отрицательных явлениях, сопряжённых с ранним приобщением учащихся к научно-исследовательской деятельности, и о способах их избежания.
135) Горшков Алексей Владимирович. Оценка наименьшего допустимого возраста готовности к началу научно-исследовательской деятельности учащихся как необходимого условия избежания вредных последствий для них.
136) Горшков А.В. Использование понятия «диалектическое противоречие» при подготовке занятий в профильной и высшей школе, проводимых с целью формирования готовности учащегося к исследовательской деятельности в области физики.
137) Горшков А.В. Готовность человека как педагогическое понятие.
138) A.V. Gorshkov. Readiness of the person as pedagogical concept.
139) Горшков А.В. Формирование готовности к исследовательской деятельности как необходимое явление в живой недетерминированной общественной системе.
140) Горшков А.В., Даммер М.Д. Что мы можем принять во внимание в итогах международных тестов.
141) Горшков А.В., Даммер М.Д. Методическая концепция формирования готовности учащихся профильных классов к исследовательской деятельности в области физики.
142) Горшков А.В. Подготовка учащихся к исследовательской деятельности средствами элективного курса «Физические основы авиакосмической техники».
143) Горшков А.В. Ключевые положения методики формирования готовности учащихся профильных классов к исследовательской деятельности по физике.
144) Горшков А.В. Содержание ключевых понятий авторского комплекса элективных курсов по физике.
145) Горшков А.В. Подготовка учащихся профильных классов к исследовательской деятельности в области физики средствами комплекса элективных курсов «Физические основы авиакосмической техники», «Физика плазмы», «Термоэлектрические явления».
146) Горшков А.В. Элективные курсы в профильной школе в системе непрерывного профессионального образования.
147) Горшков А.В., Даммер М.Д. Опережающее обучение математике, широкий охват учащихся и реальная научно-исследовательская и изобретательская деятельность – три кита авторских элективных курсов по физике в МОУ Лицей №31 г.Челябинска.
148) Горшков А.В. Безопасная демонстрация «Уральской змейки», «Линейного индукционного», искрового, барьерного, тлеющего, стратифицированного, дугового и других разрядов в лекционных демонстрациях по физике в профильной школе.
149) Горшков А.В. Оригинальные термоэлектрические устройства и опыт их применения на элективных курсах по физике в предпрофильной и профильной школе в 1999–2009 гг.
150) Горшков А.В. Опыты с «термоэлектрической испарялкой».
151) Горшков А.В. Усовершенствованный опыт Ленца и соотношения Онсагера.
152) Горшков А.В. Солнечный термоэлектрический генератор.
153) Горшков А.В. Гибридный фототермоэлектрический генератор.
154) Горшков А.В. Как показать термоЭДС в химически однородной цепи в любой школе.
155) Горшков А.В. Уральские кубики.
156) Горшков А.В. Понятие о вакууме.
157) Горшков А.В. Понятие о плазме и плазменной частоте.
158) Горшков А.В. Безопасные опыты с опасным напряжением.
159) Горшков А.В. Анализ трудностей формирования понятия о подъёмной силе в старших классах профильной школы.
160) A.V. Gorshkov. The Analysis of difficulties of formation of concept about carrying power in the senior classes of profile school.
161) Горшков А.В. Понятие циркуляции при изучении подъёмной силы в профильных классах общеобразовательной школы.
162) Горшков А.В., Даммер М.Д. Формирование понятия о подъёмной силе в профильных классах средствами элективных курсов.
163) M.D. Dammer, A.V. Gorshkov. Concept formation about carrying power in profile classes by means of elective courses.
164) Горшков А.В. Кинетическая  и потенциальная формы энергии и их связь с основными физическими сущностями.
165) Горшков А.В. Демонстрация возможности совершения полезной работы за счёт тепловой энергии внешней среды, по существу, однородной по температуре.
166) A.V. Gorshkov. Demonstration of possibility of production the useful work from the of thermal energy of the external environment, which is, in the essence, with homogeneous temperature.
167) Горшков А.В., Жебель В.В. Картины обтекания тел (в т.ч. крыла) вязкой жидкостью, возвратное течение  в периодической структуре и три его режима.
168) Gorshkov A.V., Zhebel V.V. Pictures of a flow of bodies (including a wing) a viscous liquid, Contraflow in periodic structure and three its modes.
169) Горшков А.В. Методика расчёта, изготовления и испытания одновиткового равномерного варианта пояса Роговского с линейным откликом на ток в наносекундном диапазоне.
170) Gorshkov A.V. The method of design, manufacturing and testing the one-coil variant of Belt Rogovsky with the linear response to a current in a nanosecond range.
171) Горшков А.В. Полупроводниковый термоэлектрический модуль – богатый возможностями инструмент учебного эксперимента.
172) A.V. Gorshkov. The semi-conductor thermoelectric unit – the tool of study experiment rich with possibilities.
173) Горшков А.В. Оценка возможности экспериментального обнаружения электрического притяжения квазинейтральных макроскопических классических тел друг к другу.
174) A.V. Gorshkov. Estimation of possibility of the experimental detection of an electrical attraction of quasineutral macroscopic classical bodies to each other.
175) Горшков А.В. Термоэлектрическая батарея из высокоориентированного пиролитического углерода.
176) A.V. Gorshkov. The thermoelectric battery from high-oriented pyrolitic carbon.
177) Горшков А.В. Методика формирования понятия об энергетических зонах через классические аналогии в средней школе.
178) A.V. Gorshkov. Technique of formation of concept about energy bands through classical analogies at high school.
179) Горшков А.В. Усовершенствование методики «мозговой осады» для школьного коллектива средней и старшей групп на элективных исследовательских курсах по физике.
180) A.V.  Gorshkov. Technique improvement «the Brain siege» for school collective of average and senior groups on elective research courses on physics.
181) Горшков  А.В. Челябинский «метеор» 15 февраля как элемент учебной физики в физико-математическом лицее и экстремальное природно-социальное явление (фрагмент неоконченной статьи, версия от 26.02.2013).
182) Горшков А.В., Даммер М.Д. Методика применения систематической таблицы физических явлений как преобразований форм энергии.
183) A.V. Gorshkov, M.D. Dammer. The systematical Table of physical Phenomena as Transformations of the Forms of an Energy.


……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

САМИ АННОТАЦИИ РАБОТ:

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………


1999-2000


Елсаков С.М. Программа «SLE» для решения неособенных и особенных систем линейных алгебраических уравнений методом проекций на выпуклые множества.
С целью численного решения больших и сверхбольших СЛАУ, в т.ч. с тензорами высоких рангов >2, как недоопределённых, так и переопределённых и несовместных, а также вырожденной (с линейно зависимыми уравнениями), когда «точные» методы типа Гаусса–Жордана применить невозможно или вих вычислительные затраты неприемлемо велики, применены и сравнены итерационные методы проекций на выпуклые множества, в т.ч. Качмажа, Бочека, Тараско, Фридена. Испытан метод Горшкова проекций на пары пересекающихся гиперплоскостей. Подробнее, метод  Качмажа с последовательным выбором уравнений (метод с абсолютной сходимостью), в том числе с релаксацией; метод Качмажа–Бочека с равновероятным выбором уравнений (метод со сходимостью по вероятности), в том числе с релаксацией; метод Бочека с не равновероятным выбором и вычеркиванием уравнений (метод с абсолютной сходимостью), в том числе с релаксацией; метод с проекциями на область пересечения пар последовательно выбираемых уравнений, в том числе с релаксацией; метод с проекциями на область пересечения пар равновероятно выбираемых уравнений, в том числе с релаксацией; метод раздвижения пар уравнений, в том числе с релаксацией (этот метод ещё разрабатывается и окончательно оформляется). Также испытана сверхрелаксация. В качестве тестовой прикладной задачи был выбран вариант трансмиссионной прямолинейной томографии для случая слабого поглощения.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Кабанов С. Недорогой точный калориметр-термостат.
Разработаны и изготовлены 4 калориметра 2-х разновидностей. Конструктивно они одинаковые. Тонкостенная ёмкость из алюминиевого сплава для воды, теплоизоляция из пенополиэтилена (причём крышка с отверстием для термометра и днище теплоизоляции выполнены съёмными), теплоотражающие экраны из алюминиевой фольги. При калибровке "больших" (на 200 мл. жидкости) калориметров обычным способом мы нашли, что для температур в диапазоне от 20 до 60 0С его эффективная теплоёмкость (без воды) равна 77 плюс-минус 5 Дж/К, что является весьма малой, т.е. хорошей, величиной. Мощность тепловых потерь менее 1 Вт при перепаде температур около 40 К. Таким образом, наш калориметр, даже при небольших размерах, позволяет термостатировать с удовлетворительной точностью без подогрева и без охлаждения воду в течение 10 часов и более. При надетом алюминиевом   экране, вынутом термометре и размещении вне досягаемости сквозных воздушных потоков удалось снизить мощность тепловых потерь до 0,1 Вт при перепаде температур около 10 К.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Бадзян Д., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н., Панов Е. Измерение температурной зависимости коэффициента Зеебека–Ленца в паре полупроводников.
Построена электрогидравлическая установка, содержащая термоэлектрические модули (ТЭМ) К1-128 и К1-72 промышленного изготовления,  на полупроводниковой паре неизвестного нам состава, предположительно относящегося к системе Te–Bi, Te–Bi–Se или Te–Bi–Se–Nb, и разработанные нами проточные теплообменники-калориметры. Нашим новым способом измерена зависимость  коэффициента термоЭДС от температуры в батарее полупроводниковых термопар в зависимости от температур и "холодных", и "горячих" спаев, а также тока через контакт пары полупроводников, для возможно более широкого диапазона температур, и по ней рассчитаны коэффициенты в нелинейном приближении Авенариуса–Тэта.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Бадзян Д., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н., Панов Е. Измерение температурной зависимости коэффициента Пельтье в паре полупроводников.
Построена электрогидравлическая установка, содержащая термоэлектрические модули (ТЭМ) К1-128 и К1-72 промышленного изготовления,  на полупроводниковой паре неизвестного нам состава, предположительно относящегося к системе Te–Bi, Te–Bi–Se или Te–Bi–Se–Nb, и разработанные нами проточные теплообменники-калориметры. Нашим новым способом измерена зависимость  коэффициента Пельтье от температуры в батарее полупроводниковых термопар в зависимости от температур и "холодных", и "горячих" спаев, а также тока через контакт пары полупроводников, для возможно более широкого диапазона температур. Результаты были сравнены с результатами применения классического метода Ленца–Леру.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кривонос А., Кузнецов Н., Михеев., Панов Е., Спицына Я. Демонстрация применимости второго начала термодинамики, закона ЛеШателье–Брауна, симметрии кинетических коэффициентов Онсагера на примере термоэлектрических явлений Зеебека–Ленца, Пельтье и Томсона.
Целью работы являлось создание очевидной и убедительной лекционной демонстрации закона ЛеШателье–Брауна и соотношений взаимности Онсагера для перекрёстных кинетических коэффициентов на примере термоЭДС и термоэлектрического теплопереноса. Мы усовершенствовали опыт Ленца. Устройство «Симметрия» содержит две последовательно соединённые одинаковые полупроводниковые термоэлектрические батареи (ТЭМ)  К1-128 (второй экземпляр – К1-72) промышленного изготовления, снабжённые ребристыми теплообменниками, электродвигатель постоянного тока, симметричный амперметр, два калориметра, выполненные с возможностью теплового контакта снизу с ТЭМ, две тепловые ёмкости, выполненные с возможностью теплового контакта сверху с рёбрами теплообменников, четыре термометра, секундомер. Способ состоит в том, что потоком тепла  приводят в действие один из двух ТЭМ, вырабатываемый им ток подают на другой ТЭМ. Если у обоих ТЭМ "горячие" и "холодные" спаи одновременно поменять местами, то результат качественно не изменится. Показываем режимы "преобразователя жары в холод"  и "преобразователя мороза в тепло". После измерения зависимости тока в цепи и температуры 4-х калориметров от времени можно судить о коэффициентах Зеебека–Ленца и Пельтье ТЭМов, а также об их внутреннем сопротивлении.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н., Спицына Я. Измерение тепловых эффектов при почти изотермическом измерении жидкости.
Целями работы являлись: выяснение возможности доступными техническими средствами измерить тепловые эффекты, возникающие при свободном испарении жидкости в квазиизотермических условиях; измерение удельной теплоты парообразования жидкости при фиксированной температуре; нахождение уравнения состояния неидеального газа и профиля "термов" молекул жидкости. Устройство содержало полупроводниковый термоэлектрический модуль (ТЭМ) К1-128 промышленного изготовления, снабжённый нами тонким бортиком, воздушный теплообменник из алюминиевого сплава эффективной площадью омываемой воздухом поверхности около 300 см^2, притёртый с теплопроводной пастой к одной из сторон ТЭМ, цифровой вольтметр с высоким входным сопротивлением, воздушный термометр и психрометр, тонкий шприц, секундометр, вентилятор. Способ состоял в том, что мы наливали навеску исследуемой жидкости на всю поверхность ТЭМ с известным коэффициентом термоЭДС и измеряли зависимость термоЭДС от времени. Сравнивали свободное испарение и с вентилятором. Временные профили температуры обладали хорошей повторяемостью и индивидуальностью. По ним можно было судить о том, какая неизвестная жидкость из числа исследованных нами ранее налита.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кузнецов Н. «Псевдо-вечный двигатель» – испарительный квазиравновесный термоэлектрический генератор электроэнергии.
Разработано, изготовлено и измерены технические характеристики у устройства «Испарялка», которое совершает полезную работу в условиях, близких к тепловому равновесию,  почти изотермических, за счёт разности термодинамических потенциалов рабочего вещества в жидкой фазе и его же в газовой фазе в смеси газов в окружающей среде. Мы разработали и изготовили устройство, состоящее из полупроводниковой термоэлектрической батареи (ТЭМ) К1-128 промышленного изготовления, притёртого к ней плотно с теплопроводной пастой двух теплообменников ("радиаторов") из алюминиевого сплава с эффективными площадями обдува воздухом около  200 и 300 см2 , зеркального микроамперметра класса 1 , подключённого к ТЭМ, ванночки для воды, системы капилляров, служащей для смачивания рабочей поверхности одного из теплообменников, и, для чистоты эксперимента, ветрозащитных теплоотражающих экранов. При испарении воды в условиях, близких к температурному равновесию, "мокрый" радиатор охлаждался, и через ТЭМ проходил поток теплоты от "сухого" теплообменника к "мокрому", вследствие эффекта Зеебека–Ленца на ТЭМ возникала термоЭДС и в цепи шёл электрический ток через полезную нагрузку, который мы измеряли с помощью микроамперметра. Были измерены термоЭДС такого устройства, оказавшаяся равной, в зависимости от температуры и влажности воздуха в помещении, от 25 до 35 мВ, что для нашей батареи соответствовало разности температур от 1 до 1,5 К. В зависимости от сопротивления нагрузки вырабатываемая полезная мощность составляла от 0,5 мкВт до 200 мкВт, КПД соответственно (приблизительно) от 10^-5 до 10^-3 . Характерное время установления стационарного режима – один час. При размещении в естественном потоке ветра (без ветрозащитного экрана) в тени удалось получить вырабатываемую мощность до 10 мВт с КПД порядка 1 % , что можно считать практически значимой величиной. Мы сравнивали его также с КПД тепловой машины по циклу Карно.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Кривонос А., Спицына Я. Экспериментальное исследование температурной зависимости внутреннего фотоэффекта в полупроводнике.
Цель заключалась  в  исследовании  зависимости  внутреннего  фотоэффекта  в  полупроводнике  от  температуры  и  плотности потока светового излучения, а также КПД солнечного элемента. Устройство содержало источник света, выполненный с возможностью изменения плотности потока энергии, солнечный фотоэлемент, притёртый через теплопроводную пасту к батарее термоэлектрических элементов (ТЭМ) с заранее измеренными характеристиками,   притёртой к теплообменнику с проточным водяным охлаждением, две откалиброванные термопары, 2 цифровых вольтметра и миллиамперметр, калориметр, источник тока, батарея сопротивлений. ТЭМ служит, в одном опыте, для задания постоянной температуры фотоэлемента, используя эффект Пельтье, и в другом опыте, для дополнительной генерации электрической энергии из теплового потока через ТЭМ вследствие эффекта Зеебека–Ленца. Измерены нагрузочные характеристики (силы тока и мощности) солнечного элемента в зависимости от плотности потока энергии и температуры. Из так измеренных данных мы рассчитали зависимость внутреннего сопротивления фотоэлемента от температуры (при фиксированной плотности потока энергии) и от плотности потока энергии (при фиксированной температуре) и отсюда рассчитали ширину запрещённой зоны полупроводника. Затем, при фиксированной плотности потока излучения, соответствующей солнечной на поверхности Земли, измерили нагрузочные характеристики “гибридного” (комбинированного) фототермоэлектрического генератора, представляющего собой совокупность фотоэлектрического генератора и термоэлектрического генератора, в зависимости от сопротивления полезной нагрузки, и нашли, при каких условиях в исследованном диапазоне его полезная мощность наибольшая. При этих условиях мы измерили КПД такого фототермоэлектрического генератора.
Научн. рук. – А.В. Горшков.

Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Кривонос А., Кузнецов Н., Михеев  ., Панов Е., Спицына Я. «Снежный» генератор электроэнергии.
При изучении тепловых явлений в школе и ВУЗе преподавателю часто приходится сталкиваться с затруднениями понимания школьниками и студентами "абсолютной шкалы температур" и "бытовым" толкованием ими термина "холод". Мы разработали, первоначально для лекционных демонстраций по термодинамике, а впоследствии и для лабораторного практикума, устройство, позволяющее получать полезную работу из низкопотенциальных тепловых ресурсов, имеющих температуру не только выше окружающей среды, но и ниже, например, из разности термодинамических потенциалов между водой в твёрдой фазе и комнатным воздухом. Устройство содержит ТЭМ К1-128 промышленного изготовления, притёртый к нему на теплопроводную пасту теплообменник ("радиатор"), ёмкость для воды первоначально комнатной температуры, калориметр, амперметр, электродвигатель постоянного тока, на валу которого имеется шкив и нить с закреплённым на ней "полезным грузом", два жидкостных термометра, секундомера, мерная лента, весы. Электрическая и механическая мощности, развиваемые в такой цепи и двигателем, измеренные обычным способом, при различных массах грузов составляли от 1 до более чем 100 мВт, удавалось получить полезную мощность более 1 Вт.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


2000


Бадзян Д., Горшков А.В., Долгих А., Зотов И., Кабанов С., Кривонос А., Кузнецов Н., Михеев И., Панов Е., Спицына Я. Лаборатория чистой энергетики и физического приборостроения.
Одной из наиболее важных проблем, заботящих современное человечество, является управляемое получение энергии в удобной для практического использования форме без ущерба для окружающей среды в достаточном для удовлетворения его потребностей количестве в течение практически неограниченного времени. Нами разработаны, действуют и используются в физическом практикуме лабораторные работы: 1) Измерение нагрузочных характеристик и КПД полупроводниковых термоэлектрических генераторов с различными нагревателями и холодильниками; 2) Демонстрация применимости второго начала термодинамики, закона ЛеШателье–Брауна, симметрии кинетических коэффициентов Онсагера на примере термоэлектрических явлений Зеебека, Пельтье и Томсона; 3) Измерение холодильного коэффициента полупроводникового термоэлектрического холодильника; 4) Измерение отопительного коэффициента полупроводникового термоэлектрического теплового насоса Клаузиуса; 5) Генератор электроэнергии из низкопотенциальных источников теплоты; 6) Снежный генератор электроэнергии; 7) Измерение тепловых эффектов при испарении жидкости, растворении, диссоциации, диффузии; 8) Псевдовечный двигатель – испарительный квазиравновесный термоэлектрический генератор электроэнергии; 9) Исследование температурной зависимости внутреннего фотоэффекта в полупроводнике; 10) Гибридный фототермоэлектрический генератор электроэнергии; 11) Чисто термоэлектрический солнечный электрогенератор.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Горшков А.В., Долгих А., Кабанов С., Панов Е. Физический спецпрактикум по термоэлектрическим явлениям Пельтье и Зеебека–Ленца.
Современные учебные заведения нуждаются в таком физическом практикуме, лабораторные работы которого объединяли бы в себе лекционный материал, относящийся к темам, традиционно считающимся разными, и также имеющий широкие промышленные применения. Хорошим примером тому, по нашему мнению, являются термоэлектрические явления. Наиболее известными из них являются явления Зеебека, Пельтье, Томсона. Известны и другие. Для полноценного выполнения учащимся лабораторных работ по этой теме необходимо хотя бы минимальное знание им основ “статистической и квантовой физики”, “электромагнетизма”, “термодинамики”, “физической кинетики”. Это должно способствовать формированию целостной физической картины мира. В состав нашего лабораторного физического спецпрактикума, предназначенного для школьников старших классов физико-математических школ и студентов младших курсов университетов, входят к настоящему времени следующие лабораторные работы: 1) Демонстрация применимости второго начала термодинамики, закона ЛеШателье–Брауна, симметрии кинетических коэффициентов Онсагера на примере термоэлектрических явлений Зеебека, Пельтье и Томсона; 2) Приближённое измерение коэффициента термоЭДС в линейном приближении Зеебека и внутреннего сопротивления батареи полупроводниковых термоэлементов простейшими средствами; 3) Измерение температурной зависимости термоЭДС дифференциальной металлической термопары в нелинейном приближении Авенариуса–Тэта; 4) Измерение температурной зависимости термоЭДС батареи полупроводниковых термоэлементов в нелинейном приближении Авенариуса–Тэта и её внутреннего сопротивления; 5) Измерение температурной зависимости коэффициента Пельтье для батареи полупроводниковых термоэлементов. Также созданы пакет программ для ЭВМ для обработки данных эксперимента, руководство по лабораторным работам и учебное пособие с теоретическим и прикладным описанием термоэлектрических явлений.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


2000–2001


Горшков А.В. Невозмущающие среду перспективные способы получения энергии в форме, удобной для промышленного и бытового использования.
25 страниц. Выводы:
1. Человечество издавна стремится увеличить свои энергетические возможности по сравнению с природой его среды обитания как биологического вида.
2. Человечество достигло в этом направлении значительных успехов, которые общеизвестны. Но также общеизвестны и недостатки традиционных видов энергетики.
3. Автором ещё и здесь предлагается философское определение Разума как "способность из Хаоса сделать  Космос [Вселенную]".
4. Общеизвестно, что любой физический процесс, происходящий с изменением состояния взаимодействующих тел, принципиально возможно использовать для совершения полезной работы.
5. Известны многочисленные работы по сравнительному анализу  технико-экономических и общественных показателей различных способов получения энергии в форме, удобной для практического использования (таковой формой прогнозируется на ближайшие несколько веков электрическая). Однако автор попытался кратко провести ещё один, учитывая более полусотни критериев.
6. Органическое (и также неорганическое) вещество как химическое топливо (горючее и окислитель) будет использоваться и в XXI веке, и даже позднее, но только в небольших и специальных транспортных средствах, а также при чрезвычайных обстоятельствах. Однако в стационарных генераторах, при отсутствии чрезвычайных обстоятельств, его использование в будущие века окажется нецелесообразным.
7. Следует сокращать всемирное потребление нефти и газа как топлива и путём международных картельных соглашений с такими странами, как члены ОПЕК, Кувейт, Ирак, Иран, Китай, Индия и другими увеличивать цену на нефть и газ на международном рынке. Иначе, при существующем положении, Россия уже в ближайшие десятилетия окажется без подготовленных к использованию запасов углеводородного химического сырья и будет вынуждена его импортировать, что резко ухудшит и без того неприятное её положение последних нескольких лет. Углеводородные вещества – не дешёвое топливо на десятки лет, а дорогое химическое сырьё на тысячелетия, и разбазаривать его недопустимо, о чём однозначно говорил ещё Менделеев.
8. "Каменные и бурые угли" – многовековой стратегический запас России не только топлива и химического сырья, но это и руда для извлечения редких металлов и радиоактивных элементов, в том числе для нужд ядерной энергетики.
9. "Химический неорганический" способ – выработка водорода, транспортировка его на большие расстояния (в комбинации с криогенными ЛЭП), использование как топлива, химического сырья или же выработка электроэнергии в реакции окисления в "топливных элементах" – один из перспективных на ближайшие несколько веков. Но объём его использования жёстко ограничен сверху экологическими условиями.
10. "Ядерный" (управляемое деление, будущий промышленный управляемый ядерный синтез) – самое важное направление в энергетике, учитывающее самые дальние (из обозримых) перспективы человечества и природы в целом. Энергия из ядерной формы  может быть преобразована в электрическую различными способами и устройствами, в том числе в комбинации с другими видами энергетики (например, разложение/синтез воды), в том числе в больших транспортных средствах. Исследования по УТС и другим способам ядерного синтеза, а также исследование перспективы как мегаскопических, так и субъядерных источников энергии следует развивать усилиями не только отдельных стран, но и всего человечества. Без  ядерного синтеза человечеству не обойтись при расширении "ноосферы Вернадского" вдаль от Земли и от Солнца, а в малых количествах – и на Земле : под водой, под землей , в специальных видах транспортных средств.
11. К достоинствам ядерной энергетики (в том числе – в перспективе – синтеза) следует отнести высокую автономность ядерных реакторов (в том числе синтеза) и значительные мировые запасы сырья. К объективным недостаткам – повышенную опасность как вторичного сырья (облучённого вещества), так и отходов производства в течение значительного времени, необходимость охраны от актов терроризма, недобросовестной конкуренции и неграмотного управления. Ещё одним из субъективных "недостатков" является "общественное мнение", стихийное или же злонамеренно либо по недомыслию организованное, об ядерной энергетике как об "исчадии ада", что очевидно нелепо.
12. Что касается ввоза и переработки радиоактивных отходов, то надо учитывать ряд общеизвестных обстоятельств. Во-первых, некоторые изотопы радиоактивных элементов используются как в энергетике, так и в военном деле. Во-вторых, Россия обладает опасно малыми по сравнению со странами NATO запасами тяжелоядерного сырья, и импорт ядерных отходов "теоретически" способен частично решить эту проблему. В-третьих, после подписания ряда международных соглашений Россия уже обязалась возвращать на свою территорию экспортированное ей и отработанное за рубежом ядерное топливо. В-четвёртых, с 1991 года государство по политическим причинам  практически не финансирует ни разработку ядерного оружия, ни разработку ядерных реакторов, ни иные проекты "ядерных" НИИ, а финансирует только переработку и захоронение радиоактивных отходов. В-пятых, по сообщениям СМИ, большая часть оружейного урана и плутония после переработки и "разбавления" до энергетических концентраций идёт почему-то на экспорт, прежде всего – в страны NATO, недорого, quod absurdum. В-шестых, вследствие причин с третьей по пятую и иных происходит значительная миграция кадров ядерной науки и промышленности за рубеж, дисквалификация, вымирание, убийства их. Таким образом, перед принятием или непринятием административных решений о строительстве очередной АЭС или о захоронении радиоактивных отходов следует как политическому руководству страны, законодательной власти, экономистам, так и специалистам в области ядерной физики, техники и оружия давать подробную и достоверную информацию обществу о целях своих проектов, предлагаемых способах их достижения и возможных вариантах событий и действий и их последствий.
13. Россия, лишённая ядерной энергетики, оружия или соответствующих специалистов, в скором времени окажется уничтоженной по ряду общепонятных причин.
14. Человечество с ближайших десятилетий и до дальнего будущего должно использовать в  основном  только естественные, существующие уже давно и  сейчас,  потоки  энергии различных видов. Причём желательно так, чтобы их никак существенно не изменять, хотя бы в среднем по территории использования, по времени. Этот критерий –  энергетическая "невозмущаемость" окружающей среды – автор считает основным.
15. В ближайшие десятилетия или даже века электрическая форма энергии останется по объёму и разнообразию основной в промышленных устройствах, возможно, даже потеснив тепловую по объёму производства. Для передачи на континентальные расстояния она, возможно, будет применяться в комбинации с разложением/синтезом воды, причём будет передаваться в криогенных ЛЭП со сжиженным водородом и кислородом.
16. Из всех рассмотренных способов наилучшим образом удовлетворяют этому критерию ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ, ТЕРМОИОННЫЙ , комбинированный ФОТОТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ и ЭЛЕКТРОЁМКОСТНЫЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ способы получения электроэнергии в промышленных количествах, обладая удовлетворительными КПД и другими технико-экономическими характеристиками.
17. Недостаток их только один – нынешняя относительная дороговизна.
18. Физические достоинства их более существенны –  универсальность источников и стоков теплоты, достаточно высокий КПД, длительный срок службы, практическое отсутствие вредных отходов, автономность  и другие. Термоэлектрический способ особо отличается долговечностью устройств.
19. Утверждаю, что к концу 21-го века мировое влияние нации будет определяться, прежде всего, площадью эффективно освещаемой Солнцем территории и акватории соответствующей  страны и способностью безопасно для природы своей страны  использовать естественные потоки энергии (прежде всего света и тепла).
20. Промышленным предприятиям, например, Челябинской области, Урала, России, мира, известным автору, вполне по силам промышленный выпуск всех таких экологически чистых генераторов электроэнергии, в том числе всех необходимых для них  составляющих, в объёмах, способных потеснить и даже заменить традиционную энергетику.
21. Челябинская область (и Россия в целом) располагает опытными в области термоэлектрических явлений и устройств кадрами, имеется экспериментально-лабораторная и учебно-методическая база.
22. В Челябинской области (и в России в целом) есть организации, способные осуществить строительство и использование объектов даже необходимых для реализации представленного проекта больших масштабов.
23. По ряду рассмотренных причин, управлять всеми этапами осуществления проекта наиболее целесообразно и действенно может унитарное государственное предприятие, которое следует образовать специально для этой цели,  действующее в подчинении Челябинской области или даже Российской Федерации.
24. В качестве примера предложено эскизное ("по порядку величины") технико-экономическое обоснование сооружения в Челябинской области ряда термоэлектрических электростанций (ТермоЭлЭС) суммарной средней по времени электрической мощностью около 10 ГВт. Все цены и стоимости указаны с дисконтированием на 2000 год.
25. Описано устройство такой ТермоЭлЭС.
26. Показано, что конструкция ТермоЭлЭС должна содержать солнечные коллекторы в качестве нагревателя, воздушные теплообменники как в качестве нагревателя, так и в качестве охладителя, интенсификаторы теплообмена, радиаторы и испарители воды в качестве охладителя, низко- и средне-температурные тепловые трубы в качестве устройства для передачи энергии в тепловой форме между отдельными частями ТермоЭлТЭС, низко- и средне-температурные термоэлектрические генераторы, тепловые машины, в том числе электроёмкостные термомеханические, тепловые насосы, водяные теплоизолированные ёмкости, нагреваемые или охлаждаемые до большой разности температур  последовательно, используемые как "буфер" для временного длительного хранения уловленной теплоты (вернее сказать, "разности термодинамических потенциалов"), в том числе содержащие лёд, содержащие солёную воду, насосы для перекачки парогазообразного, жидкого и шугообразного теплоносителя, устройства преобразования электроэнергии в промышленную форму.
27. Показано, что среднегодовая–среднесуточная территориальная плотность эффективного полезного энергосъёма (то есть выработки электроэнергии) порядка 100 Вт/м^2 , с принудительным обдувом до 200..300 Вт/м^2.
28. Для обеспечения вышеуказанной средней мощности (10 ГВт) региональной электростанции  потребуется территория от 30 до 100 км^2 .
29. Автор предлагает разместить участки теплообменников и солнечных коллекторов такой ТермоЭлЭС для снабжения г.Челябинска на территории г.Копейска, а именно, на площадях, ныне занимаемых полями обрушения шахтных выработок, ныне бесхозных или используемых для выпаса скота.
30. Для сооружения буферных (годовых) тепловых ёмкостей  на 400 ТДж при перепаде температур 10 К  потребуется выработка 10 млн. м^3 сосудов и/или грунта. Она будет заполнена 10 млн.т. воды.
31. Разместить тепловые ёмкости можно, например, в отработанных угольных разрезах г.Копейска, в шахтных выработках г.Копейска, а также в естественных и искусственных неглубоких водоёмах, а также котлованах, снабжённых гидротеплоизоляционной крышей.
32. На сооружение ТермоЭлЭС будет израсходовано порядка 30 млн.т. металлических и неметаллических конструкционных материалов, и порядка 30 млн.т. гидротеплоизоляционного бетона. Стоимость строительства, включая цену земельного участка, оценена по порядку величины в 420 млрд. российских руб. (то есть около 20 млрд. "советских руб." или около 12 млрд. долл. США , сравнение проведено по покупательной способности).
33. Такой объём материалов и работ будет способствовать существенному и долгосрочному (десятки, сотни лет) подъёму промышленности и, не исключено, улучшению социальных условий в Челябинской области и соседних регионов России.
34. Срок строительства такой ТермоЭлЭС оценен в 30 лет, срок окупаемости с учётом временной стоимости денег и обслуживания кредита 51 год от начала строительства, срок службы 150 лет, из них 99 лет – получение чистой прибыли.
35. Таким образом, к стоимости участка и строительства следует добавить 90 млрд. руб. обслуживание кредита (проценты из расчёта 10% годовых дисконтированно) и 51 млрд. руб. налоги в течение времени  полного погашения кредита, итого за всё время погашения кредита (420 млрд.руб.) – выплат 561 млрд. руб.
36. Стоимость единицы установленной мощности ТермоЭлЭС около 50 руб/Вт , т. е. 1,5–2,0 долл.США/Вт, что чуть дороже ТЭС, но чуть дешевле ЯЭС.
37. Себестоимость выработанной на ТермоЭлЭС электроэнергии около 1 цента США за 1 квт;ч.
38. В Челябинской области цена электроэнергии оценена около 100 руб/ГДж. За время погашения кредита будет выработано и реализовано (без учёта неплатежей потребителей) на сумму порядка 1000 млрд. руб. Таким образом, получается норма прибыли порядка 100%  к моменту погашения кредита !  Или же, при другой политической ситуации, отпускную цену электроэнергии потребителям можно (при условии исправных платежей потребителей) безубыточно снизить до 50 руб/ГДж. Или же можно планировать 50% уровень риска.
39. Далее, в течение последующих 99  лет, будут получаться порядка 25 млрд. руб/год при существующих тарифах на электроэнергию. После вычета ежегодных налогов будет оставаться не менее 15 млрд. руб. чистой прибыли ежегодно.
40. Итак, норма чистой прибыли составит около 4% от капитальных затрат.
41. За 99 лет сумма чистой прибыли (дисконтированная на 2000-й год) составит около 1500 млрд. российских руб. (около 50 млрд. долл. США по оф. курсу).
42. Итак, технико-экономические оценки по порядку величины показали принципиальную осуществимость проекта.
43. Нет никакой необходимости производить сразу столь масштабный проект (10 ГВт). Удельные (на единицу мощности) технико-экономические показатели практически не изменятся и при уменьшении масштабов создания такой станции в 10 и даже 100 раз. Например, можно вводить мощности "по частям", по 100 МВт. Это приведёт даже к  увеличению нормы прибыли вследствие меньшей стоимости обслуживания кредита вследствие сокращения сроков возврата кредита. Но ещё меньшие мощности (порядка 10 МВт и менее) менее эффективны вследствие увеличения удельных затрат на единицу мощности. Таким образом, на создание первой очереди солнечно-воздушной ТЭС установленной мощностью 100 МВт потребуется менее 6 млрд. руб.
44. В последние годы в России не только выработка электроэнергии, но и обыкновенное отопление стало серьёзной проблемой. Одним из "побочных" следствий реализации  проекта, предложенного здесь, может оказаться и широкое внедрение устройств "динамического отопления" Клаузиуса, как газодинамических, так и термоэлектрических, что позволит при существующих природных условиях России многократно экономить расход топлива на обогрев жилых и производственных помещений. Срок службы тепловых насосов  составляет от десятков лет до нескольких веков. Широкое внедрение их экономически целесообразно.
45. Несомненно, что аналогичные по существу проекты осуществимы не только в Челябинской области, но и в других субъектах РФ, и в зарубежных странах.
46. Если государство (федерального, областного, местного уровня) не найдёт возможности поддержать такой проект, то придётся для его реализации организовывать акционерное общество, и автор может рассматривать и такие предложения. Но по ряду причин, хорошо известных специалистам по теории управления, вопреки известным изречениям ряда политических деятелей и принадлежащих им средств массовой информации, это менее эффективно и общественно менее целесообразно, чем реализация в форме унитарного государственного предприятия (общенародная собственность).


Горшков А.В. Линейный индукционный Z-разряд.
Предложено одно- или многосекционное устройство для генерации плазмы, каждая последовательная секция которого содержит разрядный  объём, магнитопровод в форме тороида, шины первичной обмотки, охватывающие магнитопровод так, что вдоль большой замкнутой линии (окружности) тороида выполнен разрез, отличающееся тем, что разрядная камера выполнена линейной, расположена соосно с тороидом (тороидами) и такой магнитопровод, снабжённый такой первичной обмоткой ("индуктор"), охватывает разрядную камеру. Магнитопровод может быть в частном случае воздушным, вакуумным, диэлектрическим с магнитной проницаемостью, приблизительно равной 1 (ВЧ или СВЧ-"резонатор"). При осуществлении разряда через первичную обмотку магнитопровода  индуктора пропускают непостоянный электрический ток (или возбуждают резонатор), он порождает в магнитопроводе вихревое магнитное поле, охватывающее линейную разрядную камеру; в свою очередь, вихревое магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, одна часть которого проходит практически линейно вдоль оси индукторов, а оставшаяся часть замыкается по внешнему пространству.


Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Кузнецов Никита, Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Технико-экономическое обоснование создания невозмущающей окружающую среду солнечно-воздушно-жидкостной электростанции.
При неизменных природных условиях целесообразно создание электростанций (СВТЭС), содержащих термоэлектрический, термоэлектроёмкостный или иной низкопотенциальный генератор, в том числе обычную "тепловую машину", солнечный коллектор и воздушно-парожидкостный теплообменник в качестве нагревателя, испаритель, парожидкостно-жидкостный теплообменник и парожидкостно-воздушный теплообменник в качестве охладителя, ёмкость с жидкостью, например, водой, в том числе солёную, в том числе содержащей твёрдую фазу (лёд) в качестве тепловой ёмкости, в том числе подземной, и гидроаккумулирующее устройство (ГАЭС). Оценены технико-экономические характеристики такой электростанции. Среднегодовой КПД около 1% , среднегодовая плотность полезного энергосъёма (то есть выработки электроэнергии) на единицу территории порядка 100 Вт/м^2, с принудительным обдувом воздушных теплообменников до 200..300 Вт/м^2. Стоимость единицы установленной мощности ТермоЭлЭС около 50 руб/Вт , т. е. 1,5–2,0 долл.США/Вт, что чуть дороже ТЭС, но чуть дешевле ЯЭС. Себестоимость выработанной на ТермоЭлЭС электроэнергии около 1 цента США за 1 квтч. Норма чистой прибыли по истечении 50-ти лет срока окупаемости 4%  ежегодно от первоначальных капитальных затрат.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


А.В. Горшков, А.  Кувшинов, О.  Украинцев, И.  Скалаух, М.  Галкин. Частотный генератор высокого напряжения, установка для наблюдения различных форм газовых разрядов и плазмы, в т.ч. высокочастотных, ультрафиолетового излучения, озона и оксидов азота.
Экспериментальная установка, созданная нами, содержит 2 комплементарных (т.е. p-n-p и n-p-n ) мощных  стабилизированных источников уравляемого постоянного низкого напряжения, которые можно перекоммутировать как источники постоянного тока; мультивибраторы на частоты от 6 КГц до 300 КГц; промежуточные усилители; мощные высоковольтные транзисторные ключи на основе КТ847А, КТ838А, снабжённых диодно-стабилитронной защитой; импульсные трансформаторы Румкорфа на ферритовом сердечнике; средства измерения ВЧ высоких напряжений и токов; набор газоразрядных устройств как промышленного, так и собственного изготовления; форвакуумный насос. Изготовленный нами набор разрядников позволяет демонстрировать следующие формы разрядов : тихий, тлеющий, искровой, в том числе аномально длинный, коронный, дуговой, в том числе ВЧ би- и моно-полярный, объёмный в газе высокого давления ВВ ВЧ би- и моно-полярный, искровой и ВЧ разряды по поверхности жидкости, разряд в жидкости, импульсный и ВЧ скользящий, ВЧ ёмкостный с изолированными электродами ("барьерный"). Нами изготовлен также набор разрядников для наблюдения предположительно новой формы газовых разрядов: "ВЧ коронно-ёмкостно-индукционный", происходящий между двумя скрученными между собой изолированными проводниками с разностью потенциалов. Также демонстрируется безболезненное прохождение электрического тока напряжением до 6-ти КВ частотой от 10-ти до 170 кГц через человеческое тело, а именно, барьерный разряд и искра из незащищённого пальца. Демонстрируется "передача энергии по одному проводу", "свечение изолированного провода", как прямого, так и в форме геометрических и произвольных фигур, букв.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


2000-2002


Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Гравитационно-термоэлектрические эффекты в однородной замкнутой цепи.
Целью работы являлось теоретическое нахождение новых явлений природы.
1. Предположительно существует "Поперечный гравитационно-термоэлектрический эффект": термоЭДС и явление, внешне проявляющееся аналогично явлению Пельтье, может возникать в ОДНОРОДНОЙ  замкнутой цепи, находящейся в гравитационном поле, причём неоднородном, возникшем, например, в неинерциальной системе отсчёта, например, ускоряющейся поступательно и/или вращающейся; а также в гравитационном поле планеты, например, Земли. Сущность явления состоит в том, что вследствие гравитационного смещения уровни энергии в разных ветвях ("верхней" и "нижней") будут расположены по-разному и , как следствие, возникать ТЭДС.
2. При пропускании тока через такую цепь будет происходить обратимое выделение или поглощение теплоты в окрестности условного контакта ветвей цепи (т.е., "на боках" – в областях условного перехода от "верхней" ветви к "нижней") .
3. Выведены приближённые формулы. Явления оценены по порядку величины. Показана возможность обнаружить их при существующем уровне техники.
4. Предположительно изобретены гравитометр, акселерометр, электрогенератор, тепловой насос на "поперечном гравитационно-термоэлектрическом эффекте". п.1. Гравитометр, акселерометр, электрогенератор, содержащий электрическую цепь, отличающийся тем, что одна ветвь химически и "технологически" однородной цепи размещена в области с большей напряжённостью гравитационного поля, а другая – в области с меньшей. п.2. Способ использования устройства по п.1, включающий пропускание потока теплоты через цепь и измерение,   использование термоЭДС в такой цепи, отличающийся тем, что поток теплоты пропускают поперёк градиента гравитационного поля. п.3. Способ использования устройства по п.1, включающий пропускание электрического тока через цепь и использование теплоты, выделяющейся или поглощающейся в участках цепи, отличающийся тем, что используют теплоту, выделяющуюся и поглощающуюся "на боках" этой цепи, т.е. в областях перехода от "верхней" к "нижней" ветви.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Гравитационно-электрический эффект в неоднородной замкнутой цепи.
Целью работы являлось теоретическое обнаружение новых физических явлений природы.
1. Предположительно существует "Продольный нестационарный гравитационно-электрический эффект" : в замкнутой цепи ("паре"), составленной из двух разнородных электропроводящих веществ, ориентированных вдоль нестационарного (изменяющегося во времени) гравитационного поля (каждая из ветвей), при изменении  гравитационного поля может возникать ЭДС (даже без пропускания теплового потока).
2. Предположительно существует "Продольный электро-гравитационный эффект" : замкнутая цепь, составленная из двух разнородных электропроводящих веществ, ориентированных вдоль выбранного направления, при изменении тока через неё ускоряется вдоль этого направления.
3. Выведены приближённые формулы. Явления оценены по порядку величины. Показана возможность обнаружить их при существующем уровне техники.
4. Предположительно изобретены гравитометр, акселерометр, электрогенератор, ускоритель макроскопических тел на "продольном нестационарном гравитационно-электрическом эффекте". п.1. Гравитометр, акселерометр, электрогенератор, ускоритель макроскопических тел, содержащий электрическую цепь, составленную из двух разнородных электропроводящих веществ, отличающийся тем, что разные ветви ориентированы так, что расположены  вдоль нестационарного (изменяющегося во времени) гравитационного поля или поля ускорений. п.2. Способ использования устройства по п.1, включающий измерение, использование ЭДС (даже без пропускания теплового потока), отличающийся тем, что измерение, использование ЭДС производят в то время, когда происходит изменение гравитационного поля или поля ускорений. п.3. Способ использования устройства по п.1, включающий пропускание электрического тока через цепь, отличающийся тем, что ток пропускают в то время, когда происходит изменение гравитационного поля или поля ускорений, и при этом используют ускорение цепи как единого целого.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Гарин Алексей. Измерение температурной зависимости термоэлектрического эффекта Бриджмена в поликристаллическом ориентированном пиролитическом углероде.
Эффект Бриджмена – термоЭДС в анизотропном электропроводящем веществе. Нами изготовлен  термоэлектрический элемент, содержащий не менее одной ветви, изготовленной из пиролитического ориентированного графита (например, материал “графлекс”), отличающийся тем, что из этого материала изготовлены обе ветви, причём направление потока теплоты (и электрического тока) в одной из них параллельно (вдоль) кристаллографической оси "с" (т.е. вдоль направления прессования, поперёк листа), а в другой из них – перпендикулярно (поперёк) кристаллографической оси “с”  (т.е. вдоль листа). Предварительно была измерена электропроводность материала “графлекс” вдоль кристаллографической оси “с” и поперёк её, т.к. эти данные в литературе отсутствовали. Оказалось, что отношение электропроводности к теплопроводности приблизительно одинаково для разных кристаллографических направлений. Объяснить это можно аналогично закону Видемана–Франца, если предположить, что в материале “графлекс” перенос и теплоты, и зарядов производится в основном электронами. Из-за различия свойств материала по разным кристаллографическим направлениям на 2 порядка термоэлемент Бриджмена был изготовлен с ветвями существенно разной длины, отношение длин оптимизировано по наибольшему КПД (в литературе описание такой методики оптимизации не обнаружено, там длины ветвей полагают одинаковыми). Задавая различные значения пар температур, измеряли напряжение на выводах термоэлемента Бриджмена и по нему судили о зависимости термоЭДС от температур обеих концов. Перепад температур достигал 210 К. Коэффициент термоЭДС монотонно и приблизительно линейно возрастал от 2,5 до 5,8 мкВ/К при увеличении температуры нагревателя до +306 0С. Эта величина близка к таковому же коэффициенту для металлов, предположительно из-за электронного механизма проводимости.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Горшков А.В. О возможности термоэлектрических явлений, обусловленных различной размерностью участков электрической цепи.
При движении носителей электрического заряда в химически однородных электропроводящих телах при условиях, когда в одних частях электрической цепи те или иные степени свободы носителей заряда не возбуждены, а в других частях они же возбуждены, возможно экспериментально обнаружить и применять на практике, в промышленности, в экспериментально-лабораторной и специальной технике явления, внешне проявляющиеся аналогично известным термоэлектрическим явлениям Зеебека–Ленца, Пельтье и Томсона, а также аналогично явлению Вольты, но происходящих иначе. Например, пусть в 1-й ветви движение носителей заряда двумерное, во 2-й трёхмерное, продольный размер больше длины термализации носителей. Тогда из расчётов следует, что по порядку величины можно ожидать аналог коэффициента Пельтье П=Мю/(3e) при низких T<<Тета температурах, и П=kT/(3e) при высоких T>>Тета, , где e - заряд электрона, Мю – первоначальный химический потенциал ветвей, Тета – температура Дебая. Проще всего обнаружить эффект окажется возможно у вещества с Тета порядка комнатной (или лучше – при Тета<<T ) и большим коэффициентом электронной теплоёмкости, например, элементов 2,3,4 групп таблицы Менделеева. Мы предполагаем использовать галлид ванадия V3Ga , Al , C либо Au , а также K, Ca, Ba, Na, Sn, Pa, Pt.
Научн. рук. – М.М. Прудников.


Украинцев Олег, Скалаух Иван, Кувшинов Алексей, Галкин Максим. Наблюдение частотного гибридного барьерно-коронного разряда и генерации им озона и ультрафиолетового излучения.
Разрядник представляет собой проводники в диэлектрической оболочке из политетрафторэтилена. Проводники различной полярности  скручены попарно с определённым шагом скручивания. С целью осуществления "закалки" продуктов химической реакции она производится в условиях большого градиента электрического поля, причём при принудительной прокачке реагента. Для достижения этой цели проводники взяты тонкие, от 10 мкм до 300 мкм. С целью повышения однородности разряда вдоль длины разрядника в каждой паре разноимённых проводников с выходами генератора переменного напряжения соединены ПРОТИВОПОЛОЖНЫЕ концы проводников витой пары. Такое устройство названо нами “уральская змейка”. Интересно, что в отличие от известных работ по ВЧ барьерному (ёмкостному) разряду мы наблюдали разряд при частотах не МГц диапазона, а на 2 порядка ниже – при десятках КГц. Это связано с тем, что наша форма разряда происходит в условиях большого градиента электрического поля вследствие тонких проводников и малых расстояний. Была измерена озонопроизводительность устройства в условиях влажного воздуха. Способ измерения по порядку величины включал измерение потребляемой мощности, расхода реагента и концентрации продукта (озоносодержащая смесь газов)  методом разбавления до пороговой чувствительности. Между отдельными измерениями делался значительный перерыв во времени с целью восстановления исходной чувствительности анализатора. Озонопроизводительность составила более 0,3 г/ч, потребляемая мощность менее 100 Вт.  По сравнению с рекламными материалами производителей озонаторов, это всего лишь на один-полтора порядка хуже, чем способны делать промышленные озонаторы на сухом кислороде. Была измерена мощность генерации ультрафиолетового излучения, предположительно при рекомбинации ионов N2+ . Способ измерения включал измерение плотности потока ультрафиолетового излучения на известном расстоянии от генератора методом сравнения яркости свечения двух одинаковых люминофоров с плавной кривой спектральной чувствительности, один из которых освещали исследуемым генератором, а другой – промышленным УФ генератором с известной УФ производительностью. В качестве люминофоров были использованы пластмассовые жетоны метро (жёлто-зелёное свечение) и целлюлоза (голубое свечение).
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В., Самокотин Алексей. Термоэлектрический гигрометр и проект электростимулированного термоэлектрического генератора воды из воздуха ненулевой влажности.
Нами, во-первых, создана полезная модель, осуществляющая конденсационный (по точке росы) способ измерения влажности воздуха, способ отделения воды из воздуха (генератор воды, осушитель газов) и  способ разделения смесей газов. Устройство содержит термоэлектрический холодильник Пельтье, контур теплоносителя, содержащий проточный жидкостно-твердотельный теплообменник в тепловом контакте с ТЭМ, жидкостный насос с источником электропитания, проточный жидкостно-воздушный теплообменник, управляемый стабилизированный источник постоянного тока, питающий через амперметр холодильник; находящееся в тепловом контакте одной из своих сторон – с холодильником, а другой – с воздухом теплопроводное зеркало; его осветитель (например, полупроводниковый лазер), экран, на котором наблюдают луч осветителя, взаимодействовавший с поверхностью, и по его форме судят о моменте времени начала конденсации, измеритель температуры поверхности конденсации, микровольтметр, источник постоянного высокого напряжения. Во-вторых, предложен ряд новых технических решений – усовершенствованных  конденсационного способа отделения  воды из воздуха и устройства для его осуществления. В-третьих, разработана методика расчёта производительности и методика оптимизации технических параметров усовершенствованного конденсационного “отделителя воды из воздуха”. Показано, что из “субъективно сухой” атмосферы возможно получать воду себестоимостью около 20 копеек за литр. Для улучшения удельной водопроизводительности предложено предварительно ионизовать охлаждаемый воздух с помощью источника УФ излучения. С этой же целью генератор воды должен быть снабжён встречно-противоточным теплообменником между входящим потоком влажного воздуха и исходящим потоком осушенного воздуха. Отделение мелких капель конденсата из потока воздуха предлагается проводить "электростатическим" способом путём прокачки смеси воздуха и мелких капель  через электрический воздушный конденсатор. Отделение крупных капель предлагается проводить "инерционным" способом путём прокачки смеси через каналы маленького радиуса кривизны, например, поперёк пучка тонких цилиндрических "струн". Приведён критерий, позволяющий различить "мелкие" и "крупные" капли. Рассчитаны характерные времена дрейфа капель в электрическом поле и поле сил инерции в зависимости от размеров капель, скорости прокачки, размеров каналов и напряжения на конденсаторе. В работе описана методика расчёта удельной водопроизводительности устройства в зависимости от начальной относительной влажности и температуры воздуха. Рассчитаны наилучшие размеры воздушных каналов  охладителя и скорость прокачки, требуемые параметры инерционного отделителя капель и возможный диапазон параметров электростатического отделителя капель.  Показано, что наиболее экономичным является такой режим охлаждения, когда основным механизмом уменьшения абсолютной влажности является не образование капель в объёме воздуха, а диффузия водяного пара на твёрдую поверхность холодильника. Показано, что неэкономично стремиться к высокой степени осушки воздуха. Оценена удельная водопроизводительность такого устройства, которую можно довести до величин более 100 л/кВтч даже при низкой относительной влажности воздуха, что соответствует лучшим из опреснительных устройств. По проведённым расчётам, физически возможно  получение воды даже в засушливых местностях с низкой относительной влажностью воздуха, причём себестоимость её производства  возможна не дороже, чем при использовании способа дистилляции рассола. Способ получения воды из воздуха обладает принципиальным преимуществом перед опреснительным способом, состоящим в том, что устройство не требует источников исходного сырья – солёной воды, а исходное сырьё – влажный воздух имеется в неограниченном количестве в любой точке. По справочно-географическим данным, относительная влажность воздуха даже в засушливый период в засушливых странах (порядка 10 г. воды на 1 м^3 ) достаточна для действенной работы конденсационного генератора воды.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


Горшков А.В., Сапожников Антон, Скалаух Иван, Чикляуков Геннадий. Туннельная эмиссия частиц, вызванная гравитационным полем.
Целью работы являлся теоретический поиск новых явлений природы.
1. Выдвинута гипотеза: "гравитационное поле способно вызывать туннельный поток частиц с ненулевой массой через потенциальный барьер"; в частности, из твёрдого тела в вакуум; а также через контакт двух разнородных электропроводящих тел.
2. Примечание: следует отличать это явление от известного "гравитационно-электрического" эффекта, состоящего в возникновении разности электрических потенциалов вдоль вектора напряжённости гравитационного поля в однородном проводнике.
3. Такая по п.1 "эмиссия, вызванная гравитационным полем", в соответствии с принципом эквивалентности должна происходить не только в инерциальной системе отсчёта (гравитационном поле, образованном "гравитационной массой"), но и в неинерциальной системе отсчёта ("в поле сил инерции", например, при прямолинейно ускоренном того или иного знака движении, "в поле центробежных сил" при  движении по кривой, и т.д., и т.п.).
4. Выведена формула для вероятности гравитационного туннелирования частицы через потенциальный барьер произвольной формы при нескольких упрощающих предположениях.
5. Оказалось, что в противоположность известному явлению "полевой" ("автоэлектронной") эмиссии, при которой чем меньше масса частицы, тем больше вероятность туннелирования, при явлении эмиссии частиц, вызванной гравитационным полем, чем больше масса частицы, тем больше вероятность её тунелирования.
6. Сделаны количественные оценки величины такого явления для ряда интересных частных случаев: на поверхности Земли и даже вблизи нейтронных звёзд и при технически достижимых для макротел ускорениях им можно пренебречь, но вблизи гипотетических "чёрных дыр", а также при достижимых в ускорителях энергий столкновений частиц, и при возможных в высокоэнергетичной составляющей "космического излучения" энергиях частиц регистрация такого явления возможна.
7. Гравитационно-электронная, -ионная и -макроскопическая  эмиссия в принципе может наблюдаться в виде особенностей некоторых астрофизических явлений и некоторых явлений взаимодействия элементарных частиц.
8. Предлагаются акселерометр и гравитометр, использующие гравитационно-электронную эмиссию через вакуумный, диэлектрический барьеры, а также через контакт разнородных электропроводящих веществ, в том числе p-n полупроводников, металл-полуметалл, металл-полупроводник, полуметалл-полуметалл, металл-сверхпроводник, полупроводник-сверхпроводник, 1изотоп-2изотоп, 1изомер-2изомер. Например, акселерометр и гравитометр, содержащие контакт свинец–олово.
9. Располагая на ускоряемом макротеле не менее чем два гравитационно-электронных акселерометра, в отдалённом физико-техническом будущем окажется возможным проверить соответствие гравитационной и инертной массы; и выяснить, может ли являться "поле сил инерции" однородным или же только обратно-полиноминальным.
10. Выяснен (количественно совпадает) физический смысл фундаментальных (Планковских) длины, массы, времени: частица фундаментальной массы (причём без иных энергетических свойств – электрического заряда и др.) и фундаментального размера вследствие притяжения к самой себе туннелирует сама в себя через потенциальный барьер, случайно образованный ей самой, за время, равное фундаментальному. Таким образом, гравитационное туннелирование препятствует гравитационному коллапсу фундаментальной частицы.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2000–2003


Бадзян Дмитрий, Горшков А.В., Самокотин Алексей, Сапожников Антон. Изотопический и изомерный термоэлектрические эффекты.
Известны многочисленные явления, зависящие от изотопического состава тел, например, сопротивление, сдвиг спектральных линий, и др. явления. Однако сведения о термоэлектрических явлениях, вызванных различиями в составе и структуре атомных ядер одного и того же химического элемента, в литературе нами не найдены.
1. Выдвигаем гипотезу, что существует "изотопический термоэлектрический эффект" : в химически однородной (изоэлементной) цепи, составленной из двух различных изотопов (в том числе стабильных) одного и того же химического элемента, во-первых, при наличии разности температур контактов ветвей такой цепи в ней возникает ЭДС (явление Зеебека–Ленца), а во-вторых, при пропускании электрического тока через цепь в областях вблизи контактов ветвей происходит обратимое (в соответствии со знаком тока) выделение (и, соответственно, поглощение) теплоты (явление Пельтье).
2. Выдвигаем гипотезу, что существует "изомерный термоэлектрический эффект": в химически однородной (изоэлементной) и изотопно однородной (изо-изотопной) цепи, составленной из двух различных долгоживущих изомеров одного и того же изотопа одного и того же химического элемента, во-первых, при наличии разности температур контактов ветвей такой цепи в ней возникает ЭДС (явление Зеебека–Ленца), а во-вторых, при пропускании электрического тока через цепь в областях вблизи контактов ветвей происходит обратимое (в соответствии со знаком тока) выделение (и, соответственно, поглощение) теплоты (явление Пельтье).
3. Выведены формулы, качественно и количественно описывающие эти явления для двух предельных частных случаев: а) для лёгких элементов, б) для тяжёлых элементов. Показана возможность обнаружения этих явлений при существующем уровне техники.
4. Изобретены ряд практических применений предсказываемых нами здесь явлений, свойств и закономерностей.
Научн. рук. – Горшков А.В. 30 декабря 2000 г.


Чикляуков Геннадий, Скалаух Иван, Горшков А.В. Оценки величины и возможные применения изотопического и изомерного термоэлектрических эффектов.
В нашем учебно-научном коллективе ранее были предсказаны термоэлектрические явления, обусловленные различием изотопического или изомерного состава ветвей цепи. Нами количественно оценены эти явления хотя бы по порядку величины для двух частных случаев: а) для лёгких элементов в твёрдой фазе, б) для полностью ионизованной плазмы произвольных элементов или слабого раствора сильного электролита. Показана возможность обнаружения этих явлений при существующем уровне техники.
Действительно, в квазиклассическом приближении для различие между атомами изотопов, а также изомеров сводится к различию масс ядер.  Для металлов и полупроводников коэффициент Пельтье П равен разности в ветвях термоэлектрической цепи величины, равной разности между средней кинетической энергией электронов и химическим потенциалом, делённой на заряд электрона.
Пренебрежём изменением кинетической энергии электрона по сравнению с потенциальной, тогда относительное изменение потенциальной энергии дельтаE/E приблизительно =me*дельтаM/M^2   и для изотопов лёгких элементов П около 10^-4 В, коэффициент термоЭДС альфа при комнатных температурах около 3*10^-7 В/К. Такие величины легко измерить. Для тяжёлых элементов вследствие экранирования внешних электронов внутренними П<<10^-8 В,  альфа<<3*10^-11 В/К.
Для изомеров дельтаE/E приблизительно =me*W/(Mc)^2 , где W – разность энергий между возбуждённым и основным состоянием. По справочным данным, W обычно порядка десятков КЭВ, откуда "изомерный" П порядка 10^-9 В для лёгких элементов и П<<10^-13 В для тяжёлых. Существуют современные измерительные средства и для столь малых напряжений.
Теперь оценим эти эффекты для слабого раствора сильного электролита или для полностью ионизированной плазмы. Разность химических потенциалов чистых изотопов в любом фазовом состоянии пропорциональна логарифму из отношения масс этих изотопов, поэтому П=(3/2)(kT/e)ln(1+дельтаM/M).  Интересно, что альфа=П/Т  не будет зависеть от температуры Альфа=(3/2)(k/e)ln(1+дельтаM/M), и, например, для изотопов урана это будет величина около 0,4 мкВ/К . Для изомеров  Альфа=(3/2)(k/e)W/(Mc^2) , для W порядка 10 КЭВ  альфа порядка 10^-11 В/К . Такая величина тоже доступна измерению.
Изобретён ряд практических применений изотопического и изомерного термоэлектрических эффектов.
Научн. рук. – Прудников М.М., Горшков А.В.


Чикляуков Г.Н., Скалаух И.С., Горшков А.В. Возможные практические применения изотопического и изомерного термоэлектрических явлений.
Изобретены и количественно рассчитаны термоэлектрический генератор, тепловой насос, усилитель теплообмена, отличающиеся тем, что их ветви составлены из различных изотопов (или даже изомеров одного и того же изотопа) одного и того же химического электропроводящего элемента (например, металла, полуметалла, полупроводника).
Изобретён "Способ разделения изотопов, а также изомеров изотопа, химического элемента", включающий пропускание электрического тока через электропроводящее вещество, содержащее смесь изотопов (изомеров), и зонную плавку твёрдого тела, содержащего смесь этих изотопов (изомеров), при котором зонную плавку проводят в условиях движения границы расплавленной зоны вследствие эффекта Пельтье на границах расплавленной зоны, отличающийся тем, что для зонной плавки берут химически-элементно однородное тело, и регулируют ток, пропускаемый через тело, таким образом, чтобы скорость перемещения границ зоны расплава была бы достаточной для удержания преимущественно одного из изотопов (изомеров) в пределах зоны расплава.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В., Чикляуков Г.Н., Скалаух И.С. Новые возможные применения изотопического и изомерного термоэлектрических эффектов в микроэлектронике и плазменных технологиях.
1. В некоторых источниках предлагают хранить информацию, упорядоченно размещая атомы не менее чем двух изотопов. Однако там ничего не говорят о способе считывания информации из такого устройства.
Мы предлагаем способ считывания информации из изотопического запоминающего устройства (или даже мы предлагаем ПЗУ с долгоживущими изомерами), т.е. устройства, в котором ячейки памяти предварительно (т.е. при занесении информации) выполняют изотопическими (изомерными), т.е. выполненными с различным содержанием разных изотопов (изомеров), при котором в электрической цепи, в которой не менее чем одна из различных ветвей содержит не менее одной ячейки долговременной памяти ЭВМ, возбуждают термоЭДС путём создания разности температур между различными спаями ветвей и по величине термоЭДС судят об условном («информационном»)  содержимом ячейки, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что возбуждают и измеряют изотопическую (изомерную) термоЭДС.
2. Для плазмы лёгких элементов при высоких температурах мощность Пельтье, выделяющаяся или поглощающаяся на границе участков вдоль линии электрического тока, различающихся по изотопному составу, может оказаться значительной,  порядка тепловой энергии, и много больше энергии омического нагрева. Это может привести к появлению неоднородных по температуре участков. Вследствие различия коэффициентов диффузии различных изотопов в плазме возможен эффект, аналогичный "изотопической зонной плавке", то есть случайно возникшая неоднородность изотопического состава и температуры может возрастать и смещаться вдоль линии тока.
Это явление, во-первых, можно использовать для разделения изотопов в плазме или в электролите аналогично способу, описанному нами ранее.
Во-вторых, в термоядерных установках с прямым электрическим или индукционным нагревом плазмы возможен предположительно новый тип неустойчивости, представляющий собой перемещающиеся вдоль линий тока области участков с иным изотопным составом, один край которых обладает дополнительной объёмной мощностью  выделения теплоты, а другой край – поглощения теплоты.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В. Об ядерном изотопическом и изомерном представлении информации в ЭВМ и ОВМ, о способах её считывания и об их возможном применении в криптологии.
Ещё в 1-й половине 20-го века А.Ф. Иоффе предложил представлять информацию путём упорядоченного размещения различных атомов в твёрдом теле, в том числе не только различных химических элементов, но и также различных изотопов. Но не указал способ считывания такой информации (точнее, указал – облучение узким электронным пучком, но это технически трудно осуществимо).
Давно известны в биохимических и физических исследованиях, в технике, археологии, криминалистике метод «радиоактивных меток», «меченых атомов», «эмиссионая томография».
Во 2-й половине 20-го века за рубежом с помощью сканирующего туннельного микроскопа на золотой подложке были размещены несколько атомов ксенона в виде аббревиатуры фирмы, осуществившей это.
Также в курсе информатики ЮУрГУ в декабре 1998 г. студентка 1-го курса СиЛП Грачёва, отвечая на зачётный вопрос «Ядерные физические способы представления информации в ЭВМ», обратила общее внимание на надёжность использования именно атомов УСТОЙЧИВЫХ или кластеров ДОЛГОЖИВУЩИХ изотопов.
В статье В.Г. Плеханова 2000 г. реанимирована идея Иоффе (её автор предлагает даже не пары, а тройки изотопов), но тоже не указан способ считывания информации. Изотопы рекомендовано использовать преимущественно стабильные, долгоживущие.
Известна оже-спектроскопия, но это технически дорого, громоздко и изотопический эффект в смещении энергий оже-электронов мал по сравнению с погрешностью измерения; по тем же причинам следует отклонить возбуждение и спектроскопию в оптическом, УФ и рентгеновском диапазоне; а также изотопический эффект на явление Мёссбауэра.
Изотопические эффекты условно делят на «массовые (усреднённые)» и «структурные (порядковые)». Известны эффекты Убеллоде (1936), Померанчука (1942), сдвиг критической температуры сверхпроводимости (1950), изотопические эффекты (влияния) изменения температуры сверхпроводящего перехода. Известны изотопические эффекты изменения электропроводности и теплопроводности. Известны изотопические эффекты изменения фононного спектра.   Известны с 50-х гг. изотопические эффекты ИЗМЕНЕНИЯ термоэлектрических коэффициентов (Зеебека–Ленца, Пельтье, Томсона).
Также одна из попыток оценить величину массовых изотопических эффектов для термоэлектрических явлений для случая изотопически чистых ветвей опубликована в 2001 г. коллективом исследователей под руководством автора. Там же приведены количественные оценки даже ИЗОМЕРНЫХ эффектов для явлений типа Зеебека–Ленца и Пельтье в моноизотопических цепях.
Там же опубликован способ и устройство для размещения, хранения и СЧИТЫВАНИЯ информации с помощью ядерных изотопов (и даже ИЗОМЕРОВ одного и того же изотопа) и предсказанных изотопических (изомерных) термоэлектрических явлений Пельтье и Зеебека–Ленца.
Известен способ ядерного легирования электронных микросхем. В составе способа занесения информации, очевидно, можно использовать: 1) пучок ионов соответствующего изотопа; 2) в первоначально моноизотопной матрице можно осуществлять пучком (ионов, гамма-излучения, нейтронов, пи-мезонов, электронов) ядерные реакции с образованием нужных изотопов.
Аналогично можно создавать из первоначально моноизотопических матриц структуры с участками, отличающимися по изомерному составу этого изотопа. В этом случае для возбуждения таковых может оказаться достаточно излучения с энергиями в диапазоне жёсткого ультрафиолетового или рентгеновского, а также пучков электронов с энергией существенно ниже порога ядерных реакций, но выше уровня возбуждения изомерных состояний ядер. Для кластеров «низколежащих» изомеров возможно возбуждение мягким УФ излучением.
1. Здесь предлагается изотопический способ представления (занесения, хранения и считывания) информации в ЭВМ и ОВМ, с прототипом, опубликованным нами в 2001 г., при котором создают твёрдое тело с участками (то есть ячейками памяти), одинаковыми по химическому (элементному) составу, но различающимися изотопическим  составом; или также с участками, одинаковыми по изотопическому составу, но различающимися изомерным составом; и измеряют сопротивление участков, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что измеряют (или сравнивают с образцом или образцами) сопротивление участков (то есть ячеек памяти), одинаковых по химическому (элементному) составу, но отличающихся по изотопическому составу; или также участков, одинаковых по изотопическому составу, но различающимися изомерным составом; и по величине так измеренного сопротивления судят о значении бита информации, представленной в этой ячейке памяти (то есть участке твёрдого тела – запоминающего устройства).
2. Возможен изотопический (и также изомерный) аналоги эффекта Вольты, то есть появление РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ между телами одинакового химического (элементного) состава, но разного изотопического состава (а также одинакового изотопического, но разного изомерного состава).
Здесь предлагается изотопический (другой вариант: изомерный) способ хранения и электрического (электростатического) считывания информации в памяти вычислительной машины, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что измеряют (например, с помощью полевого транзистора и операционного усилителя) разность электрических потенциалов между ячейкой (ячейками) памяти и образцом (эталоном) сравнения, одинаковыми по элементному (другой вариант соответственно: по изотопическому) составу, но различающиеся по изотопическому (другой вариант соответственно: по изомерному) составу, и по величине этой разности потенциалов судят о значении бита информации, представленной в этой ячейке памяти (атоме, кластере атомов).
3. Здесь предположим, что, достаточно очевидно, существуют и ОПТИЧЕСКИЕ изотопические эффекты (изменение показателя преломления, коэффициентов Фарадея, Керра, Поккельса, сдвиг линий рассеяния и др.).
Тогда технически можно осуществить изотопический (другой вариант: изомерный) способ хранения и оптического считывания информации в памяти вычислительной машины, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что измеряют спектр, длину волны, фазу, поляризацию, спектр электромагнитного (ИК, видимого, УФ, рентгеновского) излучения, прошедшего через ячейки памяти, одинаковые по элементному (другой вариант соответственно: по изотопическому) составу, но различающиеся по изотопическому (другой вариант соответственно: по изомерному) составу, и по этим параметрам судят о значении бита информации, представленной в этой ячейке памяти.
4. Изотопический и изомерный способ (и его вышеуказанные варианты: резистивный, термоэлектрический, оптический, вольтаический) представления информации в ЭВМ доступен для широкого осуществления только при достаточно высоком уровне науки, техники и промышленности и поэтому может применяться в криптологии (а также в стеганографии) в тех случаях, когда допустимо не требовать соблюдения криптографического принципа Кирхгофа; т.е. в данном случае надеясь на технологическое отставание противника («криптоаналитика»).
20 января – 13 февраля 2003 г.


Горшков А.В. Гипотеза о возможности ядерно-изомерных генераторов когерентных рентгеновского и гамма-излучений на основе явления вынужденного электромагнитного излучения возбуждённых атомных ядер.
В 1935 г. в СССР И.В. Курчатов, Б.В. Курчатов, Л.И. Русинов, Л.В. Мысовский открыли явление изомерии атомных ядер. Характерное время самопроизвольного девозбуждения изомеров может отличаться на порядки величин. 
Энергия возбуждения этих изомерных состояний обычно находится в рентгеновском и гамма-диапазоне (10 КэВ .. 5 МэВ), но известны и  «низколежащие изомеры» с уровнями энергии в видимом и ультрафиолетовом диапазоне 2..6 эВ. Среди изомеров есть практически стабильные, с очень большим характерным временем девозбуждения. При возвращении изомера в основное состояние обычно происходит либо излучение фотона с энергией, соответствующей такому переходу, либо испускание наружу атома электрона вследствие передачи от ядра избытка энергии (обычно) одному (или более) из электронов оболочек атома.
Известно явление вынужденного электромагнитного излучения атомов (А. Эйнштейн, 1916), молекул и свободных электронов и других заряженных частиц, используемое, в частности, для порождения и усиления (СССР, В.А. Фабрикант 1939, Ф.А. Бутаева, М.М. Вудынский, 1951, Басов, Прохоров, Таунс, Гордон, Цайгер, Вебер, Попов, Вул, Шавлов, Мейман, Джаван, Крохин, Шотов 1952–1964 и другие) согласованного (когерентного) излучения электромагнитных волн, в настоящее время – от радиодиапазона до рентгеновского включительно, а на свободных заряженных частицах (синхротронное излучение) – даже в гамма-диапазоне.
Предположим, что существует аналогичное явление, а именно вынужденное электромагнитное излучение ядер атомов при возвращении ядра из возбуждённого изомерного состояния в одно из нижележащих, например, в основное. Также предположим, что в соответствии с нестационарными уравнениями волновой (квантовой) физики испускаемый ядром фотон обладает той же частотой, фазой, а по вероятности и поляризацией, направлением, что и вынуждающий фотон.
Возьмём химически (элементно) почти чистый кусок (скопление атомов – аморфное или кристаллическое, жидкое, плазменное или даже плотный пучок полностью ионизированных атомов) вещества, очистим его до почти моноизотопического состояния, затем очистим его до почти МОНОИЗОМЕРНОГО состояния, причём не основного (энергетически низшего), а одного из возбуждённых (вышележащих).
Затем направим в этот кусок моноизомерного вещества фотон (ультрафиолетового, рентгеновского или гамма-излучения) с энергией, соответствующей разности энергий при переходе изомера из более высокоэнергетического в менее высокоэнергетическое состояние (в том числе с учётом релятивистских поправок на "отдачу" атомов при взаимодействии с фотонами и другими атомами), то при соблюдении определённых условий может произойти ВЫНУЖДЕННОЕ ("стимулированное, наведённое, индуцированное") ИЗЛУЧЕНИЕ ЯДРОМ, перешедшим в нижележащее энергетическое изомерное состояние, фотона, согласованного ("когерентного") с вынуждающим (т.е. поступившим извне к ядру и вызвавшим такой переход) фотоном по частоте, фазе, поляризации и направлению; при соблюдении определённых условий (аналогичных тем, которые для обычных квантовых усилителей) каждый из этих фотонов породит ещё согласованные фотоны, и образовашуюся таким образом (в "цепной изомерной реакции девозбуждения") лавину фотонов  в виде "цуга" электромагнитного излучения (рентгеновского, гамма-излучения) окажется возможно наблюдать и использовать.
Например, для исследования природы в физике, химии и биологии, в метрологии, в астрофизике, в связи, в технологии, в т.ч. в размерной обработке, микроэлектронике, в медицине, в спасательных, оборонных и экологических целях.
НО КАКИМ СПОСОБОМ ПОЛУЧИТЬ МОНОИЗОМЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО?
Способ 1. Взять моноизомерное основное состояние и возбудить («накачать» – пучком рентгеновского или гамма-излучения, или пучком электронов, или пучком протонов соответствующих энергий).
Способ 2. Взять естественную смесь изомеров и выделить из неё нужный (неосновной) изомер (или их набор). Способ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОМЕРОВ (отличный от очевидного масс-спектрометрического) одного и того же изотопа химического элемента можно увидеть, например, в опубликованных нами ранее работах.
Способ 3. Воздействовать на смесь изомеров очень сильным внешним электрическим полем. Вследствие одного из видов туннельного эффекта – электрополевой эмиссии – поле будет приводить к туннелированию более лёгких изомеров с большей вероятностью, чем тяжёлых. Но, к сожалению, величина получаемых в лаборатории электрических полей, необходимых для туннелирования нуклонов и ядер, пока далека от возможности промышленного применения.
Способ 4. Если в отдалённом будущем удастся наблюдать в астрофизических явлениях (например, вблизи «чёрных дыр») или вызывать в лаборатории (например, при столкновениях частиц) «гравитационный туннельный эффект» – явление подбарьерного прохождения частиц в вытягивающем гравитационном (или инерционном) поле, то такое поле будет приводить к туннелированию более лёгких изомеров с меньшей вероятностью, чем тяжёлых.
То есть, вблизи гипотетических «чёрных дыр» возможно наличие «оболочек», дифференцированных (разделённых) поэлементно, обогащённых тем или иным изотопом или даже изомером. Более того, такая «чёрная дыра» может оказаться естественным рентгеновским или гамма-лазером, действующим на описанном выше принципе. (Пока не исключено, что так окажется возможно объяснить особенности излучения «квазаров» – квазизвёздных объектов.) Но, к сожалению, сам «гравитационный туннельный эффект» лишь предсказан, но пока ещё не обнаружен экспериментально или в наблюдениях.
Целесообразность работ по разделению изомеров в промышленных масштабах можно обосновать ещё и тем, что, по аналогии с известным предложением изготавливать многослойные гетероструктуры из различных изотопов одного и того же элемента (В.Г.  Плеханов, 2000 г.) здесь предлагаем моноизотопические гетероструктуры, состоящие из различных долгоживущих изомеров (одного и того же изотопа). На изотопически однородных, но различных по изомерному составу слоях вещества можно делать устройства микроэлектроники (в том числе оптической), устройства хранения и считывания информации в ЭВМ и ОВМ, многослойные (интерференционные) зеркала и лазеры, в том числе рентгеновского и гамма-диапазона, другие твердотельные, газоплазменные и пучковые источники света.
20 января – 13 февраля 2003 г.


Зотов Илья. Исследование зависимости солнечного потока энергии на поверхность земли от времени суток, года, и экологической обстановки в Челябинской области.
1. Создано оригинальное устройство, состоящие из: пенополистироловой ванны, «черного тела» погруженного в неё, и линзы Френеля, позволяющее измерить зависимость плотности потока энергии, поступающей на поверхность Земли, от времени суток года и состояния атмосферы.
2. Разработана оригинальная методика измерения коэффициента теплоотдачи с использованием численного дифференцирования и метода сглаживания путём 3-точечного окна с распределением веса.
3. Оказалось что при разности температур, между калориметром и ванной, не превышающей 35 ;с , коэффициент теплоотдачи является почти константой, равной 0,055 +/- 0,020 Вт/(м^2К).
4. Разработана оригинальная методика расчёта коэффициента пропускаемости атмосферы.
5. В течении 2-х летних месяцев каждый день делалось по 3 измерения утром, днём и вечером. За всё время было проделано 143 измерения.
6. Эти экспериментальные данные я обработал, по своей методике, и получил:
kгородской / kдеревенский = 0,7 +/- 0,3; kгородской утром / kдеревенский утром = 0,6 +/- 0,1;
kгородской днём / kдеревенский днём = 0,8 +/- 0,1; kгородской вечером / kдеревенский вечером = 0,6 +/- 0,1;
kдеревенский утром/ kдеревенский днём= 0,4 +/- 0,1; kдеревенский вечером/ kдеревенский днём= 0,36 +/- 0,05;
kгородской утром / kгородской днём = 0,28 +/- 0,05; kгородской вечером / kгородской днём = 0,26 +/- 0,05.
7. Таким образом полезную часть солнечного излучения, поступающего на поверхность земли, можно использовать лишь в течении нескольких дневных часов.
8. Значительное влияние на плотность солнечного потока оказывает загрязнение атмосферы городскими выбросами. За городом значение плотности солнечного потока гораздо больше, поэтому Фотоэлектрические станции выгоднее строить вдали от крупных промышленных центров.
9. Городские центры загрязняют атмосферу выбросами вредных химических веществ, уменьшается плотность солнечного потока, вследствие чего наносится ущерб сельскому хозяйству.
10. Уменьшение плотности потока энергии ведёт к уменьшению дезинфицирующих свойств солнечного излучения.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2001


Кузнецов Никита, Зотов Илья, Горшков А.В. Оптимизация чисто солнечного термоэлектрического и двухкаскадного фототермоэлектрического генераторов для космических, авиационных и наземных потребителей.
Экспериментальная установка состояла из линзы Френеля, псевдочёрного тела – ловушки для светового излучения, изготовленного нами из ГРАФИТА, СПЕЧЁННОГО С МЕДЬЮ, полуоткрытого проточного теплообменника и расположенного между ними полупроводникового термоэлектрического модуля (ТЭМ) К1–128, полупроводникового солнечного элемента, полуоткрытого проточного теплообменника и расположенного между ними ТЭМ, изготовленного нами магазина мощных точных сопротивлений, двух аперметров и двух вольтметров. Плотность потока энергии измеряли способом проточного калориметрирования с помощью двух термометров, мензурок и секундомера.
Сущность оптимизации: фотоэлемент хорошо работает как генератор электрической мощности при умеренных плотностях потока энергии и температуре, а ТЭМ как генератор – при больших перепадах температуры. Таким образом, ФТЭГ, во-первых, обладает более РАВНОМЕРНОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ вырабатываемой на оптимально согласованную нагрузку мощности от плотности потока энергии по сравнению как с чисто фотоэлектрическим (ФЭГ), так и с чисто ТЭГ, то есть применим В БОЛЕЕ ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ плотности потока энергии. Во-вторых, ФТЭГ позволяет более полно (т.е. с большим КПД) использовать поступающий на поверхность генератора поток солнечного излучения. В-третьих, ФТЭГ и ТЭГ при использовании светосборников и, как следствие, повышении температуры ТЭМ способны УЛУЧШАТЬ КПД, в отличие от ФЭГ, у которого при повышении температуры КПД ухудшается.
При ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ оптимизации сначала на поверхность генератора направляли световое излучение заданной плотности потока энергии. Затем одновременно измеряли нагрузочные характеристики ТЭГ и ФЭГ, то есть зависимость тока или напряжения на чисто активной ("омической") нагрузке от её сопротивления, откуда находили наибольшую полезную мощность при данной плотности потока энергии. Затем задавали другую плотность потока энергии и повторяли вышеуказанные измерения. Затем из зависимости максимума нагрузочной мощности от плотности потока энергии находили наилучшее для данного образца ТЭМ  значение плотности потока энергии. Имеющийся у нас ТЭМ оптимизирован для "холодильных" целей. При АНАЛИТИЧЕСКОЙ оптимизации для "генераторных" целей по измеренному нами значению "термоэлектрической эффективности" вещества ТЭМ мы рассчитывали известным способом наилучшие геометрические размеры, которыми должны обладать ветви  "генераторного" ТЭМ из того же материала, зависимость КПД от температур спаев ТЭМ, массу ТЭМ на единицу площади. Затем оценивали наилучшую плотность потока энергии, размеры и массу фотоконцентратора. В итоге мы получили, что у изготовленного нами генератора (из "холодильного" ТЭМ) удельная масса составляет около 200  кг/кВт, а при изготовлении ТЭМ, геометрические размеры ветвей которого будут оптимизированы для генераторных целей, КПД составит около 30% , удельная масса составит менее 10 кг/кВт. Для сравнения, известно, что применяемые на космических станциях солнечные батареи обладают КПД от 12 до 25 % и удельной массой от 20 до 100 кг/кВт. Следовательно, ТЭГ и ФТЭГ не менее (и даже более) перспективны для космических аппаратов, особенно действующих внутри орбиты Земли (Венера, Меркурий), чем ФЭГ.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Михин Иван. Диффузионный и «растворительный» генератор электроэнергии.
Устройство "растворительный генератор" содержит теплопроводную ёмкость для смешивания жидкостей, находящуюся в хорошем тепловом контакте (тонкий слой теплопроводной пасты) с "холодной" стороной тепловой машины (ТЭМ). Другая ("тёплая") сторона ТЭМ находится в хорошем тепловом контакте с окружающей средой (посредством массивного перистого радиатора из алюминиевого сплава). В качестве ТЭМ был использован промышленно изготовленный термоэлектрический модуль К1-72.
Действие устройства основано на изменении температуры составной жидкости при изменении долей её составляющих. Например, известно, что при растворении в воде поваренной соли NaCl или сильвинита KCl , или хлорида магния температура смеси уменьшается. Это используется в промышленности (в холодильной технике).
Мы предлагаем использовать это явление для выработки электроэнергии. Способ состоит в том, что в жидкости (воде, в том числе, возможно, солёной), находящейся в тепловой контакте с ТЭМ, изменяют концентрацию примеси (например, добавляют соль; или же добавляют более солёную воду; или же добавляют более пресную воду), температура которой первоначально была приблизительно равна температуре той жидкости, что в тепловом контакте с ТЭМ. При этом температура смеси изменяется, на ТЭМ возникает разность температур, вследствие явления Зеебека–Ленца в ТЭМ возникает термо-ЭДС, которую используют в полезной нагрузке, подключённой к  ТЭМ (можно через устройство преобразования электрического тока).
Известно, что при растворении поваренной соли в воде можно достичь разности температур около 20 К, чему соответствует максимально возможный КПД по формуле Карно около 7% .  Для ТЭМ при такой разности температур КПД в наших экспериментах был около 0,2% . Температуры смешиваемых веществ мы предварительно выравнивали с окружающей средой с точностью до 0,5 К. При растворении натриевой соли достигнута ЭДС до 22 мВ. Для сравнения, при испарении воды с поверхности этой же ёмкости удавалось достичь лишь 5 мВ. При смешивании не соли с водой, а натриевой солёной (25% по массе) и пресной воды удавалось достичь ЭДС 6 мВ. Мы планируем провести измерения ЭДС и КПД в опытах с калиевой солью и смесью солей, соответствующей водам различных морей.
Существующая конструкция – периодического четырёхтактного действия: набор воды одной солёности – смешивание другой солёности – использование разности температур – слив смеси. Сейчас мы изготавливаем устройство непрерывного действия, в котором смеситель жидкостей разной солёности содержит 2 напорных канала (для более солёной и для менее солёной жидкости), область смешивания находится в хорошем тепловом контакте с одной из сторон ТЭМ, длина области смешивания выбрана так, чтобы за время смешивания при данном расходе происходило бы частичное (приблизительно в е раз) уменьшение разности температур между смесью и другой стороной ТЭМ (с целью повышения КПД), затем смесь поступает в сливной канал.
Известен диффузионно-термический эффект Дюфура ("обратный" явлению термодиффузии Соре), состоящий в том, что при поддержании пространственной разности концентраций составляющих в смеси существует пространственная разность температур. Такое устройство – непрерывного действия.
Мы предлагаем использовать естественный процесс смешивания воды разной солёности для выработки электроэнергии. Например, "растворительная электростанция": в месте впадения пресноводной реки в солёное озеро или море можно разместить устройство, содержащее низкопотенциальную тепловую машину (например, термоэлектрический генератор), у которой теплообменник, предназначенный для поддержания температуры "тёплой" стороны тепловой машины (ТЭМ), равной температуре окружающей среды, размещён в потоке пресной воды (благодаря большей скорости течения) или в потоке солёной воды (технически проще осуществить строительство), а ёмкость для смешивания вод (проточная, с напорами солёной и пресной воды и со сливом смеси) размещена в тепловом контакте с "холодильником" тепловой машины (ТЭМ).
Такая электростанция не нарушает теплового и химического экологического состояния местности, в которой она расположена. "Растворительная" электростанция (РЭС) не содержит движущихся частей, и её технический ресурс без капитального ремонта может составлять несколько сотен лет и более. Такое устройство одновременно выполняет функции защитного (от волн, ветровых нагонов, приливов, акул, судов и подводных лодок потенциального противника) сооружения. Такую электростанцию технически можно разместить практически где угодно : в устьях и дельтах великих и малых как северных рек (Обь, Енисей, Лена, Колыма, Маккензи, Юкон), так и южных, впадающих в достаточно солёные водоёмы (Амазонка, Миссисипи, Парана, Конго, Нигер, реки Южной Европы и Атлантического побережья Европы (кроме Балтики), других стран Средиземноморья, реки Черноморского побережья России и др. стран, Амударья и Сырдарья, Или, Тигр, Инд, Ганг и Брахмапутра, Меконг, Янцзы, Сицзян, реки Кубы и Японии, прибрежные зоны таяния ледников Антарктиды, Гренландии). При выборе места строительства следует предпочесть места, где сочетаются : 1) надёжное постоянное дно, постоянность фарватера, 2) близость потребителей энергии, 3) компактность зоны слияния реки и моря, 4) умеренное количество водорослей, ила, песка, мусора.
По этим признакам наиболее предпочтительными представляются реки Европейского и Азиатского Средиземноморья, горного Черноморья, Японии, Норвегии, Центральной (Латинской) Америки, Юго-Восточной Азии (Меконг, Сицзян, Менам, Иравади), Инд, Тигр, а также слив из Каспийского моря в залив Кара-Богаз-Гол.
Технико-экономические оценки показывают, что для типичного технически осуществлённого КПД такого устройства 0,1%  при разности температур 3 К , удастся снимать 10 Дж полезной работы с каждого литра стока реки;  и при цене электроэнергии 100 руб. за ГДж при использовании части стока типичной средней реки в объёме всего лишь 1 кубический км в год, будет выработано 10^13 Дж, т.е. 10 ТДж, электроэнергии за год на сумму около 1 млн. руб. в год. , полезная мощность около 300 КВт., т.е. доход около 3 руб/(Вт*год). Итак, при КПД 0,1% и при удельной себестоимости устройства (к сожалению, пока очень высокой) 1 млн. руб /Вт срок  окупаемости составляет 300 тыс. лет. Даже при расчётном усовершенствовании устройства до КПД 1%  , до мощности 3 МВт и соответствующего уменьшения удельной себестоимости до 10 тыс. руб/Вт срок окупаемости составит около 3 тыс. лет. Таким образом, при существующем уровне техники и экономики такой способ и устройство можно применить разве что для долгосрочного электропитания исследовательской аппаратуры в труднодоступных местах, устройств контроля и безопасности, в медицинской аппаратуре, в специальных целях.
Сейчас такое устройство полезной мощностью около 100 мкВт используется нами в качестве лекционной демонстрации и лабораторной работы по курсу физики в нашей школе.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Михин Иван. Способ испарения водоёмов Теченского каскада и озера Карачай, а также подсушивания болот.
Целями работы являлись, во-первых, улучшение экологической обстановки, в том числе в Челябинской области, и во-вторых, технико-экономические оценки  предлагаемого нами способа испарения водоёмов (например, оз. Карачай, прудов Теченского каскада и стока р.Теча, лишней влаги из почвы в переувлажнённых местностях, например, Бангладеш) с одновременной выработкой при этом электроэнергии.
Известен проект, в котором для устранения опасности ветрового разноса берегового осадка и паводкового разлива этих водоёмов, содержащих радиоактивные вещества, предлагают испарять эти водоёмы, используя теплоту, вырабатываемую (в том числе специально для этой цели) на строящейся Южно-Уральской АЭС. Также предлагают испарять жидкие отходы ядерно-химического комбината "Маяк". Во всех таких проектах предлагают испарение осуществлять принудительно (подогрев жидкости, вакууммирование жидкости), т.е. затрачивая энергию; в частности, один из пунктов технико-экономического обоснования строительства Ю.-У.АЭС говорит как раз о том, что АЭС потребуется для обеспечения энергией процесса испарения.
Хотя у нас есть большие сомнения в радиационной безопасности такого способа уменьшения заражённой территории, о которых будет сказано далее, мы утверждаем, что для испарения водоёмов нет необходимости специально затрачивать энергию, выработанную в техническом устройстве, подведённую к устройству испарения. Более того, устройство испарения может служить для выработки электроэнергии.
Предлагаемый нами способ основан на общеизвестном факте, что при самопроизвольном испарении жидкости в атмосферу температура жидкого остатка уменьшается по сравнению с первоначальной, т.к. происходит отдача в окружающую среду преимущественно более энергичных молекул. Наш способ испарения жидкости, содержащей радиоактивные примеси, состоит в том, что при этом предварительно  выравнивают температуру жидкости и окружающей среды (например, в теплообменнике или в низкопотенциальной тепловой машине, например, в термоэлектрическом генераторе, заодно получая при этом полезную работу), после чего проводят испарение жидкости в техническом устройстве, в которое воду подают на испарительную поверхность самотёком или посредством капиллярных сил, в условиях естественной атмосферы (то есть без специальной затраты теплоты или энергии в какой-либо иной форме), при этом разность температур, образовавшуюся между испарительной поверхностью и окружающей средой, используют для совершения полезной работы.
Например, так, чтобы поверхность, на которой происходит испарение жидкости, находилась бы в хорошем тепловом контакте с "холодными" контактами термоэлектрического генератора (ТЭГ), а окружающая среда (атмосфера) находилась бы в хорошем тепловом контакте с "тёплыми" контактами ТЭГ; при этом возникает разность температур между "холодными" и "тёплыми" контактами ТЭГ; при этом вследствие явления Зеебека–Ленца в ТЭГ возникает термо-ЭДС, к выводам ТЭГ подключают устройство преобразования электрического тока и полезную нагрузку и используют электрическую мощность, выработанную этим ТЭГ.
Изготовленное экспериментальное устройство обладает КПД в условиях диффузного (без обдува) испарения 0,15% , а в условиях конвекционного (естественный ветровой обдув) испарения до 0,6% . Здесь под КПД понимается отношение полезной работы к тепловой мощности естественного (самопроизвольного) испарения. Теоретически возможно достигнуть для воды при обдуве воздухом комнатной температуры со скоростью 1 м/с КПД 2,7% . Это "технически даровой" генератор электроэнергии.
Его можно использовать для высушивания радиоактивно-заражённых водоёмов, болот, для предотвращения затопления земель (не только в России, но и, например, в Нидерландах, Бангладеш) и одновременной выработки электроэнергии. Также устройство пригодно для длительного (несколько веков) снабжения электроэнергией исследовательских станций в труднодоступных местностях, а также на некоторых других планетах, аппаратуры специального назначения. Ресурс устройства – не менее чем несколько сотен лет, поскольку движущихся или изнашиваемых частей устройство не содержит.
Выведены формулы, и на основе эксперимента и списков цен на промышленные товары сделаны технико-экономические оценки: 1) испарительная способность устройства при заданной стоимости, 2) время испарения озера известных размеров при данных затратах, 3) стоимость полного испарения стока реки с заданными параметрами, 4) срок окупаемости. Они показывают, что полное испарение стока р.Теча технически осуществимо, стоимость не более 160 млн. руб. в ценах 2000 г. Более того, при региональной стоимости электроэнергии 100 руб. за ГДж (10 коп. за КВт*ч) такой генератор электроэнергии даже в существующем техническом исполнении окупится за срок менее 1500 лет.
Мы планируем улучшение конструкции, а именно, во-первых, использование вместо плоской геометрии системы стержней (для увеличения пространственного перепада концентрации водяного пара), во-вторых, расположение их "деревообразно", "самоподобно", "перисто" (для улучшения теплопередачи), в-третьих, снабжение испарителей и воздушных теплообменников системой стационарных направляющих (и отводящих) сопел Прандтля (для увеличения скорости обдувающего воздуха и уменьшения давления воздуха), в-четвёртых, подача  жидкости не за счёт капиллярных сил, а самотёком, за счёт гравитационных сил (для увеличения расхода, упрощения и удешевления конструкции, улучшения пространственной однородности испарения, увеличения долговечности без технического обслуживания), в-пятых, подача жидкости с предварительным каплеобразованием  и распылением, например, с помощью естественного потока воздуха, естественно ускоренного в сопле Прандтля (для увеличения поверхности и интенсивности испарения, увеличения перепада температуры и КПД). Это позволит, по расчётам, уменьшить срок  промышленной окупаемости до 100 лет.
Таким образом, для осуществления испарения радиоактивных водоёмов не только нет необходимости в строительстве специального источника энергии (АЭС, ТЭЦ и т.п.), но сам испаритель может являться промышленным источником электроэнергии.
В заключение отметим, что в водоёмах, содержащих радиоактивные вещества, идут разнообразные ядерные реакции, в том числе приводящие к возникновению необычных изотопов водорода и кислорода, входящих в состав воды. Следовательно, даже "идеальное" испарение радиоактивной жидкости (то есть, если даже ВСЕ вещества, отличные от воды, останутся в конденсате, а испарится только вода) приведёт к разносу по гигантской территории паров воды, содержащей радиоактивные изотопы водорода и также кислорода. На вопрос о количестве таких изотопов, заданный в 2000-м году во время публичного доклада, начальник строительства ЮУАЭС ответил: "мы не измеряли, но их пренебрежимо мало, но не знаю, сколько именно". Такой ответ, очевидно, неприемлем. Необходимо провести такие измерения. Не зная этих данных, строить ЮУАЭС с испарителем радиоактивных стоков нельзя ни в коем случае.
Итак, способ и устройство окажутся полезными для специальных применений, а в энергетических целях (не считая Челябинской области) – в заболоченных густонаселённых местностях тропических стран (Бангладеш, Индия, Океания, Конго, Амазония, Япония), Европы и Америки (Нидерланды, Венеция, Флорида, Куба), на засушливых морских побережьях (Чили, Аравия, Сахара, прикаспийская Средняя Азия, Южная Африка, Австралия).
Научн. рук. – Горшков А.В.


2001–2005


Устимчик Василий. «Псевдо-вечный двигатель второго рода» – термоэлектрический генератор электроэнергии из случайных и периодических колебаний температуры окружающей среды и потоков энергии.
Целью работы являлось создание устройства, полностью доступного для обозрения, но которое бы не содержало внутри себя источников энергии, очевидных неквалифицированному наблюдателю, а также наблюдателю, не располагающему значительным временем для наблюдения за объектом и возможностью производить над объектом опыты по своему усмотрению. Мы назвали такой псевдо-вечный (даровой) двигатель, использующий как регулярные, так и нерегулярные изменения параметров окружающей среды, "уральским кубиком" (УК).
Экспериментальная установка состоит из термоэлектрических модулей (ТЭМ) К1-72, расположенных на различных сторонах кубика, воздушных теплообменников из алюминиевого сплава, находящихся в тепловом контакте с ТЭМ и теплопроводниками внутри кубика, зеркального микроамперметра и др. ТЭМы соединены параллельно на микроамперметр через двухполупериодный выпрямительный диодный мостик на диодах Шоттки (они обладают очень низким напряжением открытия).
Способ использования устройства на лекционной демонстрации состоит в следующем. Сначала устройство приводят в возможно лучшее тепловое равновесие с однородной окружающей средой. Затем как-либо изменяют по времени температуру окружающей среды или также иные её параметры. В устройстве возникают разности температур и потоки теплоты вовнутрь или наружу УК, которые вследствие явления Зеебека–Ленца в ТЭМ приводят к появлению термоЭДС того или иного знака и возникновению электрического тока в цепи. Двухполупериодные выпрямительные мостики независимо от знака термоЭДС обеспечивают на своих выходах ЭДС и ток определённого неизменного по времени знака. Электрический ток направляют через полезную нагрузку (например, микроамперметр), где он совершает полезную работу (например, поднимает груз – стрелку микроамперметра), и тем самым показывают работоспособность такого способа и устройства.
При неизменных статистических свойствах (эргодичности) параметров окружающей среды (температуры) средняя по времени температура помещённого в неё тела (тепловой ёмкости устройства) стремится к средней по времени температуре окружающей среды. Но его полезная мощность больше нуля почти в любой момент времени.
Измерены характерное тепловое время и чувствительность такого устройства к величинам и скоростям изменений параметров окружающей среды. По этим величинам рассчитаны соответствующие КПД "уральского кубика", например, для использования суточных и годовых колебаний температуры, а также переменной облачности, а также  хаотически перемещающихся живых зрителей.
Это экспериментальное устройство может быть использовано в учебном процессе в старших классах, в ВУЗах физико-математического, технического и "экологического" профиля, а также в промышленности, а именно, в энергетике, и также в быту. Это устройство способно наглядно демонстрировать принцип действия "солнечно-воздушно-жидкостной термоколебательной термоэлектростанции". Для средней полосы России промышленное устройство полезной мощностью на 1 КВт будет обладать объёмом около 100 кубометров.
На физической лекции оно наглядно демонстрирует тот факт, что если в среднем по времени температура открытой системы (тела в среде) равна температуре окружающей среды, то отсюда не обязательно следует равенство нулю абсолютной величины термодинамических обобщённых потоков через открытую систему.
30 декабря 2000 г. Научн. рук. – Горшков А.В.


Устимчик Василий. Термоэлектрический генератор электроэнергии из случайных и периодических колебаний температуры окружающей среды и потоков энергии в условиях равенства средних по времени температур устройства и окружающей среды.
Целью работы являлось создание генератора электроэнергии, причём налагались следующие требования:
1) из экологических соображений возмущение параметров  окружающей среды устройством, работающем по такому способу, должно быть мало;
2) из соображений минимизации затрат на аккумулирование выработанной энергии усреднённая по времени полезная мощность должна мало зависеть от сильно изменяющихся погодно-астрономических условий;
3) из соображений длительности срока безотказной работы устройство по возможности не должно содержать движущихся деталей;
4) способ должен обладать технико-экономическими преимуществами по сравнению с известными промышленными способами получения энергии даже в средних широтах, причём практически в любом географическом месте, без "привязки" к геологическим и гидрологическим особенностям.
В настоящей работе предлагается использовать для совершения полезной работы в термоэлектрическом генераторе суточные (и годовые) изменения разности температур между атмосферным воздухом и большой тепловой ёмкостью. Практически независимо от сезона, географического расположения и текущих погодных условий суточные перепады температуры в умеренном климате составляют около дельтаT=10 К, а в сухом климате (песчаные и каменистые пустыни) до нескольких десятков К.
Экспериментальная установка №1 ("уральский кубик") описана в предыдущей работе. Напряжение на нагрузке измеряется цифровым микровольтметром. Даже при экспериментах в жилом помещении (суточный перепад температуры всего лишь 3 К) развивалась полезная мощность до 80 мкВт.
Проектные оценки усовершенствованного устройства для промышленной энергетики. Плотность потока потенциальной тепловой энергии с учётом КПД по Карно и уменьшающего множителя [1] М" (при наших температурах М" приблизительно 0,25zTг , где z – термоэлектрическая эффективность) (P/s)=(5/2)R(ро/мю)v(дельтаT^2/Tг)М"  , где ро – плотность воздуха, мю – молярная масса, v – скорость, Тг – температура более тёплой стороны ТЭМ. Например, для дельтаT=10 К, z=3;10^-3 К^-1, v=3 м/c  получается (P/s)=220 Вт/м^2  сечения потока воздуха. На единицу территории S, занимаемой теплообменником высотой в несколько метров или десятков метров, можно сделать (P/S) до 20 КВт/м2,  что на 2 порядка больше, чем для фотоэлектрических преобразователей! Кроме того, в безветренных районах увеличить v можно, снабдив теплообменник воздухозаборником в виде сопла Прандтля, суживающегося к теплообменнику.
Описываемый здесь "ветротермоэлектрический" способ обладает преимуществом (по плотности съёма энергии) перед ветромеханическим при скорости ветра не более чем v^*=(5RM"/(мю*эта*Тг))^(1/2)*дельтаТ , где эта – КПД ветромеханического генератора. Эта величина при вышеуказанных параметрах  v^* приблизительно 7,5 м/с. Таким образом, для ветротермоэлектрического способа нет необходимости размещать генератор в районах с сильным ветром.
В проекте оценены также оптимальные технические параметры устройства. Толщина воздушного промежутка между пластинами теплообменника должна быть около 2 мм, отношение продольной длины к скорости ветра около 0,4 с. Стенка теплообменника – из нержавеющей стали толщиной 0,05 мм. Конвекция теплоносителя внутри теплообменника происходит за счёт силы Архимеда. ТЭМы снабжены двухполупериодными выпрямителями, которые независимо от знака термоЭДС обеспечивают на своих выходах ЭДС и ток определённого неизменного по времени знака, и преобразователями в ток промышленного стандарта, который направляют в аккумулятор (например, ГАЭС) или прямо на полезную нагрузку. Тепловая ёмкость заполнена раствором хлорида натрия в воде, или раствором этилового спирта в воде, или фреоном, или керосином, или иной относительно дешёвой и безопасной жидкостью, обладающей температурой замерзания ниже, чем наименьшая температура окружающей среды. Например, для обеспечения полезной мощности 1 кВт рассольной тепловой ёмкостью с суточным периодом её объём должен быть около 100 м^3,  что технически осуществимо. Расход нержавеющей стали порядка 50 кг/кВт установленной мощности. Стоимость единицы установленной мощности ТермоЭлЭС можно сделать менее 500 руб/Вт. Благодаря практически неограниченному сроку службы ТЭМ (например, 1500 лет) себестоимость выработанной на ТермоЭлЭС электроэнергии можно сделать менее 30 коп. за 1 квтч.
20.01.2002. Научн. рук. – Горшков А.В.


Устимчик В.Е. Исследование практической применимости электрогенератора «Уральский кубик» в местности Челябинской области для экологически чистой энергетики на основе данных о погоде.
Работа относится к области безопасной энергетики, не нарушающей окружающую среду, в том числе для бытовых, промышленных, специальных и авиакосмических применений.
В 2001-м году я совместно с научным руководителем изобрёл, рассчитал, изготовил и испытал «уральский кубик» – генератор электроэнергии из случайных и периодических колебаний температуры окружающей среды, представляющий собой тепловую ёмкость, теплоизолированную от окружающей среды везде, кроме теплообменника с полупроводниковым термоэлектрическим генератором (ТЭГ), который, в свою очередь, находится в тепловом контакте с другим теплообменником: с теплообменником с окружающей средой.
Принцип действия состоит в том, что средняя за большой период времени температура тепловой ёмкости («буфера») меняется медленнее, чем температура окружающей среды. Если окружающая среда (например, атмосфера днём) теплее, чем буфер, то поток теплоты идёт через ТЭГ снаружи вовнутрь, а когда окружающая среда (например, атмосфера ночью) холоднее, чем буфер, поток теплоты идёт через ТЭГ изнутри наружу, и в обоих случаях из-за явления Зеебека–Ленца вырабатывается термоЭДС и совершается полезная работа.
В 2002-м году моим научным руководителем была поставлена задача: взять данные метеорологической службы по погоде для  какой-либо особенно интересующей нас местности, например, Челябинской области, и проанализировать как можно более подробные данные по температуре и скорости ветра, чтобы по ним можно было рассчитать зависимость от времени в течение года, с шагом по времени в несколько часов (как даны метеорологические данные), таких величин, как плотность потока кинетической энергии, плотность потока тепловой энергии, и какую часть из него можно преобразовать в полезную работу «уральским кубиком»; и провести технико-экономические расчёты ветровой термоэлектрической электростанции (ВТЭЭС).
Я в течение 2-х недель с помощью Интернет получал данные из архива гидрометеослужбы, преобразовывал эти данные из формата html в формат xls , исправлял ошибки автоматического преобразования.
По зависимости от времени скорости ветра (среднегодовая 4+/-2 м/с) я рассчитал зависимость от времени плотности потока кинетической энергии (для ветродвигателя), и также среднегодовую 90+/-150 Вт/м^2.
Затем я рассчитал удельную мощность «гармошки» или «поршня» – преобразователя энергии из изменений атмосферного давления, она оказалась 0,2+/-0,5 Вт/кг рабочего тела (водорода).
Затем я рассчитал температуры среднегодовую 6,7 (среднеквадратическое отклонение колебаний температуры 11,5) градусов Цельсия, среднемесячные, среднедекадные, среднетрёхдневные, среднесуточные; затем я рассчитал температуры нагревателя и холодильника. По ним я рассчитал зависимость от времени КПД по формуле Карно.
Затем я рассчитал зависимость от времени плотность потока тепловой энергии 1050+/-0,5 кВт/м^2. Затем я рассчитал зависимость от времени изменения внутренней энергии ветра вследствие теплообмена с тепловой ёмкостью («буфером»). Затем я рассчитал плотность потока тепловой энергии ветра с учётом КПД Карно, то есть ту часть, которую возможно преобразовать «уральским кубиком» в полезную работу.
Затем я рассчитал плотность потока энергии, которую можно снимать с потока ветра в «уральском кубике» не с идеальной тепловой машиной Карно, а с термоэлектрическим генератором Зеебека–Ленца.
Результаты расчётов сведены в таблицу, построены графики их зависимостей от времени.
Например, для «среднегодовой» буферной тепловой ёмкости оказалось : Тг=285 К, Тх=275 К, КПД Карно =3,3%, плотность потока теплоотдачи 1840+/-44000 Вт/м^2, плотность потока ПОЛЕЗНОЙ теплоотдачи в «уральском кубике» с тепловой машиной 1550+/-2000 Вт/м^2, плотность потока полезной теплоотдачи в «уральском кубике» с термоэлектрическим генератором 320+/-400 Вт/м^2.
Сделан вывод: в условиях г.Челябинска уральский кубик с ТМ энергетически выгоднее, чем ветряк (90 Вт/м^2), если буферная тепловая ёмкость не менее чем среднетрёхсуточная; а уральский кубик с ТЭГ энергетически выгоднее, чем ветряк, если буферная тепловая ёмкость не менее чем среднемесячная.
Полезность моей работы состоит в доказательстве возможности надёжного обеспечения практически вечными источниками энергии России и остального человечества.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Устимчик В.Е., Горшков А.В. Исследование практической применимости генератора электроэнергии «Уральский кубик» на основе данных гидрометеослужбы и на космических станциях.
1. В погодных условиях местности г.Челябинска «уральский кубик» (УК) при правильном выборе его параметров может быть энергетически на порядок эффективнее (1550 Вт/м^2 воздухозаборника), чем ветровой генератор (90 Вт/м^2).
2. УК с тепловой машиной (УКТМ) эффективнее ветряка, если буферная тепловая ёмкость (БТЁ) не менее чем среднетрёхсуточная; а УК с ТЭГ эффективнее ветряка, если БТЁ не менее чем среднемесячная.
3. Аккумулирование выработанной УК электроэнергии (вариация 1,2..1,7) обойдётся не дороже, чем от ветряка (вариация 1,7). Интересно, что из-за обмена Тг и Тх в УК вариация удельной мощности тепловой машины (от 1 до 2) << чем вариация теплообмена (приблизительно 10..20), это превосходит наши первоначальные ожидания.
4. Существуют местности (сухие пустыни Гоби, Такла-Макан, Каракумы, Мангышлак, Аравия, Сахара, Австралия, Атакама и др.; высокогорье; морские горные побережья), где суточные перепады температуры на порядок больше (24–31 К) челябинских; таким образом, в этих местностях типичный КПД  УКТМ будет 22% , что соответствует около 10 кВт/м^2 – величина, достижимая ветряками только при ураганном ветре около 20 м/с.
5. На Луне (УК с переменным солнечным экраном) (170–370 К), на космическом аппарате (вращение корпуса с периодическим затенением УК или УК с переменным солнечным экраном) (170–800 К), на космической станции (периодические заходы с УК в тень Земли или УК с переменным солнечным экраном) (170–300 К), на дальних от Солнца орбитах (4–170 К), в межзвёздном пространстве (3–10 К) позволяют достичь КПД УКТМ 55% (Луна), 70%, 80% (спутники Земли), до 98% (Плутон).
6. На единицу территории S, занимаемой воздухозаборником теплообменника УК высотой 10..100 м., можно сделать (W/S) порядка 100 кВт/м^2 (Челябинск) или 1 МВт/м^2 (Гоби)  что на 2..3 порядка больше солнечной постоянной и выгодно экономически.
7. Полезность работы: в доказательстве возможности надёжного обеспечения любых местностей России и остального человечества практически вечными источниками энергии, не требующими ископаемого сырья, довольствующимися энергией Солнца, причём не требовательные к освещённости!
Научн. рук. – Горшков А.В.


Устимчик В.Е., Горшков А.В. Технико-экономическая оптимизация ветротепловой электростанции на основе «Уральского кубика».
На основе «УК – уральского кубика» (термоэлектрического устройства c тепловой ёмкостью, помещённого в среду с практически однородной по пространству температурой, совершающего полезную работу за счёт лишь изменения во времени температуры внешней среды, как периодических, так и случайных) можно создать ВТЭС (ВТЭЭС) – «ветротепловую (ветротермоэлектрическую) электростанцию».
Как показано в наших предыдущих работах, ВТЭС даже в умеренном поясе (средняя полоса России, Челябинск) обладает рядом физико-технических преимуществ по сравнению с ФЭС (СЭС) – фотоэлектрическими (солнечными) электростанциями, ВЭС – ветровыми (механическими) и ТЭЭС – «обычными» (т.е. совершающими полезную работу за счёт пространственной разности температур) термоэлектрическими электростанциями, например, в погодных условиях Челябинска среднегодовая плотность потока энергии, которую можно отнимать у ветра, до 1600 Вт/м^2 (у ВЭС лишь 90 Вт/м^2) на единицу площади воздухозаборника (ВЗ); вариация мощности ВТЭС в зависимости от скорости ветра меньше, чем у ВЭС; ВТЭС не содержит движущихся частей; ВТЭС не «привязана» к ландшафтным особенностям (в отличие от ВЭС, требующих мест с высокой скоростью ветра); работоспособна в гораздо более широком диапазоне скоростей ветра, чем ВЭС. Ранее нами было показано, что зависимость удельной мощности энергосъёма ВТЭС приблизительно квадратично зависит от суточного перепада температуры воздуха и поэтому предпочтительными местами расположения ВТЭС являются высокогорье и местности с  континентальным  климатом, а в Космосе (совместно с «землероечным» газонаполненным сборником-носителем тепловой солнечной энергии А.Ковалёва) – Луна, Марс, Меркурий, спутники дальних планет, космические аппараты. В Европе и России удовлетворительные местности для ВТЭС – Испания, Альпы, Сицилия, Сардиния, Балканы, Центральный Крым, побережье Каспийского моря, Южный Урал и Южная Сибирь, горы Урала, Алтая, Сибири и Дальнего Востока.
Однако на порядок большую (10-30 кВт/м^2 ВЗ) можно получать на ВТЭС в пустынях Южного Казахстана и других республик Средней Азии, Запада США и Мексики, Чили и Аргентины, Австралии, Южной Африки, Сахары, Аравии, Палестины, Месопотамии, Закавказья, Ирана, Афганистана, Пакистана, Западной Индии, Монголии, Северного Китая. Наивысший потенциал для ВТЭС (до 60-80 кВт/м^2) у пустынных и высокогорных областей Центральной Азии: Памир, Тянь-Шань, Каракорум, Гималаи, Тибет, Куньлунь, Такла-Макан.
Назовём это «солнечным сплетением Евразии».
В нашей ранней работе из сравнения удельной мощности ВЭС и ВТЭС показано, что ВТЭС на основе промышленно выпускаемых полупроводниковых модулей физически предпочтительнее в местностях со среднегодовыми скоростями ветра менее приблизительно 7 м/с, а в местностях с большими среднегодовыми скоростями ветра (крайний Север, Антарктида, высокогорные перевалы, и др.) предпочтительнее ВЭС.
В настоящей работе, во-первых, показано, что при прокачке жидкого или газообразного теплоносителя в ВТЭС (ВТЭЭС, или УК) работой по   подъёму теплоносителя из «буферной» тепловой ёмкости в теплообменник на высоту до нескольких десятков и даже сотен метров можно пренебречь по сравнению с полезной работой.
Во-вторых, выведена и рассчитана граница скорости  прокачки.
В-третьих, из соображений максимального КПД и полного использования теплового потенциала ветра выведено и рассчитано наилучшее время полуцикла прогрева/охлаждения в теплообменнике как теплоносителя, так и «воздуха ветра», зависящее только от свойств этих веществ соответственно.
В-четвёртых, выведена и рассчитана наилучшая скорость течения, она зависит от соотношения геометрических размеров теплообменника.
Далее были проведены технико-экономические оценки стоимости единицы установленной мощности ВТЭС (ВТЭЭС, или УК) с учётом существующего уровня техники, цен на материалы и труд. Наиболее значительный вклад в стоимость вносит стоимость термоэлектрического генератора ЦТЭМ – цена за м^2 термоэлектрического модуля, SТЭМ – площадь термоэлектрических модулей, ЛямбдаТЭМ – теплопроводность термоэлектрического модуля, принято порядка 10 Вт/(м*К). Меньший вклад вносят стоимость изготовления тепловой ёмкости, а также стоимость теплообменников, стоимость сглаживающих вариации скорости ветра электроаккумулирующих устройств; а стоимостью насосов, контрольно-измерительной аппаратуры, земельного участка, налогов, ЛЭП, наладки и обслуживания можно пренебречь.
Тот ТЭМ, которым мы располагаем, имеет размеры 4х4 см и в 1998 г. стоил 10 долларов в розницу на рынке РФ, сейчас, вероятно, гораздо дешевле. То есть, в таблице для УК приведена оценка СВЕРХУ для единицы мощности. Она оказалась 140 долл/Вт – даже меньше, чем цена мощности солнечной ЭС в условиях Челябинска (180 долл/Вт) , собранной также из РОЗНИЧНО оцененных солнечных элементов! Хотя и на порядок дороже, чем реально (в условиях Челябинска) оцененная (перерассчитанная из рекламы) стоимость «ветромеханической энергии» (18 долл./Вт) и на 2 порядка дороже, чем цена мощности традиционных ТЭС, АЭС, ГЭС. Однако на порядок более длительный срок службы даёт УК преимущества на порядок перед солнечной ЭС, сравнивая их экономические характеристики с ВЭС даже в условиях средней полосы России.
В условиях же пустынь Америки, Сахары, Аравии, Австралии, Центральной Азии, и – особенно – в «солнечном сплетении Евразии» – стоимость единицы установленной мощности УК (ВТЭС, ВТЭЭС) можно в обозримом будущем снизить на полтора порядка – до 7 долл/Вт.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В., Устимчик В.Е. Новый глобальный энергетический ресурс, средства и последствия его использования.
Основные потребности людей, материальные и нематериальные, осуществляют на основе не только обычаев, науки, естественного сельского хозяйства, но и развитой промышленности, отрасли которой требуют для себя развитой энергетики. Энергетические ресурсы делят на условно-невозобновляемые (углеводороды, вращение Земли и морские течения, тепло недр Земли, ядерно-энергетическое сырьё) и условно-возобновляемые (биомасса, солнечное излучение и его следствия – осадки, течение рек, ветер). Сейчас в мире широко строятся солнечные (СЭС – в низких широтах), ветрокинетические (ВЭС – в горах, на побережьях, в высоких широтах), гидравлические (ГЭС – на реках, преимущественно горных). Они имеют ряд недостатков. СЭС в умеренном поясе 550 с.ш. (облачность, осадки, малая суммарная солнечная радиация) обладает низкой удельной мощностью, лишь порядка 40 Вт/м^2 . ВЭС в большинстве местностей с низкой скоростью ветра (в среднем 4 м/c) даёт удельную мощность также низкую, до 90 Вт/м^2. ГЭС очень мощны и дёшевы, но «привязаны» к уникальным географическим участкам.
Однако до сих пор остаётся практически неиспользуемым ещё один ресурс – ветротепловой. Сущность его состоит в использовании тепловой энергии ветра. Ещё в 50-е гг. А.Ф. Иоффе предлагал использовать разность температур между ветром и морскими течениями, реками, озёрами; это практически используется в последние 30 лет в Норвегии и Японии, где есть такая постоянная разность температур. Она есть далеко не везде, а лишь там, где моря, озёра, реки. Но если нет разности температур в окружающем пространстве (среде)?
Можно использовать зависимость разности температур от времени. Несколько лет тому назад в России был изобретён «уральский кубик» (УК) – преобразователь случайных или периодических колебаний температуры окружающей среды в полезную работу (электроэнергию). УК – это устройство, содержащее теплообменник, теплопроводник, тепловую машину или термоэлектрический преобразователь, размещённый на пути теплового потока, отличающийся тем, что содержит тепловую ёмкость, теплоизолированную от окружающей среды везде, кроме теплопроводника. В «дневной» фазе теплота из окружающей среды входит внутрь тепловой ёмкости, в «ночной» фазе выходит наружу, в обоих случаях совершается полезная работа. Нами ранее были выведены формулы для удельной мощности и цены единицы мощности ветротепловой электростанции (ВТЭС), содержащей УК.
На глобальной схеме (Рис.1) видно, что при существующем уровне техники к середине 21-го века возможна и экономически целесообразна постройка ВТЭС в Сахаре и Аравии (транспорт в Европу и Россию); в «солнечном сплетении Азии» – Средней Азии и Иране (в Россию), Центральной Азии (в Китай, Индию, ЮВА, Корею, Японию, Россию); на «полюсе строгости» – на Верхоянско-Оймяконском нагорье (в Россию и Японию); на «диком западе» – в Колорадо, Калифорнии, Неваде – в США; и в др. местностях. Там себестоимость единицы мощности может быть снижена до 0,6 евро/Вт, а себестоимость единицы энергии до 0,1 цента/ГДж.
Углеводороды усилят своё значение как химическое сырьё, и резко вздорожают, их добыча и экспорт арабскими странами резко снизятся, норма прибыли нефтегазовой и угольной отрасли возрастёт. России необходимо существенно улучшить отношения с республиками Средней Азии, Ираном, арабскими странами и Китаем, в т.ч. укреплять их обороноспособность, налаживать технико-экономическое сотрудничество.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Устимчик В.Е. Физико-техническая оптимизация и технико-экономические оценки для ветротеплового генератора «Уральский кубик» в средней полосе России.
НАПРАВЛЕНИЕ РАБОТЫ: прикладная физика, а именно, чистая энергетика.
ФИЗИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА: выяснить, не запрещают ли законы термодинамики возможность получать полезную работу с помощью устройства, целиком находящегося внутри однородной (по пространству) среды с однородной (по пространству) температурой? Если не запрещают – то привести пример!
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА: выяснить, возможно ли создать действующий генератор электроэнергии, который не нуждался бы в наличии во внешней среде заметной пространственной разности температур (как обычно нарисовано в учебниках и энциклопедиях), а совершал бы полезную работу за счёт естественных случайных и периодических колебаний температуры внешней однородной по температуре в пространстве среды. Если это возможно – то создать!
ГИПОТЕЗА: законы термодинамики этого не запрещают; такие способ и устройство создать возможно; более того, если исследовать зависимость удельной мощности и рассчитать наилучшие физически возможные параметры такого устройства, оно может оказаться обладающим физико-техническими характеристиками лучше, чем известные способы; более того, в обозримом будущем такой способ можно применять в промышленности.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: физико-техническая оптимизация  проекта ветротепловой электростанции (ВТЭС) на основе изобретённого авторами ранее «уральского кубика» (УК), решающего поставленные проблемы, для того, чтобы технико-экономические параметры ВТЭС стали пригодны не только для  специальных, но и хотя бы некоторых промышленных применений.
Создан УК №2, содержащий в качестве тепловой ёмкости конвектирующую жидкость.
1) Доведён до технического и экономического расчёта мой физико-технический проект ветротепловой электростанции на основе «уральского кубика». Удельная полезная мощность УК газозаборника рассчитана из данных Гидрометеоцентра Челябинска. Пиковые значения полезного энергосъёма с тепловой машины (ТМ) со среднегодовой тепловой ёмкостью – до 20 кВт/м^2. Рассчитаны и среднемесячные и среднегодовые значения.
2) Рассчитана мощность, затрачиваемая на принудительную прокачку теплоносителя (т.е. не при свободной конвекции, в отличие от моих предыдущих  работ). Получено ограничение на скорость прокачки теплоносителя, при оптимальной работе УК (из условия, что мощность прокачки должна быть пренебрежимо мала по сравнению с полезной вырабатываемой мощностью).
3) Для максимизации КПД найдено, что существует оптимальное время прокачки теплоносителя, которое зависит только от свойств самого теплоносителя (вещества). Найдено, что существует оптимальная скорость прокачки теплоносителя, которая также зависит от свойств теплоносителя (вещества) и от соотношения размеров теплообменника. Найдены наилучшие размеры теплообменника, при которых УК будет работать в оптимальном режиме.
4) При правильно проведенной оптимизации вырабатываемая мощность УК гораздо больше, чем затрачиваемая на его собственное обслуживание (для сравнения, у ТЭС и АЭС мощность, затрачиваемая на обслуживание составляет несколько процентов от вырабатываемой).
5) Использование УК в местностях с резко континентальным или горным климатом гораздо перспективнее, чем ветряки или солнечные батареи. А именно, даже в условиях средней полосы России (Южный Урал) ВТЭС (УК) может давать среднегодовую свыше 1,5 кВт/м^2 воздухозаборника, что на порядок больше ВЭС и на 2 порядка больше СЭС; цена полезной мощности около 150 долларов за Вт (можно при оптовых ценах на ТЭМ снизить её на порядок, до 15 долл. за Вт), что несколько лучше, чем СЭС (от 180 долл. за Вт в розницу в условиях средней полосы России до 1,7 долларов за Вт  в  жарких пустынях оптом), но хуже, чем ВЭС (от 2 долл. за 1 Вт в местах с постоянно сильным ветром до 17 долл. за 1 Вт в условиях средней полосы России). Однако длительный (как у зданий, сооружений) срок службы гидравлической части и ТЭМ, в 10 раз больше, чем у легко подверженных разрушениям хрупких ВЭС и СЭС, показывает решительное преимущество ВТЭС(УК) перед солнечными ЭС и конкурентоспособность с ВЭС.
6) В дальнейшем УК можно использовать на Луне, Марсе, других различных планетах Солнечной системы, космических станциях или для других военно-стратегических, антитеррористических, военно-разведывательных, космических нужд, для снабжения электроэнергией полярных (арктических, антарктических) и высокогорных научных и гидрометеорологических и спасательных станций.
7) Проведён эксперимент с УК №2, с водяной тепловой ёмкостью 100 мл, с колебаниями температуры среды от +7 до +23 С и обратно. Полезная электрическая мощность достигала 63 мкВт, характерное время спада мощности 70 минут.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Vasily Evgenjevich Ustimchik. “The Ural Cube”(“The Uralsky Cubik”) – a method of converting thermal energy of environment into useful work with no space temperature difference in the environment, but with random or periodic changes of environment temperature in time.
The work is related to the Applied Physics, namely, to pure power-engineering. The device has been made which is placed wholly within the medium with the same temperature in space and which converts the thermal energy of the environment into useful work. The essential of the method is in the use of the random or periodic dependence of the environmental temperature on the time. The device is distinguished by having within itself considerable heat capacitor. Its temperature depending on the time is nearly always unequal to the environmental temperature depending on the time. The useful work is performed at the expense of difference between internal thermal capacitor and the environment. The useful power of the device has been measured experimentally. Physics-engineering calculation of the optimal wind thermal power station has shown that it is possible to get >1 kW/m^2 of the area of the air intaker in the continental climate and Central Asia up to 30 kW/m^2 that is much more than solar and wind mechanical power stations of the same area produce.
Sci. Adv. – Gorshkov A.V.


2002


Григорьев    . Трёхчастичное тормозное когерентное излучение и его свойства.
Выдвинута и обоснована гипотеза, что существует элементарная реакция электрона с ионом и фотоном, порождающая ещё один фотон. Этот новый фотон может быть когерентен первичному.
Ускорение заряженных частиц, из уравнений Максвелла, приводит к излучению электромагнитной волны (фотона). В отдельных независимых актах их торможения излучаемые фотоны не обязаны быть когерентными.
Решение нестационарного уравнения Шрёдингера для системы возбуждённых атома и фотона приводит к возможности, что девозбуждение атома происходит с излучением фотона, согласованного по частоте с внешним фотоном («вынужденное излучение» – Эйнштейн, Фабрикант), из релятивистского закона сохранения энергии и импульса следует дискретность множества решений по энергии.
В предлагаемом элементарном процессе объединены достоинства обеих элементарных реакций: источник энергии – электронный пучок, который легко получать и вводить в плотный газ, создать высокую степень ионизации, а высокая константа возбуждения атома электронным пучком, многократное использование высокой энергии электронов пучка, позволяет обеспечить непрерывное множество решений, следовательно, повышает вероятностьть процесса. Кроме того, предлагаемый авторами элементарный процесс более правильно описывает физическую сущность явления, т.к. электрон пучка (высокоэнергетичный) приближается к иону, взаимодействует с ним, образуя электрический диполь, быстро меняющий свой дипольный момент, что и должно привести к возникновению фотона.
На этот диполь (пока электрон не ушёл далеко) действует внешний фотон, вследствие чего рождается ещё один фотон, и в итоге получаются 2 когерентных фотона, а электрон удаляется, теряя часть энергии.
Преимущество этой реакции перед другими (например, перед реакцией тормозного излучения) в том, что можно получить направленный пучок фотонов (причем достаточно интенсивный) и спрогнозировать его направление, оно, возможно, будет совпадать с направлением исходного фотона, и многократное   усиление мощности излучения.
Эффективность этой реакции можно повысить с помощью повышения мощности светового луча или с помощью дополнительного (многократного) возбуждения  иона, так как фотон лучше взаимодействует с возбужденным атомом.
Если эта реакция будет возможна, то её можно будет успешно использовать в оптических, УФ, рентгеновских , а возможно и гамма-лучевых лазерах.
Научн. рук. – Горшков А.В.

Самокотин А., Украинцев О., Горшков А.В. Влияние внешнего потока излучения и собственного излучения тел на замедление их вращения вокруг собственной оси.
Вращение тел (например, шарообразных) вокруг своей оси, расположенных в потоке частиц (например, однородном) произвольной физической природы (например, фотонов), или же обладающих собственным испусканием частиц (например, тепловым излучением вследствие нагрева от внутреннего источника или от внешнего потока излучения) приводит с учётом релятивистского эффекта Допплера в системе отсчёта, связанной с вращающимся телом (либо с учётом релятивистского сокращения размеров в системе отсчёта, связанной с  "неподвижным" внешним источником излучения), к ненулевому моменту силы, действующему на вращающееся тело, и замедлению его вращения.
Не следует путать это, предположительно неизвестное ранее, явление замедление вращения тел вокруг своей оси с уже известным явлением замедления вращения тел вокруг источника излучения.
После вычислений оказалось, что декремент (характерное время замедления вращения вокруг своей оси в е раз) равен простому отношению энергетического эквивалента массы тела к потоку  энергии через поверхность тела, умноженному на коэффициент порядка единицы (приблизительно независимо от физической природы излучения), комбинации коэффициентов поглощения, зеркального отражения, диффузного отражения (рассеяния), излучения поверхностью. Этот коэффициент существенно (при нерелятивистском вращении) зависит от угла между осью вращения тела и направлением от этого тела на внешний источник излучения (при их перпендикулярности эффект наибольший, при их параллельности – наименьший), а также от распределения плотности внутри тела Тау=(mc^2/W)*K1*K2*Kугл*Kплотн.
Для планеты Земля такой эффект в 107 раз меньше наблюдаемого замедления, и им можно пренебречь. Но непосредственно вблизи поверхности горячих звёзд (а также вблизи ядер галактик) этот эффект может стать больше, чем известные эффекты замедления вследствие "приливных деформаций" и трения о межпланетный (межзвёздный) газ.
Если рассмотреть зависимость времени замедления от радиуса тела, то при прочих равных условиях время замедления оказывается пропорционально радиусу тела Тау=kR. Таким образом, для тел с размерами много меньше 1 м характерное время замедления вращения НЕ превышает времени существования Вселенной даже при столь малой плотности потока энергии, как "солнечная постоянная Земли".
Описанное явление можно учитывать при моделировании процесса образования планетно-пылевых систем вокруг звёзд.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2002–2003


Украинцев О., Горшков А.В. Расчёт подбарьерного прохождения частиц под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений.
По нашим предыдущим работам, гравитационное поле способно вызывать туннельный поток частиц с ненулевой массой через потенциальный барьер. При этом чем больше масса частицы, тем больше вероятность её туннелирования (при одинаковых размерах барьера). Например, в однородном гравитационном поле (или поле "сил инерции") с напряжённостью g, вытягивающем частицы из-за прямоугольной потенциальной стенки, справедлива Формула 1.
Величины g (м/с^2), при которых подэкспоненциальный множитель достигает 1, для разных масс и высот потенциального барьера представлены в Таблице 1.
Вблизи поверхности нейтронных звёзд g может достигать от 10^12 до 10^15 м/с^2. При столкновениях макроскопических тел возможно получение ускорений 10^11 и даже 10^17 м/с^2. Вблизи радиуса Шварцшильда гипотетических "чёрных дыр" (первичных) возможно получение ускорений 10^32 м/с^2. При столкновениях субрелятивистских элементарных частиц, ядер, мезоатомов, атомов возможны ускорения от 10^23 до 10^27 и даже 10^32 м/c^2 .
При существующем уровне техники  можно измерить соответствующие гравитационно-туннельные эффекты: 1) увеличение вероятности ядерных реакций и превращений элементарных частиц, 2) анизотропию (по направлению поля) дифференциального сечения ядерных реакций, 3) уменьшение периода полураспада долгоживущих атомных ядер.
В отдалённом будущем не исключено измерение: 4) фА тока в твёрдом теле с мкВ барьерами, 5) гравитационного излучения при гравитационном туннелировании астрономических тел, инерционном туннелировании микрочастиц при соударениях.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Украинцев О., Горшков А.В. Туннельный гравитометр–акселерометр на основе явления подбарьерного прохождения частиц под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений.
Работа относится к области микроэлектронного приборостроения (акселерометры, гравитометры, гироскопы).
По нашим предыдущим работам, гравитационное поле способно вызывать туннельный поток частиц с ненулевой массой через потенциальный барьер. При этом чем больше масса частицы, тем больше вероятность её туннелирования (при одинаковых размерах).
Выведена формула для вероятности туннелирования. Рассчитаны величины напряжённости гравитационно-акселерационного поля, при которых подэкспоненциальный множитель достигает 1, для ряда масс частиц и высот потенциальных барьеров.
Существует физико-техническая возможность измерить гравитационно-туннельный фА ток в твёрдом теле с мкВ барьерами (например, в изотопических структурах).
Научн.рук. – Горшков А.В.


Украинцев О.А. Прохождение частиц под гиперболическим потенциальным барьером под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений.
Работа относится к области теоретической физики. Исследовалось туннелирование частиц с ненулевой массой из потенциальных ям различной физической природы под действием вытягивающего эти частицы гравитационного поля.
Впервые рассчитана зависимость вероятности этого явления для барьера (удерживающего поля) гиперболической формы произвольной физической природы (в частности, электрической, гравитационной) от напряжённости гравитационного поля (ускорения частицы), параметров барьера и частицы. Также показан гравитационный аналог эффекта Шотки.
При расчёте вероятности гравитационного туннелирования интеграл в показателе экспоненты был приведён к безразмерному виду, затем возникший эллиптический интеграл 2-го рода (причём с переменным параметром) был взят вместо точного аналитического способа приближёнными шестью другими, в том числе численным интегрированием (с помощью разработанной автором программы); линейными и нелинейными приближениями.
Количественно уточнены оценки критической напряжённости гравитационного (“инерционного”) поля для случаев гравитационной эмиссии электронов из твёрдых тел, гравитационного туннелирования электронов через контакт разнородных электропроводящих тел, гравитационного туннелирования в удерживающем поле  сильного взаимодействия. Количественно уточнены оценки достижимых напряжённостей гравитационного поля для случаев поверхности нейтронной звезды, радиуса Шварцшильда гипотетических “чёрных дыр”. Количественно уточнены оценки достижимых ускорений при столкновениях макрочастиц (аэрозоль, атомные кластеры), показана физико-техническая возможность наблюдения гравитационно-туннельного электрического тока.
Уточнён способ оценки достижимых ускорений при сближении сильно взаимодействующих ядерных и элементарных частиц. Это ускорение оценено количественно и показано, что при этом вероятность инерционного туннелирования значительна.
Выведенные новые закономерности полезны для науки, т.к. уточняют наши представления о Вселенной и позволяют получить новую научную информацию при наблюдении астрофизических явлений, в ядерно-физических экспериментах, при исследовании элементарных частиц.
Также предложены способы экспериментального подтверждения этих новых явлений и закономерностей; предложены их практические применения; намечены направления дальнейших исследований и по некоторым уже получены предварительные результаты.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В., Украинцев О.А. Гипотетические новые способы осуществления ядерных реакций.
В наших предыдущих работах указано на возможность увеличения вероятностей и сечений ядерных реакций (бета-распад, деление, синтез, и др.) в сильном вытаскивающем гравитационном поле (а также поле "сил инерции"), а также в сильном электрическом поле.
В природе тоже вблизи первичных чёрных дыр могут образовываться области с напряжённостью гравитационного поля, достаточной для осуществления со значительной вероятностью гипотетического явления «гравитационного туннелирования», которое будет приводить к распаду ядер и составных элементарных частиц (причём в первую очередь будут покидать исходное ядро или частицу наиболее массивные составляющие); затем они могут соединяться в иные композиции.
В известных "обычных" способах (в том числе с мю-мезонным «катализом») (термический ТЯС, пучковый ПЯС) осуществления ядерных реакций стараются уменьшить (или даже сделать отрицательным) превышение барьера над энергией частицы; при пикноядерном (пьезоядерном, бароядерном) туннельном БЯС стараются уменьшить толщину барьера при практически неизменной форме.
При гипотетическом ультрахолодном (в том числе туннельном) УХЯС стараются уменьшить неопределённость импульса ядер так, чтобы (в соответствии с соотношением неопределённостей Шрёдингера) увеличить неопределённость координаты ядра, даже ограниченного потенциальной ямой (например, периодической или псевдопериодической бесконечной «пространственной решёткой потенциальных ям») с ненулевой проницаемостью, до таких величин, чтобы даже при такой малой неопределённости в энергии (при достаточно большом времени осуществления процесса) вероятность взаимодействия с ядром в одной из соседних «ям» стала бы достаточно высокой.
АКСЕЛЕРАЦИОННО-ИНЕРЦИОННЫЙ ТУННЕЛЬНЫЙ СПОСОБ АИсТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ СИНТЕЗА, ДЕЛЕНИЯ
Предлагаем "акселерационно-инерционный туннельный" способ "АИсТ1" ядерного синтеза, при котором сталкивают 2 исходные частицы с энергией, достаточной для преодоления ими потенциального барьера или туннелирования их через потенциальный барьер и образования синтезированного ядра с достаточно высокой (приемлемой) вероятностью, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что в не менее чем одной системе отсчёта, связанной с одной из частиц, перед слиянием частиц изменяют форму потенциального барьера так, чтобы при данном превышении потенциального барьера над энергией столкновения вероятность туннелирования повысилась бы и стала бы достаточной.
Сущность способа "АИсТ1" состоит в уменьшении толщины барьера на данном уровне энергии, точнее сказать, уменьшении известного интеграла в известной формуле для вероятности туннелирования; т.е. можно сказать, что аналогично пикноядерному способу.
Способ "АИсТ2" ядерного синтеза ("аэрозольный акселерационно-инерционный"), при котором осуществляют способ "АИсТ1", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что не менее чем одной (например, обе) из сталкиваемых частиц является макрочастица (кластер атомов, в том числе заряженный; частица аэрозоля, в том числе заряженная).
Способ "АИсТ3" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ2", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что второй частицей является макроскопическое тело с массой >> массы первой частицы.
Способ "АИсТ4" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ1", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что не менее чем одной (например, обеими) из сталкиваемых частиц является нейтральный атом.
Способ "АИсТ5" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ1", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что не менее чем одной (например, обоими) из сталкиваемых частиц является положительный ион (например, полностью ионизованный атом).
Способ "АИсТ6" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ1", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что не менее чем одной (например, обоими) из сталкиваемых частиц является отрицательный ион (например, однократный).
Способ "АИсТ7" ядерного синтеза, при котором осуществляют способы "АИсТ5" и "АИсТ6", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что одной из сталкиваемых частиц является положительный ион (например, однократный), а другой – отрицательный ион (например, однократный).
Способ "АИсТ8" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ7", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что одной из сталкиваемых частиц является ионизованный атом степени ионизации более 1, а другой – отрицательный ион такой же степени ионизации.
Способ "АИсТ9" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ1", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что не менее чем одной из сталкиваемых частиц (например, обоими) является мезоатом.
Способ "АИсТ10" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ9", ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что при этом одной из сталкиваемых частиц является мезоатом  изотопа водорода (мезо-протий, мезо-дейтерий, мезо-тритий), а второй из сталкиваемых частиц является однократный положительный ион изотопа водорода (например, такого же изотопа).
В "обычных" способах ядерного деления стараются уменьшить или даже сделать отрицательным превышение барьера над энергией частицы (пучковый способ; создание неустойчивого ядра введением дополнительных нуклонов).
Предлагаемые нами СПОСОБЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЯДЕРНОГО ДЕЛЕНИЯ «АИД» аналогичны способам с "АИсТ1" по "АИсТ10" включительно.
Например, предлагаем "акселерационно-инерционный туннельный" способ ядерного деления или обмена "АИД1", при котором сталкивают исходные частицы с энергией, достаточной для преодоления ими потенциального барьера или туннелирования их через потенциальный барьер с достаточно высокой (приемлемой) вероятностью и осуществления реакции деления или обмена, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что в системе отсчёта, связанной с одним из сталкиваемых тел (например, ядром атома), перед этой реакцией изменяют форму потенциального барьера так, чтобы при данном превышении потенциального барьера над энергией столкновения вероятность туннелирования повысилась бы и стала бы достаточной.
Сущность способа "АИД1" та же, что и способа «АисТ1».
Известно явление возбуждения атомных ядер электростатическим полем.
Известны фотоядерные реакции.
Предлагаем способ "ЭПТ" осуществления ядерной реакции (например, деления или обмена), при котором на ядро атома воздействуют внешним электромагнитным полем, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что на атомное ядро воздействуют внешним, по существу, однородным, по существу, стационарным (т.е. со временем изменения поля >> характерного времени самой реакции) электрическим полем такой высокой напряжённости, которая достаточна для туннелирования из ядра составляющих его подмножеств (нуклонов, их совокупностей, иных элементарных частиц), а также продуктов их превращений.
Способ «ЛЭПТ» осуществления ядерной реакции, при котором осуществляют способ «ЭПТ», ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что такое «внешнее электрическое поле», достаточное для туннелирования нуклонов, создают путём фокусирования в область реакции достаточно мощного пучка лазерного излучения, причём с длиной волны больше размеров ядра, вступающего в такую реакцию.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Украинцев О.А. Гравитационное (акселерационное) туннелирование через потенциальный барьер.
1. Рассчитана вероятность гравитационного туннельного эффекта [1] (подбарьерного прохождения частицы с ненулевой массой под действием вытягивающего эту частицу гравитационного поля или поля «сил инерции») для барьера (удерживающего поля) гиперболической (“кулоновской”) формы произвольной физической природы (в частности, электрической, гравитационной).
2. При этом рассчитаны координаты точек поворота и снижение максимума барьера (гравитационный аналог эффекта Шоттки). Очевидно, что это может проявляться макроскопически как: а) уменьшение работы выхода частиц из тела, б) рост тока термоэмиссии в режиме насыщения, в) уменьшение энергии поверхностной ионизации, г) сдвиг порога фотоэлектронной эмиссии, д) уменьшение энергетического порога ядерных реакций и превращений элементарных частиц.
3. При расчёте вероятности гравитационного туннелирования интеграл в показателе экспоненты был приведён к безразмерному виду, затем возникший эллиптический интеграл 2-го рода (причём с переменным параметром) Y(дзета) был взят вместо аналитического способа шестью другими. В том числе: линейное приближение (с погрешностью до 10%) и нелинейное приближение (с погрешностью до 3%).
4. Количественно показаны значительными величины вероятности этого явления для случаев удерживающего электрического и сильного взаимодействия (потенциал Тамма-Юкавы был приближённо заменён совокупностью ветвей «в основном» гиперболического и экспоненциального потенциалов): вблизи радиуса Шварцшильда гипотетических “чёрных дыр”; при сближении сильно взаимодействующих ядерных и элементарных частиц, в т.ч. нейтронов; при столкновениях макрочастиц (ат. кластеры, аэрозоль).
Научн. рук. – Горшков А.В.


Украинцев О.А., Горшков А.В. Акселерационно-инерционный туннельный способ АИсТ осуществления ядерных реакций синтеза и деления.
Предлагаем "акселерационно-инерционный туннельный" способ "АИсТ1" ядерного синтеза, распада, деления, обмена, при котором сталкивают 2 исходные частицы с энергией, достаточной для преодоления ими потенциального барьера или туннелирования их через барьер и образования синтезированного ядра с достаточно высокой вероятностью, отличающийся тем, что в не менее чем одной системе отсчёта, связанной с одной из частиц, перед слиянием частиц изменяют форму потенциального барьера так, чтобы при данном превышении барьера над энергией столкновения вероятность туннелирования повысилась бы и стала бы достаточной (вследствие уменьшения толщины барьера на данном уровне энергии, точнее сказать, уменьшении известного интеграла в формуле для вероятности акселерационного туннелирования  (отдалённо аналогично пикноядерному способу).
Способ "АИсТ2" ядерного синтеза, при котором осуществляют способ "АИсТ1", отличающийся тем, что не менее чем одной из сталкиваемых частиц является макрочастица (кластер, аэрозоль; например, заряженные).
Способ "АИсТ3" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ2", отличающийся тем, что 2-й частицей является макроскопическое тело с массой >> первой частицы.
Способ "АИсТ4" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ1", отличающийся тем, что не менее чем одной из сталкиваемых частиц является нейтральный атом.
Способ "АИсТ5" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ1", отличающийся тем, что не менее чем одной из сталкиваемых частиц является положительный ион.
Способ "АИсТ6" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ1", отличающийся тем, что не менее чем одной  из сталкиваемых частиц является отрицательный ион.
Способ "АИсТ7" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ5" и "АИсТ6", отличающийся тем, что одной из сталкиваемых частиц является положительный ион, а 2-й – отрицательный.
Способ "АИсТ8" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ7", отличающийся тем, что одной из сталкиваемых частиц является ионизованный атом степени ионизации более 1, а 2-й – отрицательный ион такой же степени ионизации.
Способ "АИсТ9" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ1", отличающийся тем, что не менее чем одной из сталкиваемых частиц является мезоатом.
Способ "АИсТ10" синтеза, при котором осуществляют "АИсТ9", отличающийся тем, что при этом одной из сталкиваемых частиц является мезоатом  изотопа водорода, а второй из сталкиваемых частиц является 1-кратный положительный ион изотопа водорода.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Украинцев О.А., Горшков А.В.  Гравитационное (акселерационное) туннелирование через барьеры гиперболический и Тамма–Юкавы.
1. Рассчитана вероятность гравитационного туннельного эффекта (подбарьерного прохождения частицы с ненулевой массой под действием вытягивающего эту частицу гравитационного поля или поля «сил инерции») для барьера (удерживающего поля) гиперболической (“кулоновской”) формы произвольной физической природы (в частности, электрической, гравитационной); а также для барьера Тамма–Юкавы.
2. При этом рассчитаны координаты точек поворота и снижение максимума барьера (гравитационный аналог эффекта Шоттки) (для гиперболического – точно, для Тамма–Юкавы – приближённо, только для больших F). Очевидно, что это может проявляться макроскопически как: а) уменьшение работы выхода частиц из тела, б) рост тока термоэмиссии в режиме насыщения, в) уменьшение энергии поверхностной ионизации, г) сдвиг порога фотоэлектронной эмиссии, д) уменьшение энергетического порога ядерных реакций и превращений элементарных частиц, анизотропия ядерных реакций в напряжённом гравитационном поле, уменьшение периода полураспада.
3. При расчёте вероятности гравитационного туннелирования интеграл в показателе экспоненты был приведён к безразмерному виду, затем возникший эллиптический интеграл 2-го рода (причём с переменным параметром) Y(дзета) был взят вместо аналитического способа шестью другими.
4. В том числе при гиперболическом барьере: линейное приближение (с погрешностью до 10%) и нелинейное приближение (с погрешностью до 3%).
5. Для случая удерживающего сильного взаимодействия потенциал Тамма–Юкавы был разложен в ряд Тейлора и приближённо заменён на совокупность двух: при x<<R чисто гиперболический, ближняя точка поворота приблизительно того же математического выражения, что и для гиперболического барьера, но с поправкой W1=W-Пси/R; а при x>>R – чисто экспоненциальный, дальняя точка поворота находилась решением трансцендентного уравнения численным, а также аналитическим приближённым, x2 приблизительно -W/F, причём найдена точка вершина барьера, аналог эффекта Шоттки в этом случае. После обезразмеривания осталось вычислить интеграл Yю(дзета). При его вычислении, если  a1<=R<=a2, то приближённо Формула1, второе слагаемое легко интегрируется до Формула2. Если же не налагать условия a1<=R<=a2 , то можно приближённо Формула3, второе слагаемое приближённо Формула4. Первое находилось численно, а в случае дзета<<a  – и аналитически, приближённо Формула5. Хотя W не рано W1, но при пси<<;RW; приблизительно можно сократить до (аналогичного по форме для гиперболического барьера) Формула6 (аналогия здесь только по математической форме, но не по величине, т.к. электрическое или гравитационное Пси не рано ПсиТЮ).
6. При оценке критических напряжённостей гравитационного поля (ускорений) g* для получения заметных вероятностей туннелирования в практических случаях получены оценки по порядку величины: для электронов с ЭВными барьерами 3;10^21 м/с2 , с барьерами в десятки мкЭВ 3;10^15 м/c2, для нуклонов с МЭВными барьерами 5;10^29 м/c2. Количественно показаны значительными величины вероятности этого явления для случаев: вблизи радиуса Шварцшильда гипотетических “чёрных дыр”; при сближении сильно взаимодействующих ядерных и элементарных частиц, в т.ч. нейтронов; при столкновениях макрочастиц (атомные кластеры, аэрозоль).
7. А именно, на поверхности даже нейтронных звёзд Формула7 и вероятность явления пренебрежимо мала.
8. Зато вблизи радиуса Шварцшильда гипотетических «чёрных дыр», причём микроскопических (диаметром в мкм – десятки мкм, массой порядка 10^22 кг) g  достаточно велика, должно быть Формула8 и Формула9. Но на слишком больших чёрных дырах вероятность явления пренебрежимо мала.
9. При столкновениях макрочастиц (кластеров атомов) размером L ускорение g=v0*vзв/L, где vзв – характерная скорость распространения деформации (звука), может достигаться g порядка 10^21 м/с^2.
10. При сближении электрически незаряженных (или заряженных противоположно) адронов (например, нейтронов) наибольшее релятивистское Формула10 g=W0/(дельта r * m0) = 2*10^29 м/с^2, где характерное расстояние дельта r=0,8*10^-15 м достигается при сближении без начальной скорости.
11. Для случая столкновения двух одинаковых атомов, электрически одинаково заряженных ядер, одинаково заряженных элементарных частиц наибольшее ускорение при их сближении возможно при начальной релятивистской кинетической энергии, равной релятивистскому эквиваленту массы покоя частиц.
12. Не исключаем, что в отдалённом будущем возможны и практические применения этого явления.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2003


Украинцев О.А., Горшков А.В. Об электрополевом способе осуществления ядерных реакций.
Достаточно очевидна физическая (но не техническая) возможность увеличения вероятностей и сечений ядерных реакций (бета-распад, деление, другие) в сильном вытягивающем электрическом поле. Известно явление возбуждения атомных ядер электростатическим полем. Известны фотоядерные реакции.
Также достаточно очевиден и можно считать известным (однако нам не известно источника такой информации) способ "ЭПТ" («электрополевой туннельный») осуществления ядерной реакции (например, деления или обмена), при котором на ядро атома воздействуют внешним электромагнитным полем, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что на атомное ядро воздействуют внешним, по существу, однородным, по существу, стационарным (т.е. со временем изменения поля >> характерного времени самой реакции) электрическим полем такой высокой напряжённости, которая достаточна для туннелирования из ядра составляющих его подмножеств (нуклонов, их совокупностей, иных элементарных частиц), а также продуктов их превращений.
Порядок требуемой напряжённости такого поля легко грубо оценить для лёгких ядер (т.е. с малым количеством протонов) из обычной формулы для вероятности туннелирования и зависимости высоты  потенциального барьера от атомной массы и заряда. Для грубых оценок мы заменяли потенциал Тамма-Юкавы вблизи ядра на приближённо гиперболический.
Способ «ЛЭПТ» осуществления ядерной реакции, при котором осуществляют способ «ЭПТ», ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что такое «внешнее электрическое поле», достаточное для туннелирования бета-частиц и даже нуклонов, создают путём фокусирования в область реакции достаточно мощного пучка лазерного излучения, причём с длиной волны много больше размеров ядра, вступающего в такую реакцию.
Была оценена требуемая плотность потока энергии излучения; она достижима физически в будущем, но пока не технически.
Способ «ЛЭПТИ», отличающийся от «ЛЭПТ» тем, что излучение фокусируют в область, содержащую полностью ионизированные атомы реагента. Способ, отличающийся от «ЛЭПТИ» тем, что длина волны излучения много больше среднего расстояния между такими ионами.
Научн.рук. – Горшков А.В.


2003


Орлов     .  Измерение мощности воздушной конвекционной турбинки.
Из измерений размеров, массы и времени затухания вращения турбинки на игольчатом подшипнике найден момент силы трения в подшипнике и сопротивления воздуха.
Из измерений времени раскрутки (разгона) турбинки восходящим стабильным потоком воздуха и установившейся частоты вращения рассчитана мощность турбинки.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2003–2004


Воробьёв Ю.В. Усовершенствование, проектирование, расчёт, численное моделирование, экспериментальное измерение параметров схемы генератора импульсного периодического высокого напряжения  на основе повышающего трансформатора и управляемого тиристорного ключа.
Для надёжного и безопасного получения высокого напряжения в учебно-научных условиях (например, в целях демонстрации искрового, дугового, тлеющего, высокочастотного барьерного  и др. разновидностей разрядов на уроках физики, химии, биологии, психологии, ОБЖ, НВП) создана (на уровне полезной модели или, может быть, даже изобретения) новая промышленно применимая схема управляемого генератора высокого импульсного напряжения ГВИН. При правильном выборе параметров схемы она способна работать в резонансном режиме, подобно генератору Н.Тесла. Схема обладает рядом преимуществ перед прототипом, а именно, стабильность амплитуды напряжения независимо от напряжения питания, управление напряжением и частотой повторения. Предложена методика её аналитического расчёта и оптимизации параметров радиотехнических элементов. Создана и отлажена программа для численного прямого моделирования процессов в устройстве, удовлетворительно согласующаяся с результатами прямых измерений: построены графики временнЫх зависимостей напряжения в нескольких контрольных точках схемы с помощью осциллографа и резисторно-ёмкостного компенсированного делителя.
Способ изменения тока в ГИН при помощи тиристора не нов; новизной в моей работе обладает устройство. ГВИН, содержащий выпрямитель, ограничитель зарядного тока, управляемый тиристорный ключ, накопитель электрической энергии, повышающий трансформатор, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что: 1) ограничитель зарядного тока (резистор Rзар) расположен так (между выпрямителем и делителем УЭ тиристора), что делитель управляющего электрода делит напряжение НЕ сетевое после выпрямителя, а напряжение на ёмкости С; это повышает надёжность срабатывания и безопасный режим работы тиристора, предохраняя схему от открывания тиристора при незаряженном конденсаторе или при процессе заряда ёмкости; это нисколько не ухудшает открытие тиристора, т.к. взятый мной тип тиристора не нуждается в поддерживающем открытость токе УЭ,  надо только кратковременный открывающий ток; можно сказать, что в ГВИН введена сильно нелинейная отрицательная обратная связь, обеспечивающая надёжные автоколебания практически независимо от «причуд» бытовой или промышленной сети; это также положительно отличает мою схему от прототипа; т.е. моя схема, если применять её в качестве точного прибора (генератора-задатчика высокого напряжения), не нуждается в стабилизаторе; 2) ёмкость С2 с защитным резистором R2 в цепи УЭ позволяет ускорить открытие тиристора: как только напряжение между анодом и катодом достигнет достаточного для открывания, эта маленькая ёмкость C2 начнёт быстро разряжаться в УЭ через малый защитный резистор R2 и тем самым произведёт открытие тиристора максимально возможно быстро; благодаря этой ёмкости мы можем взять резисторы в делителе больших номиналов, уменьшив их нагрев и предотвратив тем самым неэкономное расходование энергии, и повысив КПД устройства, но самое главное – уменьшив температурное изменение номиналов резисторов и увеличив точность срабатывания тиристора; обеспечивает также неодноврЕменность событий заряжания конденсатора С и открытия тиристора, поскольку С2 также требуется время на зарядку (фаза напряжения на С2 сдвигается относительно фазы напряжения на С – даёт возможность С «дозарядиться»); 3) ёмкость С1 на первичной обмотке катушки повышающего трансформатора позволяет при резонансном условии Теслы совпадения частот собственных колебаний первичного и вторичного контуров сделать КПД повышающего трансформатора максимально возможным и также максимально поднять напряжение на вторичной обмотке; выполняет также функции гасителя индуктивных бросков напряжения; 4) обратно-параллельный тиристору защитный диод  позволяет предохранить ценный элемент от индуктивных бросков напряжения при больших сопротивлениях нагрузки и заодно, перепуская индуктивный ток обратно  в ёмкость, а не гася его, повысить КПД.
Совокупность этих четырёх новых существенных признаков, отличающих мою схему от известной (от прототипа), являющихся как техническими решениями, так и конструктивными решениями, придающих ей новые полезные промышленно применимые свойства (в том числе стабилизацию амплитуды напряжения, управление ей и частотой повторения), позволяет утверждать, что я сделал конструктивное решение на уровне «полезной модели», а может быть, даже техническое решение на уровне изобретения.
При частоте повторения импульсов 50 Гц, комнатных температуре 24;2 ;C и относительной влажности по психрометру 60–80 % высокое напряжение устойчиво пробивает воздушный промежуток длиной до 17,8 плюс-минус 0,1 мм между шарами 10 мм; при 100  Гц – на несколько мм меньше. При помощи ёмкостного делителя с коэффициентом деления K=1050 плюс-минус 60 и осциллографа оказалось, что сначала следует отрицательный импульс -105 плюс-минус 10 кВ длительностью 200 плюс-минус 20 мкс, а затем положительный +75 плюс-минус 7 кВ длительностью 350 плюс-минус 40 мкс. При всех измерениях на вход схемы был добавлен трансформатор 1:1 для гальванического отделения схемы генератора от источника питания – городской электрической сети, а на выход – предохранительный регулируемый искровой разрядник. Были сняты также осциллограммы силы тока в газовом разряде с помощью низкоиндуктивного резисторного шунта.
Уверенно наблюдали различные формы газового разряда – коронный (на остриях от 15 мкм и толще), искровой, тлеющий (до 40 см) в форвакууме порядка торр, барьерный ВЧ в воздухе даже при атмосферном давлении, азоте, гелий-неоновой смеси. Наблюдалось характерное голубое свечение целлюлозы под действием ультрафиолетового излучения розово-фиолетового разряда. Через несколько секунд после начала действия барьерного разряда ощущался мощный запах озона в объёме около 0,5 м^3. При изменении давления остаточного газа при опытах в вакууме наблюдали не только объёмно-диффузный (с переходом цвета вдоль разряда от розового к голубому) тлеющий разряд, но и контракцию (шнурование) c образованием розово-фиолетовой «дуги» (но механизм разряда оставался лавинным и вторично-эмиссионным, как у тлеющего, а не термоэмиссионным, как у низковольтного дугового), стратификацию (расслоение), взрывную эмиссию (яркие бело-голубые «звёздочки»), скользящий разряд вдоль стенок газоразрядной камеры.
Я предлагаю многочисленные применения устройства во многих областях науки и техники, других сферах жизни общества: физике, химии, биологии, медицине, психологии, обороне, сельском хозяйстве и в быту.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Воробьёв Ю.В., Горшков А.В. Измерение времени развития импульсного разряда во влажном воздухе.
Цель эксперимента: исследование закономерностей электрического импульсного субмиллисекундного разряда высокого напряжения в воздухе при остаточном давлении от единиц торр до атмосферного. А именно, измерение и обнаружение закономерностей зависимости времени t задержки развития такого разряда при импульсах с частотой повторения 50 Гц, первой полуволной -105 плюс-минус 10 кВ длительностью 200 плюс-минус 20 мкс, второй полуволной +75 плюс-минус 7 кВ длительностью 350 плюс-минус 40 мкс, от остаточного давления P и расстояния L между остриями в виде двухосных эллипсоидов (средним диаметром 6 плюс-минус 0,5 мм), L=3..120 мм, расположенных горизонтально в диэлектрическом (стеклянном) цилиндре диаметром 75 мм, причём при температуре исходного воздуха +24 плюс-минус 2 ;C и его относительной влажности по психрометру 60–80 %. (Примечание: в данной постановке эксперимента электроды следует называть именно остриями, а не шарами, поскольку диаметр электродов d в большинстве серий измерений был больше межэлектродного расстояния L.)
Известно, что наблюдается отставание по времени тока от напряжения, т.к. лавинам электронов и стримеру либо лидеру требуется время на преодоление пути между электродами. Импульсный пробой газов может происходить в очень различающихся по физическим процессам формах: искровой разряд, высокоскоростная волна ионизации, тлеющий разряд (в том числе его разновидности со стратификацией и с контракцией, а также диффузно-объёмная форма), тёмный разряд, взрывная эмиссия в высоком вакууме. Их теория подробно представлена в известной литературе.
• Высоковольтная часть экспериментальной установки:
• Гальванически развязывающий от сети трансформатор 1:1
• Генератор высокого импульсного напряжения ГВИН собственной разработки, изготовленный Ю.В. Воробьёвым, с параметрами, указанными выше.
• Предохранительный регулируемый искровой разрядник, подключённый на выходе ГВИН параллельно основному газоразрядному устройству с токоизмерительным шунтом.
• Вакуумная часть, изготовленная А.В. Горшковым с участием Ю.В. Воробьёва :
• Насос форвакуумный школьный К3Ф с двигателем АОЛБ-31-4.
• Вентиль напуска атмосферного воздуха в полость насоса.
• Вентиль откачки вакуумной системы.
• Манометр-вакуумметр ОБВ1-100 класса точности 2,5 % с ценой деления 0,02 кгс/см^2
• Регулируемый натекатель воздуха в вакуумную систему.
• Газоразрядная вакуумная камера:
• Стеклянная бутылка ёмкостью 0,5 л, в дне которой имеется отверстие диаметром 1см.
• Вставленный в это отверстие эбонитовый вакуумный вентиль с шайбой и гайкой.
• Электрический ввод, пропущенный через эбонитовый кран, вакуумно загерметизированный и припаянный к латунной трубке с внутренней резьбой, в которую ввинчивается неподвижный электрод.
• Полиэтиленовая пробка, вакуумно загерметизированная, с резиновым сальником и стальным гладким подвижным штоком с меткой, ручкой и резьбой для закрепления подвижного электрода. Расстояние межу электродами может устанавливаться в пределах от 1 до 140 мм с абсолютной погрешностью около 0,5 мм.
• Электроды выполнены Ю.В. Воробьёвым в виде эллипсоидов вращения, близких по форме к шару, из сплава Sn+Pb диаметром 6 плюс-минус 0,5 мм, припаянных к цилиндру с резьбой.
• Вакуумные шланги с хомутами.
• Измерительная часть:
• Осциллограф С1-73 с ценой деления 0,2 клетки.
• Последовательно подсоединённый шунт сопротивлением 1,0 плюс-минус 0,05 Ом для измерения тока разряда способом измерения падения напряжения на нём с помощью осциллографа.
• Ёмкостный делитель напряжения с коэффициентом деления K=1050 плюс-минус 60 свыше 1 кВ.
• Скомпенсированный резисторно-ёмкостный делитель 1:10 до 1 кВ.
Поведение графика t(P) резко меняется при прохождении некоторой критической точки Pкрит, зависящей от L. Это связано со сменой режима разряда: при увеличении Р от малых Р диффузный тлеющий, а затем прямолинейный контрагированный тлеющий, а затем дугообразный контрагированный тлеющий резко сменялся искровым при больших P (по резкому изменению цвета от розово-фиолетового на бело-голубой, по резкому изменению звука от звеняще-шипящего на стрекочущий, по резкому изменению формы канала разряда с плавной на ломаную). Линейная аппроксимация с относительной погрешностью 10-20% дала PкритL = 19L + 310 Па*м , а также PкритL = -16Pкрит + 1540 Па*м.
В предположении, что, возможно, зависимость t от P и L является степенной функцией с неизвестными степенями альфа и бета соответственно, были построены графики ln¬_t(ln_P), а по ним найдено соответствующее значение альфа в области малых Р («тлеющий» механизм разряда): альфа=0,24 плюс-минус 0,12 и в области больших Р («искровой») альфа=0,81 плюс-минус 0,14.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Yuriy Vladimirovich  Vorobiev. High Surge Voltage Generator and Time Measurement of the Development of Two Types of Electric Discharge in Humid Air Depending on Pressure.
The work deals with the new circuit of High Surge Voltage Generator (HSVG) having a series of advantages over well-known ones, the method of its calculation by (use of) computer, the formulae for the analytical optimization of the circuit have been derived. The test results of the experimental specimen are given. The generator produces the voltage 75-100 kV, the frequency of pulse repetition is 100 Hz.
In the experimental vacuum plant having HSVG various types of gas discharge including corona, spark, glow discharges, high-frequency capacitive discharges have been seen. The formation of ozone and other gases, ultra-violet radiation has been observed. The experimental study of the time of high-frequency glow and spark discharge development depending on air pressure and the distance between the electrodes has been done and it has been revealed some general regularities.
Sci. Adv. – Gorshkov A.V.


Горшков А.В. О нестойкости квантовой криптографии.
Предложены устройство и способ для практически незаметного для номинально-легальных пользователей отвода «квантово-криптографического» потока информации. Как следствие, показана возможность нарушения в «квантово-криптографических системах» аутентификации. Как следствие, показаны существенные ограничения на «квантовую» достоверную и на «квантовую» секретную рассылку ключей, подписей, данных. В итоге, восстановлено мнение о том, что и «квантовая криптография» не может противоречить теореме Симмонса.
Несколько десятков лет известна идея «квантовой криптографии» (К.К.), основанная на тезисе: «Злоумышленник не может отвести часть сигнала с передающей линии, так как нельзя поделить электромагнитный квант на части. Любая попытка злоумышленника вмешаться в процесс передачи вызовет непомерно высокий уровень ошибок». Очевидно, что если этот тезис верен, то КК применима для задач аутентификации (обеспечения достоверности) – причём аутентификации и сообщений, и ключей, и узлов, и участников информационного обмена (номинального отправителя и др.), и для практически непрерывного контроля физической целостности каналов, и для анализа в каналах уровня естественных шумов и разумной активности (воздействий) третьих лиц (в т.ч. злоумышленников) информационного обмена. Менее очевидно, что КК применима и для противоположной (в смысле Симмонса) задачи – стойкого шифрования (обеспечения секретности). Частным применением этой идеи может быть, например, «квантовая рассылка ключей QKD (Quantum Key Distribution)», например, протокол BB84 Беннета и Брассарда, способ и соответствующий протокол Эккерта на основе эффекта Айнштайна–Подольского–Розена (противоположная поляризация фотонов, излучённых одновременно при самопроизвольном двухфотонном девозбуждении сферически симметричного свободного атома), алгоритмы B91, B92 и др. Обычным физическим параметром, несущим информацию, используемым в современных оптических каналах связи, является вектор поляризации фотона. Используют (ныне реже) и другие параметры фотона – его положение, его энергию, вектор импульса. Они также связаны между собой соотношением неопределённостей Гайзенберга, справедливость которого в волновой (квантовой) физике мы подвергать сомнению здесь отнюдь не намерены. Многочисленные подробности о КК любому читателю легко найти в Internet или в журналах «ТИИЭР» (пер. с англ. IEEE), «Сети», популярных журналах «Наука и жизнь», «Техника–молодёжи» и др., а о квантовой механике – в популярном журнале «Квант».
Намерены же мы опровергнуть нечто иное – исходный тезис «квантовой криптографии», указанный выше, поскольку он является очевидным примером нарушения логической последовательности вывода.
А именно, если принять за «аксиому», сославшись на общеизвестную волновую (квантовую) физику, что «нельзя поделить электромагнитный квант на части», то, действительно, условный, номинальный злоумышленник (криптоаналитик, К.А.) не может отвести из канала связи часть фотона, следовательно, при однофотонных передачах действительно не может отвести из канала часть кодированного сообщения (сигнала) без того, чтобы в канале возникли какие-либо изменения квантовых состояний физических параметров физических носителей информации. Итак, с этой частью исходного тезиса автор согласен.
Но следующий шаг в рассуждениях в исходном тезисе КК – что якобы любая попытка вмешательства КА в канал, связанная с отводом фотонов, приводит на выходе из канала к «недопустимому уровню ошибок», ошибочен, ибо это есть произвольная аксиома, ниоткуда не следующая. Покажем это.
Известны формулы для вероятности вынужденного излучения (Айнштайн, 1916), явление усиления интенсивности вынужденного излучения (В.А. Фабрикант, 1939, СССР), способ усиления электромагнитных излучений (В.А. Фабрикант, Ф.А. Бутаева, М.М.  Вудынский, 1951), общеизвестные работы 1952–1964 гг., в т.ч. Нобелевских лауреатов, по практическому созданию квантовых генераторов и усилителей СВЧ, ИК, видимого, а позднее – УФ и рентгеновского диапазонов. Вынужденно излучённый фотон при определённых известных условиях тождественен вынуждающему, в частности, обладает той же энергией, вектором импульса, фазой и поляризацией. Известны квантовые усилители, способные усиливать излучение любой поляризации. Известны также быстродействующие однопроходные квантовые усилители (в средах с очень большим коэффициентом усиления). Известны квантовые усилители, действующие в широком диапазоне энергий.
Известны ослабители (делители) светового потока, переключатели (отводчики), в т.ч. быстродействующие рассекатели цуга фотонов (на явлениях Поккельса, Керра, Фарадея, самопросветления, самофокусировки Аскарьяна и Пилипецкого, и на др. явлениях). Общеизвестно явление полного внутреннего отражения света, практически повсеместно используемое в оптоволоконных линиях связи. Известно явление нарушенного полного внутреннего отражения электромагнитного излучения. Известны устройства для ввода фотонов в световод. Известно явление квантового замедления света как в обычных, так и в криогенных (сверхтекучих, сверхпроводящих) средах.
«Номинальный злоумышленник» (точнее, КА – например, оперативный государственный следователь, либо действительно злоумышленник), таким образом, может с целью чтения (дешифровки) защищённого сообщения из канала КК, а также с целью его целесообразного изменения – порчи, подмены сообщения, самозванства (лжеаутентификации узла, канала, участника), выполнить следующие действия, которые назовём здесь «способ ГАВ для взлома КК канала», действия (шаги) способа пронумерованы по порядку: 1) Внедряют в канал КК устройство, осуществляющее перенаправление (отведение) потока физических носителей информации (фотонов) из канала КК в канал КА. 2) Отведённые в канал КА фотоны подают на вход квантового (фотонного) усилителя. 3) В квантовом (фотонном) усилителе получают цуг не менее чем 2-х фотонов, практически тождественных по энергии, вектору импульса, фазе, поляризации. Можно сказать, что в нём происходит копирование фотонов, отличающихся от исходного сколько-нибудь значительно разве что временем выхода из устройства. 4) Образовавшиеся в этом усилителе фотоны (когерентный цуг фотонов) рассекают, разводят не менее чем на 2 части (не менее чем 2 отдельных фотона, тождественных исходному, кроме разве что времени и положения в пространстве), например, ячейкой Керра или ячейкой Поккельса. 5) По одной из этих частей (фотону) судят о значении переданного элемента сообщения, т.е. её регистрируют и анализируют обычным способом, как если бы она была получена непосредственно из КК канала. 6) Другую часть (фотон) вводят в канал КК ближе к номинальному получателю, чем место отвода исходного фотона из канала КК криптоаналитиком. При этом стараются ввод фотона осуществить так, чтобы время его поступления к номинальному получателю по возможности было бы неотличимо от времени нормального (т.е. без вмешательства КА) поступления фотона по КК каналу к номинальному получателю. (Например, это возможно, если КК канал – оптоволоконный, с групповой скоростью фотонов существенно меньше скорости света в вакууме, причём достаточно длинный, а путь от места «несанкционированного» отвода из КК канала до места ввода в КК канал – вакуумный или воздушный.) 7) Остальные (если есть) фотоны поглощают, используют иначе или игнорируют, при этом заботятся о том, чтобы в канал КК «лишние» фотоны не проникли бы.
Способ ГАВ2, отличающийся от ГАВ тем, что на шаге 4 рассечение (разведение) цуга осуществляют после его выхода из квантового усилителя (напр., ячейками Керра, Поккельса, др.). Способ ГАВ3, отличающийся от ГАВ тем, что на шаге 4 рассечение (разведение) цуга осуществляют внутри усилителя, в процессе генерации фотонных лавин (напр., дифракцией на малом отверстии, зеркале, световоде). Способ ГАВ4, отличающийся от ГАВ2,3 тем, что количество рассекателей (разводчиков), а также усилителей, а также устройств ввода фотона в КК канал равно количеству возможных значений физического параметра фотона, считающегося несущим информацию, причём каждый из рассекателей (разводчиков), а также усилителей, а также устройств ввода фотона в КК канал является осуществляющим своё назначение для фотонов, обладающих только одним («своим») из этих возможных значений, а  другие – для других из этих возможных значений, так, что существует взаимно-однозначное отношение между множеством возможных значений информативного параметра фотона и множеством рассекателей (отводчиков), а также усилителей, а также устройств ввода фотона в КК канал. Способ ГАВ5, отличающийся от ГАВ1,4 тем, что отведение фотонов из оптического волокна осуществляют без нарушения непрерывности оптического волокна КК канала, приближая к сердцевине оптоволокна сердцевину другого оптоволокна на расстояние столь малое, что туннелирование фотонов из оптоволокна КК канала в оптоволокно КА в условиях нарушенного полного отражения достаточно высоко вероятно. Способ ГАВ6, отличающийся от ГАВ1,4,5 тем, что усиление света проводят в однопроходном всеполяризационном широкополосном квантовом усилителе. Способ ГАВ7, отличающийся от ГАВ1,4,5,6 тем, что КА заранее вводит в канал КК линию задержки между местом отведения и местом введения фотонов.
Итак, КК в общепринятых вариантах их реализации нельзя считать стойкой.
При предложенном здесь способе вмешательства КА в информационный поток в КК канале у номинальных отправителя и получателя остаются следующие возможности: 1) анализ времени прохождения фотонов (синхронизация), 2) использование воздушного, а не оптоволоконного канала, 3) использование криптосистемы с открытым чрезмерно большим шифрблокнотом общего пользования.


Карипов Д.Р. Новые экологически чистые способы получения электроэнергии: ветровые с соплом Прандтля и аэрогеотермальный конвекционный.
Научным руководителем была поставлены задачи: 1) придумать и рассчитать устройство, использующее энергию ветра, которое при той же мощности, что и ветряки, не требовало бы создания больших вращающихся лопастей и потому было бы дешевле, надёжнее и безопаснее; 2) придумать и рассчитать устройство, использующее тепловую энергию недр Земли, которое могло бы быть размещено где угодно, а не только в вулканических местностях, и не требовало бы принудительной прокачки вязкой жидкости – воды.
Изобретена полезная модель – аэрогеотермальная конвекционная электростанция (АГТКЭС), в которой сквозь недра Земли пропускают теплоноситель из скважины (шахты) А в скважину (шахту) Б и используют отобранное им тепло для совершения полезной работы, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что теплоносителем является атмосферный воздух, скважина А выполнена теплоизолированной от Земли, круглого (или квадратного) сечения с большим диаметром (ребром) D>>L характерной толщины прогрева теплоносителя, а в нижней части скважины Б выполнен (нетеплоизолированный) теплообменник от Земли к теплоносителю, сечение теплообменника скважины Б такое (пучок тонких труб диаметром d<<L или  узких щелей шириной просвета d<<L), что его характерный поперечный размер << характерной толщины прогрева теплоносителя, суммарный периметр сечения теплообменника много больше периметра сечения скважины А, суммарная площадь сечения теплообменника много больше площади сечения скважины А, верхняя часть скважины Б теплоизолирована от Земли, на входе (выходе) не менее чем одной из скважин установлена турбина (ветродвигатель, ветровой генератор электроэнергии), теплоноситель выбран таким (например, атмосферный воздух или океанская вода), что его плотность убывает с повышением температуры (в рабочем диапазоне температур) .
Поэтому теплоноситель, попавший в скважину А, не успевает прогреваться за время прохождения по этой скважине (потому что течёт быстро, скважина теплоизолированная, толстая, круглая), а за время прохода по теплообменнику скважины Б успевает прогреться (потому что течёт медленно из-за большой суммарной площади сечения, нетеплоизолированный пучок узких скважин, каналов, туннелей, труб, щелей имеет большое отношение периметра к площади сечения). Значит, в скважине Б температура теплоносителя (воздуха, воды) больше, а плотность – меньше, чем в трубе А. По закону Архимеда, в трубе Б теплоноситель будет всплывать вверх и за собой всасывать теплоноситель из трубы А. Разность давлений найдена из закона Паскаля, а ускорение – из закона Архимеда и 2-го закона Ньютона, плотность полезного потока энергии на выходе из скважины найдена из закона сохранения энергии, уравнения теплоотдачи от стенки в воздух и формулы Карно.
Предложен усовершенствованный ветродвигатель и АГТКЭС, отличающийся тем, что на канале А расположено расширяющееся дозвуковое сопло, а на канале Б – сужающееся дозвуковое сопло (Прандтля), сопло А расположено в месте с маленькой скоростью ветра на входе в сопло, а сопло Б – в месте с большой скоростью ветра на входе в сопло. По закону сохранения потока вещества в широком сечении А скорость будет пониженная, а в узком сечении Б – пониженная. По уравнению Бернулли получается, что в А будет повышенное давление, в Б – пониженное. Таким образом, ветер, дующий на поверхности Земли, будет создавать в АГТКЭС дополнительную тягу.
Такое устройство можно использовать и для другого применения – не только в ветровых электростанциях, но и для улучшения тяги труб промышленных предприятий и жилых домов! Это улучшит свойства труб, уменьшит затраты, удешевит производство и затраты на жизнь.
Рассчитаны КПД, ускорение тяги, полезная мощность с единицы площади поперечного сечения скважины АГТКЭС. Оказалось, что она пропорциональна кубу глубины скважины! В скважине глубиной 1 км можно получать около 20 кВт/м^2, глубиной 2 км – 160 кВт/м^2, глубиной 3 км – 540 кВт/м^2. Существуют скважины, пробуренные гораздо глубже.
Достоинства АГТКЭС по сравнению с обычными ветровыми или геотермальными (гидравлическими) электростанциями:
1. Может работать даже при небольших (единицы, десятки градусов) перепадах температур (мелкие скважины в невулканических областях), тем более – при сотнях градусов.
2. Можно обойтись без принудительной подачи теплоносителя, он же является и рабочим телом, вращающим турбину. Потери мощности на вязкое трение газа (воздуха) гораздо меньше, чем жидкости.
3. Может работать, в отличие от обычных геотермальных станций, даже в невулканических областях, где угодно.
4. Его действие не зависит от погоды.
5. Воздух закачивать в скважину не нужно, он в такой конструкции засасывается вовнутрь сам из атмосферы.
6. С единицы занимаемой территории АГТКЭС может давать гораздо больше электроэнергии, чем другие виды электростанций, кроме разве что ядерных.
7. В морском дне можно сделать подобный АГТКЭС гидрогеотермальный конвекционный генератор, засасывающий воду из океана и возвращающий воду в него же. Только в холодных местностях океана может оказаться течение наоборот: потому что при температурах от 0 до 4 градусов Цельсия вода не расширяется, а сжимается с повышением температуры.
8. АГТКЭС практически вечна (но не является «вечным двигателем»), потому что работает всегда, пока не испортилась скважина. Тепло недр Земли существует миллиарды лет, и ожидается, что будет существовать тоже миллиарды лет. Энергия берётся за счёт ядерных реакций распада радиоактивных элементов в коре, мантии и ядре планеты Земля.
Полезность АГТКЭС состоит в том, что её можно применять для получения электроэнергии везде, где можно пробурить скважины, шахты или воспользоваться уже готовыми, заброшенными, или естественными пещерами – для совершения полезной механической работы или выработки электроэнергии.
АГТКЭС – экологически чистая, так как использует только естественный поток энергии изнутри Земли наружу в Космос. Если АГТКЭС строить на Земле не слишком густо, то изменение (увеличение) мощности этого потока будет пренебрежимо мало по сравнению с тем, что уже идёт из Земли в Космос, и никак не повлияет на природу.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Карипов Д. Новый экологически чистый способ получения электроэнергии:  «аэрогеотермальный» конвекционный.
Изобретена полезная модель – аэрогеотермальная конвекционная электростанция (АГТКЭС), в которой сквозь недра Земли пропускают теплоноситель из скважины (шахты) А в скважину (шахту) Б и используют отобранное им тепло для совершения полезной работы, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что теплоносителем является атмосферный воздух, скважина А выполнена теплоизолированной от Земли, круглого (или квадратного) сечения с большим диаметром  D>>L характерной толщины прогрева теплоносителя, а в нижней части скважины Б выполнен теплообменник от Земли к теплоносителю, сечение теплообменника скважины Б такое (пучок тонких труб диаметром d<<L или  узких щелей шириной просвета d<<L), что его характерный поперечный размер << характерной толщины прогрева теплоносителя, суммарный периметр сечения теплообменника много больше периметра сечения скважины А, суммарная площадь сечения теплообменника много больше площади сечения скважины А, верхняя часть скважины Б теплоизолирована от Земли, на входе не менее чем одной из скважин установлена турбина, теплоноситель выбран таким (например, атмосферный воздух или океанская вода), что его плотность убывает с повышением температуры.
Разность давлений найдена из закона Паскаля, а ускорение – из закона Архимеда и 2-го закона Ньютона, плотность полезного потока энергии на выходе из скважины найдена из закона сохранения энергии, уравнения теплоотдачи от стенки в воздух и формулы Карно. Рассчитаны КПД, ускорение тяги, полезная мощность с единицы площади поперечного сечения скважины АГТКЭС. Оказалось, что она пропорциональна кубу глубины скважины! В скважине глубиной 1 км можно получать около 20 кВт/м^2, глубиной 2 км – 160 кВт/м^2, глубиной 3 км – 540 кВт/м^2. 
Научн. рук. – Горшков А.В.


Карипов Д.Р. Экспериментальные изменения полезной мощности действующей модели новой экологически чистой «аэрогеотермальной» конвекционной электростанции.
В наших предыдущих работах была изобретена и физически рассчитана АГТКЭС – аэрогеотермальная конвекционная электростанция. В частности, показано, что её полезная мощность на единицу поперечного сечения пропорциональна кубу глубины скважины (или шахты).
Здесь, по идее профессора ЮУрГУ Мирзоева, предложена несколько другая конструкция, которая позволит сэкономить на бурении шахт или скважин. Она отличается тем, что достаточно пробурить только одну скважину, а в неё соосно поместить теплоизолированную трубу, которая будет являться как бы второй скважиной. В такой конструкции поток теплоносителя будет направлен от внешней скважины к внутренней трубе. Воздух, попавший в область теплообменника, будет нагреваться, тогда по закону Архимеда, воздух в трубе будет всплывать вверх и всасывать за собой воздух из теплоизолированной скважины, в которой в свою очередь воздух не будет успевать прогреваться. Таким образом, будет совершаться полезная работа. 
Я сделал действующую модель аэрогеотермального конвекционного двигателя глубиной h=0,5 м и диаметром d=2r=22 плюс-минус 0,5 мм. Установившаяся частота вращения ;=1,2 плюс-минус 0,25 Гц, характерное время раскрутки вертушки из положения покоя t=4,5 плюс-минус 0,3 с, характерное время изменения потока воздуха 1150 плюс-минус 100 c. Экспериментально измерена мощность  раскрутки вертушки 2,7 плюс-минус 0,9 мкВт на такой маленькой глубине. Полномасштабный двигатель будет гораздо мощнее.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2003–2005


Ковалёв А.А. Новые экологически чистые способы получения электроэнергии: ветровые со сверхзвуковым соплом Лаваля, «солнечная термоэлектрическая банка», «землероечный» и «бризовый» конвекционные.
Работа относится к области безопасной для здоровья человека и природы энергетики. Научным руководителем были поставлены задачи: 1) придумать и рассчитать устройство, использующее энергию ветра, которое при той же мощности, что и ветряки, не требовало бы создания больших вращающихся лопастей и потому было бы дешевле, надёжнее и безопаснее; 2) придумать и рассчитать устройство, использующее энергию суточных перепадов температуры, но существенно отличающееся от известного «уральского кубика» (Устимчика и Горшкова).
Изобретены полезные модели – ветровой двигатель для планет с особыми погодными условиями, содержащий атмосферозаборник (воздухозаборник), сопло и турбину отбора мощности от потока газа, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что турбина установлена в расширяющейся (ниже по течению, после критического сечения) части сверхзвукового сопла Лаваля; и его усовершенствования: отличающийся тем, что содержит канал, соединяющий камеру высокого давления и сопло, в котором установлена ещё одна турбина; и отличающийся тем, что содержит широкий канал, установленный после сопла Лаваля, направленный вниз, с ещё одной турбиной, которая работает оттого, что струя газа из сопла Лаваля, совершившая полезную работу, замедляется и охлаждается, поэтому её плотность больше, чем у окружающей среды, и этот поток будет опускаться вниз под действием равнодействующих силы тяжести и силы Архимеда.
Набегающий в воздухозаборник газ ускоряется в сопле Лаваля до сверхзвуковой скорости, его давление уменьшается, а кинетическая энергия поступательного движения резко возрастает, и затем отбирается от газа турбиной.
Рассчитана полезная мощность, которую можно снимать с единицы площади сечения такого устройства, она оказалась более 1 МВт.
Изобретена полезная модель – «солнечная термоэлектрическая банка», представляющая собой закрытый (герметичный) испарительный двигатель, содержащий термоэлектрические генераторы (как в «испарялке» Кабанова, Долгих и Горшкова), ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что устройство содержит не только испаритель, но и конденсатор жидкости (например, воды), причём испаритель с конденсатором образуют единый герметичный (закрытый) объём, из которого жидкость не может испариться наружу, а термоэлектрические генераторы установлены не только в области испарения жидкости, но и в области конденсации жидкости.
Изобретён «землероечный» конвекционный двигатель и генератор электроэнергии, содержащий ветродвигатель (турбину), канал с теплоносителем (заодно и рабочим телом) – воздухом (или водой), – конвектирующим за счёт разности температур внутри канала и снаружи, в атмосфере (или в океане соответственно), ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что две вертикальные скважины (трубы) сделаны разной глубины, соединены между собой горизонтальной трубой (туннелем) и находятся внутри грунта, у которого теплоёмкость больше, чем у воздуха.
Поэтому утром внутри температура меньше, а плотность больше, чем снаружи, и поток воздуха идёт от высокой скважины к низкой; а вечером всё наоборот; и в обоих случаях движущийся воздух движет турбину и вырабатывает электроэнергию.
Рассчитана полезная мощность, которую можно снимать с единицы площади такого устройства, она оказалась в условиях средней полосы около 30 Вт/м^2  поверхности такой «норки».
Изобретён прибрежный «бризовый» конвекционный двигатель и генератор электроэнергии, содержащий ветродвигатель (турбину), канал с теплоносителем (заодно и рабочим телом) – воздухом – конвектирующим за счёт разности температур, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что две вертикальные скважины (трубы), соединённые между собой горизонтальной трубой (туннелем) сделаны одинаковой глубины, но в разных местах: одна в водоёме (море), а другая – на суше.
Теплоёмкость воды больше, чем у вещества берега (камень, глина). Поэтому вечером внутри «морской» трубы температура больше, а плотность меньше, чем в «береговой», и поток воздуха идёт от береговой скважины к морской; а утром всё наоборот; и в обоих случаях движущийся воздух движет турбину и вырабатывает электроэнергию.
Рассчитана полезная мощность, которую можно снимать с единицы площади такого устройства, она оказалась в условиях средней полосы тоже около 30 Вт/м^2  поверхности труб.
Если сделать трубы достаточно длинными, глубокими, например, 1 км, то можно получать около 30 кВт/м^2 площади поперечного сечения.
Изобретённые мной устройства можно применять в промышленности и в быту для совершения механической работы или для выработки электроэнергии.
Достоинства этих устройств очевидны: чистота, безопасность, надёжность, долгий срок службы. Особенно хороши они в тех местах, где есть большие суточные колебания солнечного сияния, доходящего на поверхность Земли, например, в сухих пустынях (Гоби, Каракумы, Сахара, Австралия) – «землероечный», – или на морских побережьях пустынь (Атакама, Сахара, Аравия, Австралия) – «бризовый».
Научн. рук. – Горшков А.В.


Ковалёв А.А. Термоэлектрическое усовершенствование «землероечного» и «бризового» конвекционных двигателей, экспериментальное исследование их свойств, а также сверхзвуковые ветроустановки с соплом Лаваля и соплом и антисоплом Прандтля.
Изобретены полезные модели: ветродвигатель для планет с особыми погодными условиями, содержащий атмосферозаборник, сопло и турбину отбора мощности от потока газа, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что турбина установлена в расширяющейся (ниже по течению, после критического сечения) части сверхзвукового сопла Лаваля; и его усовершенствования.
Изобретён «землероечный» конвекционный двигатель и генератор электроэнергии, содержащий ветродвигатель (турбину), канал с теплоносителем (заодно и рабочим телом) – воздухом (или водой), – конвектирующим за счёт разности температур внутри канала и снаружи, в атмосфере (или в океане соответственно), ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что две вертикальные скважины (трубы) сделаны разной глубины, соединены между собой горизонтальной трубой (туннелем) и находятся внутри грунта, у которого теплоёмкость больше, чем у воздуха.
Изобретён прибрежный «бризовый» конвекционный двигатель и генератор электроэнергии, содержащий ветродвигатель (турбину), канал с теплоносителем (заодно и рабочим телом) – воздухом – конвектирующим за счёт разности температур, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что две вертикальные скважины (трубы), соединённые между собой горизонтальной трубой (туннелем) сделаны одинаковой глубины, но в разных местах: одна в водоёме (море), а другая – на суше.
Достоинства этих устройств очевидны: чистота, безопасность, надёжность, долгий срок службы. Особенно хороши они в тех местах, где есть большие суточные колебания солнечного сияния, доходящего на поверхность Земли, например, в сухих пустынях (Гоби, Каракумы, Сахара, Австралия) – «землероечный», – или на морских побережьях пустынь (Атакама, Сахара, Аравия, Австралия) – «бризовый». Также землероечный двигатель можно использовать в качестве быстро устанавливаемого источника электроэнергии, не требующего топлива, в экстремальных условиях: на Луне, на земных научных станциях в тяжёлых природных условиях, а также при ликвидации последствий чрезвычайных происшествий в жилых районах, подвергшихся воздействию эпидемий, природных катаклизмов, войн или техногенных катастроф.
При анализе оказалось, что чем меньше радиус канала, тем больше плотность потока энергии. Поэтому выгодно делать «пучок» параллельных тонких каналов (теплообменник текущего воздуха с окружающей средой). Например, для обычных суточных перепадов в 15 градусов и длины горизонтального туннеля всего лишь около 1 км и диаметре скважины около 0,1 м плотность потока энергии 130 кВт/м^2 !!! Это в 1000 раз больше солнечной постоянной. Закон сохранения энергии не нарушается, потому что канал собирает теплоту с поверхности гораздо больше, чем площадь своего поперечного сечения. Можно сделать ещё больше!!! Этого количества энергии (всего лишь с 1 м^2) хватит для нужд не только большой семьи, но даже многоквартирного дома!!! И для получения электроэнергии можно использовать не только специально проложенные, но и заброшенные шахты, тоннели, подвалы, метро, трубы.
 Достоинства: Cверх- и дозвуковая ловушки имеют КПД в 42% и очень высокую мощность (см. приложение). “Землероечный” и “бризовый” двигатели – высокие средние мощность, КПД, просты в устройстве. Термоэлектрическая банка, «землероечный» и «бризовый» двигатели  могут работать неограниченное время. Их надо построить только один раз, ломаться в них почти нечему. Источник энергии – Солнце, практически вечный. Очень высокая плотность потока энергии, больше только у АЭС!!!
Недостатки: Сверхзвуковая ловушка в обычных условиях Земли не работает, но может работать при ураганном ветре, а также на Марсе, на Юпитере;  Дороговизна “землероечного” и “бризового” двигателей, если тоннели делать специально, из-за большого расстояния между столбами (трубами).
Выводы:
1. Предположительно изобретены сверхзвуковой ветродвигатель с соплом Лаваля; и модификация дозвукового ветродвигателя с соплом Прандтля. Грубо оценены их мощность и максимально возможный КПД (около 43%). У сверхзвукового можно получить 20 кВт/м^2 воздухозаборника при скорости ветра 100 м/c (ураганище). Зависимость удельной мощности от скорости ветра приблизительно кубическая (у дозвукового) или линейная (у сверхзвук.).
2. Изобретены “Землероечный” и “прибрежный бризовый” двигатели с открытым циклом рабочего тела. Разность давлений и мощность можно сделать гораздо больше, чем от обычного ветряка на берегу. Также их модификации, в том числе геметичная с «замкнутым циклом» (разновидность известного «уральского кубика»), пригодная для использования на Луне, Марсе, Меркурии (где суточные перепады температуры в десятки раз больше). Также воздушный канал можно уложить «змейкой» в выкопанную канаву и сократить размеры занимаемой территории. Также можно область, переходную между водой и сушей, теплоизолировать от воздушного канала. Оказалось, что чем меньше радиус канала, тем больше плотность потока энергии, поэтому выгодно делать «пучок» параллельных тонких каналов (теплообменник текущего воздуха с окружающей средой).
3. Проанализирована зависимость удельной мощности от длин воздушных каналов, она оказалась  линейная. Рассчитана глубина, до которой мой двигатель лучше, чем аэрогеотермальный двигатель Карипова. Например, для обычных суточных перепадов в 15 градусов и длины горизонтального туннеля всего лишь около 1 км и диаметре скважины около 0,1 м плотность потока энергии 130 кВт/м^2 !!! Это в 1000 раз больше солнечной постоянной.
4. Достоинства этих устройств очевидны: чистота, безопасность, надёжность, долгий срок службы. Особенно хороши они в тех местах, где есть большие суточные колебания солнечного сияния, доходящего на поверхность Земли, например, в сухих пустынях (Гоби, Каракумы, Сахара, Австралия) – «землероечный», – или на морских побережьях пустынь (Атакама, Сахара, Аравия, Австралия) – «бризовый».
5. На первых порах, в малых объёмах, до 1 МВт, можно мою электростанцию выполнить замкнутой надувной на теплоёмкой грунтовой подушке и использовать её для срочной доставки в места с экстремальными ситуациями (катастрофы, войны, эпидемии) в которых есть нужда в электроэнергии, а доставка топлива затруднена. «Землероечный» двигатель может оказаться на единицу мощности легче в несколько раз, чем солнечные батареи. Также «экстремальными» являются условия на некоторых  научных станциях (в горах, пустынях, Арктике, Антарктике), а также на Луне. «Землероечный» двигатель для Луны можно выполнить тоже замкнутым, надувным и развернуть его на солнечном склоне на теплоёмкой подушке. Периодическое затенение можно производить лёгкими (из алюминиевой фольги) шторками (жалюзи) или разматывать рулон такого солнцеотражающего экрана. Это можно делать не раз в лунные сутки, не раз в земные сут., а раз в несколько десятков минут.
6. Проведен опыт по измерению величины коэффициента теплоотдачи. Они линейно зависят от температуры среды. Средняя величина 3 Вт/м^2*К.
7. Изготовлена опытная модель землероечного двигателя, причём плотность теплового потока отведённого на нагрев макета эквивалентна солнечной. Причём, в отличие от прошлогодней модели, в данной модели вместо вертушки (турбинки ) используется полупроводниковый термоэлектрический модуль Миасского машиностр. завода. Таким в отличие от прошлогоднего устройства в моей модели сразу вырабатывается электроэнергия.
8. Проведён эксперимент с моделью. Максимальная мощность составляет 90 мкВт, максимальное напряжение составляет 40 мВ, а максимальная сила тока 2,5 мА. характерное время установления напряжения при режиме прогревания 400 с, при режиме остывания составляет 410 с.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2004


Горшков А.В. Об одном из возможных видов “шаровой молнии” на основе аномально высокой положительной зарядки аэрозоля в плазме под действием интенсивного электронного пучка, порождённого на фронте высокоскоростной волны ионизации в газовом разряде.
Известно явление, так называемая “шаровая молния” (ШМ), несколько тысяч наблюдений которого систематизированы и проанализированы, например, И.П. Стахановым и обнаружены эмпирические закономерности. Характерное время жизни ШМ ;=10^1 плюс-минус 1 c, удельная энергоёмкость W=10^1 плюс-минус 1 Дж/cм^3. Наиболее полно удовлетворяющими (почти всей совокупности наблюдений) из известных мне аналитических моделей ШМ являются, во-первых, гетерогенная химическая модель Б.М. Смирнова и др., содержащая источник энергии (реакции озон-кислород и озон-азот) и стабилизирующий “каркас” нитевидных скоплений отрицательно заряженного аэрозоля (энергоёмкость до нескольких Дж/см^3, время жизни до десятков с); во-вторых, “фрактальный конденсатор” В.Л. Бычкова и др., содержащий электрически заряженные самоподобные органические хлопья (энергоёмкость более кДж/см^3, время жизни порядка 10^2 с); в-третьих, “ридберговские”, содержащие массив молекул азота в возбуждённых долгоживущих (6 с, 20 с) электронных состояниях при условии подавления процессов, приводящих к девозбуждению, в том числе при условии “выгоревшего” кислорода.
Однако в лаборатории ШМ до сих пор воспроизводить не удаётся, невзирая на, казалось бы, удачные теоретические модели. Недостатками других моделей являются: “чисто плазменные” обладают малым временем жизни; “чисто электрические аэрозольные” не дают ни времени жизни, ни энергоёмкости; “чисто химические, в т.ч. аэрозольные” не дают качественных особенностей ШМ; “СВЧ” не может объяснить ни значительной частоты наблюдений ШМ, ни времени жизни.
Автором показано, что при высоком полном коэффициенте вторичной эмиссии Сигма_вэ>1 существует “критическая” плотность тока j^* электронного пучка (ЭП), при  которой заряд аэрозоля Zа=0, причём при j<j^*  Za<0 и заведомо ограничен энергией первичных электронов, а при j>j^*  Za>0 и ограничен характерной энергией истинно-вторичных электронов (несколько эВ). Также автором показано, что при достаточно высокой плотности тока ЭП фотоэффектом и термоэмиссией можно пренебречь по сравнению с истинно-вторичной эмиссией.
В 1991–1992 гг. нами экспериментально обнаружено при взаимодействии интенсивного (до 10^9 Вт/м^2) электронного пучка с облаком 10-мкм-макрочастиц конденсированной дисперсной фазы (КДФ, аэрозоля) Al, Al2O3 в форвакууме появление при определённых условиях на электрическом зонде всплесков тока, соответствующих положительному заряду около 10^8 элементарных. При анализе причин, способных их вызвать, из многих гипотез осталась одна – что это есть разряжение на зонд частиц КДФ, заряженных до положительного потенциала, соответствующего энергии, приблизительно на 2 порядка превосходящей характерную энергию электронов истинно-вторичной эмиссии (и на несколько порядков – температуру КДФ), что существенно отличается от существующих представлений. Автором показано, что эта “аномально высокая положительная зарядка” (АВЗ) КДФ может быть объяснена передачей энергии от внешнего высокоэнергетичного (и дополнительно ускоренного в поле КДФ) потока электронов облаку низкоэнергетичных электронов (“шубе”) истинно-вторичной эмиссии (а также, при определённых условиях, j>j^** , нового вида неустойчивости – “вторично-эмиссионного разряда”, ВЭР, по существу являющегося “повторной” вторичной эмиссией) с поверхности КДФ при коллективном взаимодействии типа электрон-электронной пучково-плазменной передаче энергии. Автором построена модель АВЗ (а также ВЭР и СВЗ), согласующаяся с экспериментом по порядку величины. В частности, для экспериментального ЭП 21 кВ в форвакууме, при объёмной плотности электронов пучка Nb=3*10^9 см^-3, размера многих из КДФ 50 мкм получается потенциал Фиа=+700 В, причём плотность электронов в “шубе” КДФ до Nш=7*10^10 см^-3 .  А для высокого (атмосферного) давления предсказывается квадратично быстрое снижение порога возможности АВЗ, и даже при меньшей объёмной плотности пучка и даже для 10 мкм аэрозоля Фиа=+10 кВ. Также автором предсказана принципиальная возможность при определённых условиях заряжания КДФ до положительного потенциала, соответствующего энергии большей, чем энергия ЭП (“сверхвысокая положительная зарядка”, СВЗ).
Известно, что при больших перенапряжениях в импульсном газовом разряде атмосферного давления может формироваться (высокоскоростная, субсветовая) волна ионизации (ВВИ), с напряжённостью поля на фронте Е=2..5 кВ/см, с протяжённостью L от нескольких см до десятков см, и что на этом фронте по “серфинг”-механизму может формироваться (при условии близости скоростей фронта волны и ускоряемых в нём электронов) пучок с энергией  порядка EL от единиц кэВ до сотен кэВ; также известна гипотеза о том, что именно этот “серфинг-пучок”, а не только ультрафиолетовое излучение ответственно за формирование и развитие ВВИ.
Автором выведены формулы и показано, что при наличии в канале линейной молнии аэрозоля высокоэмиттирующего (с Сигма_вэ>>1 : оксиды, галогениды и др.), с размером rа>>Лямбда (длины свободного пробега электронов), на фронте ВВИ может формироваться серфинг-ЭП с объёмн. плотностью свыше Nb=10^10 см^-3, приводящей к возможности АВЗ до + нескольких кВ и даже десятков кВ; после прекращения разряда линейной молнии облако гетерогенной плазмы в условиях ВЭР на АВЗ КДФ долго обладает потенциалом + от нескольких десятков до сотен В (т.е. вблизи максимума зависимости коэффициента вторичной эмиссии от энергии первичных электронов) необычными свойствами: радиус Дебая–Хьюккеля определяется концентрацией и температурой не ионов и не электронов, а концентрацией и зарядом КДФ и необычно мал, поэтому диффузия и рекомбинация малы, коэффициент поверхностного натяжения  очень велик    10^-1 плюс-минус 2 Дж/м^2 , облако гетерогенной плазмы с ВЭР на АВЗ КДФ быстро стягивается в тёплый светящийся долго не рекомбинирующий шар (ШМ) с очень большим произведением времени жизни на удельную энергоёмкость ;W=10^4 плюс-минус 2 Дж;с/см^3.


2004–2006


Каманцев А.П., Гаврилов    . Измерение теплопроводности воздуха.
Моя исследовательская работа относится к физике, а именно, термодинамике. Передо мной стояла задача:  измерить коэффициент теплопроводности различных жидкостей и газов, например, воздуха, как самого доступного из газов.  По заданию научного руководителя я разработал и построил устройство для измерения коэффициента теплопроводности газов и жидкостей, позволяющее это делать двумя различными способами.
Основная методическая трудность состояла в подавлении конвекции. При изменении температуры плотность вещества может увеличиваться или уменьшаться. Надо сделать так, чтобы в гравитационном поле Земли менее плотные слои исследуемого вещества (жидкости либо газа)  оказывались бы выше, чем более плотные, и тогда конвекция возникнуть не сможет. Я осуществил эту идею для воздуха, расположив нагреватель выше холодильника.
1. Первый метод для моего устройства – прямое калориметрирование тепловой мощности, проходящей через слой воздуха, с помощью потока воды через рубашку охлаждения. Выведены рабочие формулы.               
2. Второй метод для моего устройства – метод сравнения – приравнивание потоков тепловой энергии через два вещества, одно из которых является неизвестным (исследуемым), а свойства другого известны заранее («вещество сравнения»), и измерение двух разностей температур. Выведены рабочие формулы.
3. В качестве вещества сравнения я выбрал такое, которое удовлетворяло бы двум  условиям: термостойкость в выбранном диапазоне температур и (для повышения точности эксперимента) низкая теплопроводность.
4. Образец вещества сравнения  я сделал многослойным, из разных сортов этого вещества (для повышения точности эксперимента), перпендикулярных потоку тепловой энергии.               
5. Я рассчитал, что у такого «гибридного», многослойного образца усредненный коэффициент теплопроводности Лямбда=0,138 Вт/(м;К) с относительной погрешностью Эпсилон(Лямбда) приблизительно 7% (судя по разбросу данных в табличных величинах).
6. Я сделал измерения (вторым способом) при 23-х различных температурах, данные представлены в таблице в Приложении. По ним я рассчитал коэффициент теплопроводности воздуха. Во-первых,  усреднённый по всем опытам в исследованном диапазоне температур Т, коэффиент теплопроводности воздуха: Лямбда_в=0,022 плюс-минус 0,003  Вт/(м;К). Эта величина удовлетворительно соответствует справочным данным для воздуха.
7. Во-вторых, оказалось, что Лямбда(Т) и Лямбда(дельтаT) возрастают. Я попытался рассчитать ещё и аналитический вид Лямбда от Т и от дельтаТ – в зависимости от разности температур и от усреднённой по толщине слоя воздуха температуры. Два варианта – в линейном приближении и в полиноминальном (степенном) приближении. Формулы в работе представлены, причём оказалось, что показатель степени в зависимости Лямбда от Т грубо приблизительно 1, а от разности температур Лямбда грубо приблизительно равен 0, но относительная погрешность измерения Лямбда: Эпсилон приблизительно 13%.
8. Но главное, что доказано, что вкладом конвекции воздуха в теплопередачу воздуха в моей установке действительно можно пренебречь по сравнению с теплопроводностью воздуха.
9. Применять моё устройство можно в учебном эксперименте, в науке, промышленности, космическом приборостроении и везде, где необходимо знать теплопроводность газов.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Николаевская А. Система энергосбережения помещения в средней полосе России и в труднодоступных местах (высокогорье, Арктика, другие планеты).
Работа относится к области физико-технических проблем энергетики и безопасности жизнедеятельности, а именно, к энергосберегающим технологиям в промышленности и бытовом применении. Показаны новые методы сбережения энергии. Научная новизна работы:
• Автор предлагает увеличить использование тепловых насосов на практике. Это один из наиболее эффективных способов сбережения энергии. А именно, в условиях континентального климата средней полосы России (зимняя температура в среднем около –20 0С) экономия возможна в 5–7 раз, а в европейском климате более 10 (или вблизи моря – несколько десятков раз).  Даже в самых суровых условиях, при самых лютых морозах (-50, -90) экономия с помощью тепловых насосов может достигать 2–3 и даже 5 раз. Отопительный коэффициент – отношение поданного тепла к затраченной работе рассчитан.
• В континентальном климате (Челябинск) при существующих ценах на тепло, электроэнергию и холодильники выгоднее сделать из старого холодильника тепловой насос. Он окупается примерно за 1 год, если отключить  батареи водяного отопления от горячей воды и за тепло не платить, а только за электроэнергию для теплового насоса.
Кроме того, можно повысить эффективность работы батарей (это является наиболее актуальной проблемой, так как в настоящее время плата за обогрев квартиры очень велика) с помощью обдува малошумным вентилятором. Показано, что коэффициент Пси=пси0+гамма*v и мощность теплоотдачи можно увеличить так в 2–3 раза! Это заодно увеличит КПД ТЭЦ, польза двойная.
• Автор также предложил изобретение: применение мехоподобного теплоизолятора по новому назначению: для облицовки стен домов и летательных аппаратов, космических станций. Его достоинство – легкость и удобство обслуживания, низкая теплопроводность. При использовании такого теплоизолятора (с дальнейшим его усовершенствованием), возможно создание дома, на обогрев которого будет достаточно теплоты выделяемой людьми и элементарными бытовыми приборами.
• Предложена конструкция энергоэкономичного жилища малой массы для научных и спасательных станций в горах, Антарктиде, на Марсе и просто в средней полосе России.
• Предложено изобретение: стенка из «тепловых диодов», обеспечивающая анизотропный  коэффициент теплопроводности, а именно, коэффициент теплопроводности в одну сторону (снаружи во внутрь дома) много больше, чем в другую (изнутри дома наружу).
• В состав энергосистемы дома должен входить ”Уральский кубик” [Горшкова и Устимчика] – преобразователь случайных или периодических колебаний температуры окружающей среды в полезную работу (электроэнергию). УК – это устройство, содержащее теплообменник, теплопроводник, тепловую машину или термоэлектрический преобразователь, размещённый на пути теплового потока, отличающийся тем, что содержит тепловую ёмкость, теплоизолированную от окружающей среды везде, кроме теплопроводника. В «дневной» фазе теплота из окружающей среды входит внутрь тепловой ёмкости, в «ночной» фазе выходит наружу, в обоих случаях совершается полезная работа. Выведены формулы для удельной мощности и цены единицы мощности ветротепловой электростанции (ВТЭС), содержащей УК.
На единицу площади воздухозаборника физически можно снимать полезную мощность (плотность потока энергии) Формула1. При небольших  перепадах температуры плюс-минус дельтаТ в среднем за цикл  Формула2 , где эта’’ – «технический уменьшающий множитель» (по сравнению с идеальной физической тепловой машиной), он обычно равен от 0,25 для термоэлектрических преобразователей и низкоскоростных турбин, до 0,6–0,8 для высокоскоростных турбин, 0,8–0,9 для тихоходных двигателей Стирлинга, Ползунова; для идеальной тепловой машины Карно эта’’=1 . Полезная мощность УК (ВТЭС) больше, чем полезная мощность ВЭС (ветряка) при скорости ветра меньше, чем Формула3, это условие выполняется практически везде, кроме штилевых зон экваториального пояса.
Научн.рук. – Горшков А.В.


2004


Абдрахманов Тимур Шамгулович. Поплавок с регулируемой средней плотностью, демонстрация и исследование затухающих колебаний в вязкой жидкости.
Метод состоял в сопоставлении теории и эксперимента. Предположительно изобретена конструкция  поплавка постоянного диаметра с регулируемой средней плотностью. Предложен способ, как найти плотность поплавка без помощи весов. Устранены другие, более сложные, методические трудности (например, малая разность плотностей). Выведена формула для частоты колебаний поплавка в зависимости от его средней плотности, которую можно изменять. Проведены несколько экспериментов, в итоге которых показано достаточно хорошее соответствие теории и эксперимента. Оценены погрешности измерений и расчётов. Устройство и способ измерения можно применять в учебном процессе в школе и в ВУЗах как лекционную демонстрацию и лабораторную работу по теме "Колебания". Основной результат работы состоит в методической рекомендации при проведении таких опытов делать среднюю плотность поплавка поменьше, а массу грузика побольше: при выполнении этой рекомендации затухание колебаний будет маленьким, а измерение и расчёт частоты колебаний будут точно соответствовать друг другу.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Плотицын Михаил Александрович. Гидродинамическое  устройство для измерения коэффициента подъемной силы Сy  и  коэффициента лобового сопротивления Сx.
Данная работа предназначена для проведения замеров величины подъемной силы и лобового сопротивления, с целью определения коэффициентов лобового сопротивления и подъемной силы.
В данной работе я создал гидродинамическое устройство для измерения коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы для обтекаемых тел.
В результате моих измерений получилось, что сила лобового сопротивления Fx равна  2,3 *10^-4 H . Следовательно коэффициент лобового противления Сx равен 2,2*10^-5.
В результате моих измерений получилось, что подъёмная сила  Fy равна 1,022 *10^-3 H . Следовательно  коэффициент подъемной силы Сy равен 9,9*10^-5.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Усманов Никита Равильевич. Усовершенствованная доска Гальтона.
Создана доска Гальтона с хаотическим расположением рассеивающих штырьков, выполненная с возможностью демонстрации как одиночного, так и совместно двух распределений просеявшихся частиц.
В экспериментах с удовлетворительной точностью воссоздаётся нормальное распределение, а также интерференция двух нормальных распределений (с помощью цветного пшена послойно).
Эксперимент служит в учебном процессе в Лицее №31 для введения в методы оценки погрешностей в физическом эксперименте.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2005


Горшков А.В. Крупные тираннозавры не могли быть сухопутными хищниками.
В известных источниках заявляют, что крупные (4-5 м, известны экземпляры 7 м ростом) тираннозавры и т.п. древние пресмыкающиеся, якобы были хищниками,  жили на суше, быстро бегали на средние и длинные дистанции за добычей, кусая её огромными челюстями, размещавшимися в огромной же голове (заполненной преимущественно тяжёлой костью), не отрывавшейся от тонкой шеи. При этом их передние конечности, немощные по сравнению с задними, малополезно болтались как рудимент, т.к., судя по пропорциям тела и челюстей, навряд ли доставали до передних зубов. Но облик крупных нынешних и древних достоверных хищников иной: мощные передние лапы, сильная шея, голова умеренных размеров и меньшие общие размеры.
В настоящей работе показано, что общепринятая ГИПОТЕЗА о хищности тираннозавров, по-видимому, неверна: они неспособны настигать подвижную жертву, они падальщики. Также неверна ГИПОТЕЗА об их сухопутности и способности к бегу: они жили на мелководье, подобно крокодилам, выхухоли. Неверна ГИПОТЕЗА о постоянной холоднокровности: они во время движения «теплокровные».
Действительно, пусть сила мышц пропорциональна площади поперечного сечения, сопоставляемые животные размером L геометрически подобны, F=KL^2, и, демонстративно затрудняя доказывание основного тезиса работы, предположим, что M пропорционально L^3 (а не, как известно, L^4) и средняя плотность Ро тела не увеличивается с размером, а коэффициент К (порядка 10–20 кПа, это сила на поперечник не мышцы, а тела)  пресмыкающегося не хуже, чем у теплокровного кенгуру (1 м). Расчёты приводят к нижеследующему.
Ускорение Формула1 т.е. в 4–5–7 раз меньше, чем у метрового животного. Быстрота нервной реакции тоже в L раз хуже. Бег – это последовательность прыжков. Без подъёма центра масс цикл шага, ползания длился бы Формула2, частота 0,4 Гц, и средняя скорость  перемещения тела вдоль горизонтальной поверхности по суше Формула3, около 2,5 м/с (как будет видно из дальнейшего, ползком на брюхе по скользким, заболоченным участкам), почти независимо от размеров (в первом приближении у геометрически подобных); развиваемая мощность Формула4, эта мощность на единицу массы Формула5 невелика, 3..10..30 Вт/кг. Но почему же слоны, носороги и тираннозавры (более плотной конституции, нежели скаковая лошадь) скоро устают от быстрого бега, и не прыгают? Да потому, что с учётом подъёма центра масс при беге даже по гармоническому закону h(t)=A*sin(омега*t) мощность W2 приблизительно Формула6, где A пропорционально L, причём коэффициент пропорциональности у 2-ногого тираннозавра («дипольные» колебания) не менее чем в 2 раза больше, чем у 4-ногого слона, носорога, гиппопотама («квадрупольные» колебания при экономичном стиле бега), поэтому W2 пропорциональна не менее чем L^3 , причём Формула7. Следовательно, производство теплоты (КПД мышц известен), пропорционально W1+W2, будет опережать способность тела к теплоотводу, пропорционально L^2, с коэффициентом приблизительно 10 Вт/(м^2К) в воздухе. Кожа могла бы отводить лишь единицы кВт тепловыделения вместо требуемых десятков кВт.  Тираннозавры при своём движении вырабатывали достаточно много тепла, которое едва успевало отводиться через их поверхность в окружающую среду, и температура их тела была в движении заметно выше, чем окружающей среды; дыхание при этом горячее, близко к денатурации белка (до +42 0С), в выдохе присутствовали продукты усиленного обмена веществ (в т.ч. дурно пахнущие, ядовитые, фосфорсодержащие самовоспламеняющиеся); сухопутное животное нуждалось бы в регулярном длительном отдыхе (охлаждении до безопасной температуры).
Объективная причина быстрого (в палеозоологическом масштабе) возрастания размеров животных до известных физических пределов (прочность тканей, теплоотдача поверхности, удельная сила мышц) – положительная обратная связь между размером, температурой и активностью мышц, благоприятная в холодные климатические периоды. Возможная причина быстрого (в палеозоомасштабе) вымирания гигантов суши – повышение температуры среды, уменьшение теплоотдачи из тела, до денатурации белка в движении. Совпадение вымирания тираннозавров с периодом похолодания – аргумент в пользу мелководного обитания.
Очень крупное животное, желающее быстро бегать по суше, должно обзавестись охладителями своей крови, особенно в области мозга – кожными выростами, гребнями, костяными пластинами, ветвистыми или лопатообразными рогами, широкими ушами. Обнаружение таковых было бы аргументом в пользу сухопутности и быстроты; но таковых не известно.
Для бега – подпрыгивания «низко-низко» – тираннозавр должен ускориться больше, чем g. Высота прыжка Формула8; К порядка 10–20 кПа; у 1-метрового животного a порядка g , а у 4–5–7-метрового – много меньше g, т.е. подпрыгивать и бегать по суше тираннозавр не мог. Тираннозавр мог быстро бегать в воде со скоростью Формула9, порядка 10 м/с, где коэффициент сопротивления Cx<1.
Несомненно плотоядные тираннозавры, по-видимому, вели преимущественно подводный прибрежный образ жизни как падальщики или охотились на водных и прибрежных жертв, подобно крокодилам, а также на сухопутных прибрежных, ходя, как выхухоль или крокодил, задними лапами по дну, водной растительности и топляку, подруливая направление головы передними лапами, иногда высовывая на поверхность воды глаза и ноздри, разгоняясь под водой с ускорением приблизительно 2 м/с^2 под углом к поверхности, выскакивая из воды на 1–2 с. со скоростью около 10 м/c на высоту до 5 м и в длину до 14 м, хватая жертву зубами, но не передними лапами. Если этот вывод верен, то останки тираннозавров будут находить преимущественно в прибрежной зоне древних водоёмов (Каспий, Арал, Кара-Богаз-Гол, Междуречье, Такла-Макан, Гоби, Деште-Кевир, оз.Чад, Невада, Юта. Возможны находки плавательных перепонок на передних лапах, гладких кожисто-роговых пластин на брюхе, гладкой обтекаемой кожи, кожистых выростов и гребней на хвост, даже дыхательных хоботков.
Останки наследников древних пресмыкающихся, относящиеся к эпохам похолодания, должны быть в среднем повсеместно крупнее, чем в эпохи потепления. Причём в эпохи первого же похолодания, последовавшего за первой эпохой крупных пресмыкающихся, у животных, даже «холоднокровных», будут обнаружены сосудистые противоточные теплообменники (встречные густо переплетённые пучки вен и артерий) как эволюционно благоприятный орган приспособления к холоду.


2004–2005


Адищев   . Регулируемый ёмкостный делитель высокого напряжения.
Цель работы: изготовить прибор, позволяющий измерить зависимость высокого напряжения от времени без порчи осциллографа.
Принцип действия: по законам цепи переменного тока, “делит” высокое напряжение, то есть напряжение на выходе пропорционально напряжению на входе. Причём выходящее U2<<Uo входящего. За счёт изменения ёмкости коэффициент деления можно плавно регулировать (при помощи движения ручки изменить площадь конденсатора).
При выводе формул использованы законы параллельного и последовательного соединения конденсаторов.
Устройство, конструкция: Прибор представляет собой стеклянную трубку, прикреплённую к подставке с помощью отрезка толстой резиновой трубки, в которую ввинчен болт, который ёё распирает. Таким образом, трубка удерживается в вертикальном положении на подставке. Внутри трубки движется  металлический шток. Чтобы он был одинаково удалён от стенок трубки (был по центральной оси), он вдет в трубку из кремнийорганической резины. Для того чтобы он не соприкасался с ёмкостью, на верху штока надета резинка, ограничивающая шток в движении.
Размеры: диаметр трубки 6 мм, диаметр подставки 150 мм, высота трубки вместе с подставкой 350 мм.
Настройка: Изменением положения штока, мы добиваемся того, чтобы коэффициент деления был равен 2000.
Оценены погрешности с помощью эталонного сигнала.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2005–2006


Зорин А.А. Инерционный трибоход с жёстким герметичным корпусом.
Работа относится к средствам транспорта специального применения. Целью работы было создание способа и устройства для управляемого перемещения по химически агрессивной, высокотемпературной, ядовитой, радиоактивной, зараженной и т.п. поверхности.  Задача формулировалась как создание устройства в жёстком герметичном корпусе (способном выдерживать условия агрессивной среды), не содержащего никаких подвижных или деформируемых частей вне корпуса, причём, отличающегося от известных и обладающего новизной.
Для решения поставленной задачи был использовано известное с 17-го в. изобретение Я.Бернулли и Л.Эйлера способа движения через использование сил реакции ускоряемых и замедляемых внутри устройства тел (перемещаемых относительно корпуса, внутри его) в совокупности с силами сопротивления внешней среды.
В качестве ускоряемых внутренних массивных тел обычно используют: а) прямолинейно перемещаемые грузы, б) синхронное вращение 2-х эксцентриков, в) синхронную вибрацию (с перемещением по дуге окружности) 2-х грузов. В настоящей работе использовалось вращение одиночного эксцентрика в плоскости, проходящей через направление движения.
Создана полезная модель – инерционный движитель, содержащий устройство для создания переменной «внутренней силы» (УСПВС, например, двигатель с вращающимся эксцентриком) и корпус в среде с ненулевым сопротивлением движению корпуса, отличающийся тем, что один из УСПВС расположен так, что создаёт ненулевую проекцию «внутренней силы» вдоль направления движения, а другой УСПВС создаёт ненулевую проекцию «внутренней силы» поперёк направления движения, причём ненулевой момент силы относительно центра масс аппарата. Практически построенный управляемый инерционный трибоход (ИТХ) массой около 1 кг с 2-мя электродвигателями мощностью порядка 1 Вт с эксцентриками, один из которых вращается в плоскости симметрии ИТХ, а другой – в поперечной, не только движется вперёд и назад, хоть вверх по наклонной плоскости, хоть вниз, но и поворачивает в обе стороны за несколько секунд, также может разворачиваться практически на месте.
Известны разнообразные варианты этого способа Бернулли–Эйлера.
Очевидный «зацепкоход», «щёткоход», «зонтикоплав» и т.п. – использует зависимость сопротивления внешней части жёсткого корпуса либо упругих элементов от направления движения Мю(Vх) не равно Мю(-Vх), где Мю – коэффициент пропорциональности между силой сопротивления и характерным параметром задачи (весом или размером), например, коэффициент трения. Не удовлетворяет поставленному условию задачи. Аналогично не удовлетворяет условию «католёт-прыгоход», у которого имеется подвижная поворотная опора, в разные моменты времени сила создаёт (из-за разных плеч) разные моменты силы и разные угловые ускорения опоры.
Второй способ – зависимость коэффициента сопротивления от модуля скорости Мю(Модуль(v)). Например, известны способ Бернулли–Эйлера в жидкости, когда при малых числах Рейнольдса из-за вязкого трения сила сопротивления линейно, а при больших – квадратично зависит от скорости. Известны успешные опыты Н.Кочина и В.Брагина (20-й век) в жидкости (модели и лодка массой в несколько сотен кг). Известны успешные опыты В.В. Горшкова (Копейский машиностроительный завод им.Кирова, 90-е гг.) с движением гидравлического ударного механизма (гидролома массой несколько тонн с прицепленным к нему многотонным бетонным блоком) по сыпучему грунту (линейная зависимость силы сопротивления от скорости).
В последнем случае (опыты В.В. Горшкова) массивный груз (поршень и пика) двигались в одну сторону быстро (рабочий ход), а в другую сторону – медленно (возвратный ход), следовательно, в одну сторону действовала большая сила, но за малый промежуток времени, а в другую сторону – малая сила за большой промежуток времени дельтаt1<<дельтаt2 , F1>>F2 , дельтаt1*F1=дельтаt2*F2. В отличие от известных «машины Дина» и «инерцоида Толчина», у которых при нулевом сопротивлении среды (ошибочная попытка «безопорного движения») импульс силы за цикл равен 0, в опытах В.В. Горшкова при возвратном ходе сдвигающая (ускоряющая поршень и пику) сила меньше силы трения, при горизонтальном движении F1>Мю*mg>F2 , при подъёме по наклонной (угол ;) плоскости условие движения F1>mg;(Мю*cosАльфа+sinАльфа)>F2 .
Однако все вышерассмотренные физические способы не объясняют движение нашего твёрдого аппарата по твёрдой же поверхности, т.к. коэффициент трения иные авторы обычно считают постоянным. В нашей работе новизной обладает использование непостоянного, зависящего от скорости (и даже нелинейной зависимости коэффициента трения твёрдого корпуса по твёрдой опоре от скорости: у него обычно есть минимум при ненулевой скорости) Мю(v) и в этом случае.
Также предложен инерционный движитель, содержащий УСПВС, отличающийся тем, что УСПВС создаёт переменную ненулевую проекцию силы на ось, перпендикулярную к плоскости опоры, причём при полуцикле «корпус вперёд» уменьшает вес аппарата, а при полуцикле «корпус назад» увеличивает вес аппарата (по сравнению с проекцией постоянной силы тяжести на ось, перпендикулярную к плоскости опоры). Так и было в нашем устройстве.
Проведены эксперименты по определению зависимости скорости движения от угла наклона плоскости.
Впервые обнаружено, что две зависимости скорости движения от угла наклона плоскости – при тяге «на подъём» и тяге «на спуск» приблизительно линейны и параллельны.
Впервые была теоретически объяснена зависимость, видимая на графике, а именно параллельность. Расписав все силы и проекции сил (плоскость под углом Альфа, импульсы под углом Бета к плоскости), нашли средние за цикл силы тяги при тяге на подъём  Fcp=Мю*Pперпендикуляр/дельтаt-mgпараллель  (индексы проекций означают перпендикулярно плоскости или параллельно плоскости, по которой происходит движение), условие движения Fcp>0 выполняется при Мю*Pперпендикуляр/дельтаt>mgпараллель. Аналогично при тяге на спуск Fcp=Мю*Pперпендикуляр/дельтаt+ mgпараллель , всегда Fcp<0 . Поэтому вертикальное смещение точек будет пропорционально плюс-минус mg*sin(Альфа) (при малых углах наклона плоскости – приблизительно линейно), а тангенсы углов наклона пропорциональны постоянной величине sinБета*P/дельтаt . При умеренно нелинейной гладкой функции Мю(v) в малой окрестности средней скорости зависимость Мю(v) можно считать приблизительно линейной, и поэтому средняя (равновесная скорость дрейфа) скорость v(Fср) будет пропорциональна силе (как при волочении по песку или при электрофорезе ионов), «закон движения Аристотеля».
Мы планируем создать аппарат мощностью порядка 1 кВт, использующий и изменение веса, и изменение импульсной силы (и  соответственно её длительности), и Мю(v). Т.к. корпус «инерционного трибохода» можно сделать герметичным жёстким, то «трибоход» можно использовать для перемещения людей,  грузов, специального снаряжения по раскалённой (пожар, вулкан, горячие планеты), заминированной, радиоактивной или зараженной местности, по грунту и по жидкости. Он будет двигаться на любой своей грани, как бы он ни перевернулся. Применять инерционный трибоход можно не только в лекционном физическом эксперименте, но и в промышленности, в оборонных, спасательных, научно-исследовательских (в т.ч. инопланетных)  работах.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Зорин А.А., Горшков А.В. Зависимость средней силы тяги и средней скорости от частоты при движении вибротрибохода в различных средах.
В нашей предыдущей работе было экспериментально и теоретически исследовано движение трибохода – устройства в жёстком герметичном корпусе (способном выдерживать условия агрессивной среды), не содержащего никаких подвижных или деформируемых частей вне корпуса, способного управляемо перемещаться за счёт сил инерции и реакции среды (твёрдой, сыпучей, жидкой), в т.ч. по химически агрессивной, высокотемпературной, ядовитой, радиоактивной, зараженной и т.п. поверхности.  Получено условие движения вверх по твёрдой наклонной (угол Альфа) плоскости с постоянным коэффициентом трения F1>mg*(Мю*cosАльфа+sinАльфа)>F2 (ускоряющая и возвратная силы). Измерена скорость движения на подъём и спуск в зависимости от Альфа.
«Линейное» устройство – инерционный движитель, содержащий УСПСИ (устройство для создания переменной силы инерции в неинерциальной системе отсчёта), отличающийся тем, что УСПСИ создаёт переменную ненулевую проекцию силы на ось, перпендикулярную к плоскости опоры, причём при полуцикле «корпус вперёд» уменьшает вес аппарата, а при полуцикле «корпус назад» увеличивает вес аппарата (по сравнению с проекцией постоянной силы тяжести на ось, перпендикулярную к плоскости опоры). Следовательно, при полуцикле «корпус вперёд» сила реакции опоры будет < и сила трения аппарата о поверхность будет <, чем при полуцикле «корпус назад», даже если const коэффициент трения. При одинаковых временах полуциклов импульс силы вперед будет > импульса силы назад.
При тяге на подъём средняя за цикл равнодействующая сила Fcp=Мю*P*cosБета/дельтаt-mg;sinАльфа, где P – импульс силы линейного вибратора УСПСИ за полуцикл, дельтаt – время полуцикла, Бета – положительный угол между днищем аппарата и линией импульса УСПСИ. Условие движения Fcp>0 выполняется, если истинно неравенство Мю*P*cosБета/дельтаt>mg*sinАльфа. При тяге на спуск Fcp=-Мю*P*cosБета/дельтаt-mg*sinАльфа,  безусловно Fcp<0 .
Предложено УСПСИ, отличающееся тем, что при полуцикле «корпус вперёд» время полуцикла много меньше времени полуцикла «корпус назад». Это позволяет ещё резче развести по величине F1 и F2.
Предложено УСПСИ, содержащее пару синхронных эксцентриков, отличающееся тем, что выполнено так, что совпадение осей эксцентриков происходят на линии, расположенной под углом Бета к плоскости движения. При этом возникают синхронные, причём синусоидальные, проекции силы, как на плоскость движения, так и на перпендикулярную ей. Недостаток по сравнению с линейным УСПСИ: только синусоидальная зависимость силы от времени, невозможность сделать резко различающиеся времена полуциклов.
При движении по горизонтальной плоскости такого устройства найдем приращение скорости, возьмем интеграл от ускорения корпуса в инерциальной системе отсчёта aрез, как функцию от времени, где aрез=ax-(g-аy)Мю, причём ах=(F/m)cosФи, где F – сила, действующая на корпус со стороны груза F=Jомега^2/R, где J –момент инерции эксцентрика, Фи – фаза вращения, причём Фи=омегаt, ау=(F/m)sinФи, Формула1, dt=dФи/омега, Формула2, Формула3, среднее ускорение Формула4, независимо от массы аппарата и эксцентрика, следовательно, равнодействующая сила (в рассмотренном приближении) почти не зависит от Ню. Потому что увеличение силы компенсируется уменьшением времени её действия и расстояния перемещения. Знак минус в этой формуле означает, что, если вращение эксцентрика совершается против часовой стрелки (положительное значение угловой скорости), то движение аппарата по плоскости будет совершаться влево, именно это и наблюдалось.
Найдём зависимость средней попутной проекции равнодействующей силы и средней скорости аппарата с линейным УСПСИ от частоты Ню колебания груза массой m с амплитудой А. И при тяге на подъём, и при тяге на спуск входит множитель Рперпендикуляр/дельтаt  за цикл (перпендикулярная к наклонной плоскости проекция импульса, создаваемого колеблющимся грузом). По 2-му закону Ньютона Рперпендикуляр/дельтаt=d(mu)/dt=mdu/dt=maперпендикуляр,  выразим перпендикулярную поверхности проекцию ускорение груза а через А и Ню. Из 2А=а(1/Ню)^2/2  получим а=4АНю^2, следовательно, Рперпендикуляр/дельтаt = 4mАНю^2, при тяге на подъём  Fcp=Мю*Pперпендикуляр/дельтаt+ mgпараллель, следовательно, при достаточно больших частотах Fср  пропорционально Ню^2.
Коэффициент трения фактически зависит от скорости, можно составить уравнения для равномерного в среднем направленного движения и, решив уравнения, найти среднюю скорость. Рассмотрим 3 случая зависимости силы сопротивления среды от скорости: 1) линейная (в сыпучих средах); 2) квадратичная + линейная (в жидкости); 3) константа + квадратичная (трение твёрдого по твёрдому). При умеренно нелинейной гладкой функции Мю(v) в малой окрестности средней скорости зависимость Мю(v) приблизительно линейная, как первые два члена разложения функции в ряд Тейлора.
1. Если среда сыпучая (как при волочении по песку) или движение подобно диффузии (как при электрофорезе ионов), то средняя (равновесная скорость дрейфа) скорость v(Fcp) будет пропорциональна силе тяги, это «закон движения Аристотеля», т.е. F=K1v, где К1 – коэффициент, обратный подвижности; отсюда v=F/K1, следовательно, v пропорционально Ню^2
2. Если среда жидкая, то зависимость средней силы сопротивления среды движению тела от v при малых v линейная (закон Стокса) из-за вязкости, а при больших – появляется квадратичная добавка напора (закон Бернули), то возникает два случая:
a. При малых скоростях F приблизительно K1v , следовательно, v пропорционально Ню^2.
b. При средних v или в общем случае F=vK1+K2v^2, откуда Формула5. (i:) Если F мало, т.е. F<<K1^2/(4K2) , то удобно вынести общий множитель К1, тогда Формула6,  разложив в ряд Тейлора Формула7, т.е. в этом случае v пропорционально Ню^2. (ii:) Если F велико, т.е. F>>K1^2/(4K2) , то, пренебрегая 1 под корнем, получим: Формула8, следовательно, v пропорционально Ню.
c. При больших скоростях F=K2v^2, откуда Формула9, т.е. v пропорционально Ню.
3. Если по твёрдой среде, то зависимость средней силы от v имеет min и поэтому,  из первых трёх членах разложения в ряд Тейлора, приблизительно квадратичная, т.е. F=K3+K4(v-K5)^2, откуда Формула10, следовательно, при достаточно больших силах v пропорционально Ню.
В итоге, в разных средах скорость может зависеть от частоты как линейно, так и квадратично, а именно: линейно – в жидкой среде при средних скоростях и большой силе тяги; в жидкой среде при больших скоростях; в твердой среде при большой силе тяги; квадратично – в сыпучей среде; в жидкой среде при малых скоростях; в жидкой среде при средних скоростях и малой силе тяги.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Зорин А.А. Новый физико-технический и социально-экономический подход к оптимизации трассы, конструкции, размеров и производительности семейства стратегических водопроводов «Российская Федерация – Средняя Азия».
Работа относится к смежным областям, во-первых, прикладной гидродинамики, а именно, к оптимизации параметров трубопровода с турбулентным течением, во-вторых, к техническим способам решения региональных и глобальных  проблем жизненной безопасности.
Отметим подробнее проблемы, вызванные нехваткой воды:
1. На сей день Аральское море засыхает, а, следовательно, идет засоление прибрежных земель и разнос соли по окрестности, что не есть хорошо.
2. А Каспийское море поднимается, следовательно, затопляет прибрежные поселения.
3. Недостаток воды ощущают не только люди, но и животные и растения, кроме того, недостаточное количество чистой воды приводит к спекуляции этой ценной не только для стран Средней Азии жидкостью. Цена вода в засушливых населённых местностях может достигать 2-4 евро/м^3 (опреснённой: в государстве Кувейт и на Восточном Каспии) и более, 20-40 евро/м^3 (малонаселённые пустынные местности Каракумов, Руб-Эль-Хали, Сахара), цена высококачественной («Люкс») питьевой воды в городах 300 евро/м^3. Более того, не эксплуатируются плодородные почвы, выращивание культур на которых, в совокупности с жарким климатом, привело бы к очень большим урожаям сельскохозяйственных культур: кукуруза, цитрусы, арбузы, дыни и многие другие культуры.
4. На Южном Урале в шахтёрских местностях (Копейск, Коркино, Еманжелинск) по ряду причин озёра выходят из берегов, сносят дамбы, затопляют окрестные населённые пункты.
5. В Российской Федерации воды много, но полагать её лишней никак не представляется возможным. Она нужна и нам тоже.
В настоящей работе представлен способ решения вышеуказанных проблем при помощи а) трубопровода с солёной водой из Каспийского моря в Аральское, б) трубопровода из Сибири в непосредственно Среднюю Азию.
Целью работы стало устранение социальных, экономических проблем в совокупности. Во-первых, поставке жителям Средней Азии – нашему давнему глобальному союзнику – хорошей воды для питья и мытья человека, поения и мытья животных, а частично даже полива и сельскохозяйственных работ; во-вторых, прекращение разноса хлорида натрия по окрестностям с побережья Аральского моря; в-третьих, остановка подъёма уровня Каспийского моря, причём таким способом, чтобы, невзирая на увеличение потребления воды в Средней Азии, не уменьшилось бы количество осадков и потребление чистой воды в России. Возможно ли сразу всё это осуществить, не противоречат ли одни цели другим? – Нет, не противоречат! А помогают друг другу! Решение поставленной задачи заключается в построении двух вышеупомянутых трубопроводов.
Общая задача работы сводилась к анализу из физических расчётов техническую осуществимость,  экономическую выгоду и общественно-политическую целесообразность поставки малой части стока рек Сибири и Урала в республики Средней Азии: Казахстан, Узбекистан, Киргизия, Таджикистан и Туркмения, а также спасения Аральского моря и его фауны и флоры от высыхания и плодородных земель Поволжья, Урала и Сибири путём перекачки слабосолёных вод северной части Каспийского моря в рассольное Аральское, посредством строительства системы стратегических субтрансконтинетальных трубопроводов Россия–Казахстан–Узбекистан и Каспий–Арал.
Конкретная задача: рассчитать наивыгоднейший радиус участка трубопровода в зависимости от заданных расхода воды,  длины трубопровода, цены электроэнергии и других технико-экономических параметров
В настоящей работе на основании физико-технических и технико-экономических расчётов был опровергнут тот расхожий домысел, что водоснабжение Средней Азии является, во-первых, якобы невыгодным, во-вторых, якобы бессмысленным, опасным и неосуществимым.
Доказано, что водоснабжение Средней Азии из Российской Федерации решит ряд геополитических проблем как Российской Федерации, так и республик Средней Азии. А именно, является технически осуществимым, экономически выгодным, полезным для общества, безопасным для природы, своевременным.
Оказалось, что вовсе не надо строить канал стоимостью 16 млрд. долларов, шириной в 200 метров глубиной 25 м и гигантские плотины и водохранилища. Надо строить трубопровод стоимостью 1,6 млрд. евро  (в 10 раз меньше), радиусом трубы около 7 м и ряд насосных станций и ГЭС, которую можно прокладывать как под землёй, так и на поверхности. Была рассчитана себестоимость доставки воды в Среднюю Азию, оказалось, что она составляет не 2-3 евро за кубометр, а то и больше, как она стоит ныне на засушливых территориях и получается по известным расчетам иных авторов, а всего лишь около 1-3 европейских центов. Что в 100 раз меньше вышеупомянутых сумасшедших цен. Расходы на эксплуатацию за весь срок службы (100 лет) составят 8,5 млрд. евро (по 85 млн. ежегодно).
Были проведены расчеты затрат мощности, необходимой для доставки воды. Затраты мощности складываются из:
1. Если бы главными были бы затраты на вязкое трение при ламинарном течении Формула1, где   дельтаp – перепад давления, S – площадь сечения трубы, v – скорость течения воды. По закону Пуазёйля: Формула2, где R – радиус трубы, ню – коэффициент кинематической вязкости воды,  – плотность воды, l – длина трубопровода. Отсюда: Формула3, где Q – расход воды. Следовательно: Формула4, но Sv=Q, следовательно, затраты мощности на преодоление вязкости при ламинарном течении: Формула5.
2. Но если, как при заданных условиях, движение турбулентное, то произойдут важные изменения в формуле затрат на вязкое трение по формуле Вайсбаха и Дарси: потери напора на трение при турбулентном движении Формула6, где дельтар – потери напора на трение, l – длина трубы, D – диаметр трубы, v – скорость течения воды, лямбда –  коэффициент сопротивления,  различный для ламинарного и турбулентного движения (для ламинарного лямбда=64/Re, при турбулентном в гладких трубах по формуле Блазиуса Формула7 , при турбулентном в шероховатых трубах по формуле Мизеса Формула8 или Формула9, где Кэ –  эквивалентная шероховатость стенок примем её приблизительно 5мм, Re – число Рейнольдса). Т.к. W=дельтаpQ, а  v=Q/S=Q/пиR^2, подставив в формулу мощности, получим потери мощности на вязкое трение: Формула10.
2. затрат на работу насоса для подъёма воды Формула11, – КПД насоса
3. полезная мощность, полученная от ГЭС на участке падения Формула12, где ЭтаГЭС – КПД ГЭС. В итоге общая мощность затрат равна Формула13,  Формула 14  при ламинарном течении либо при турбулентном течении Формула 15.
При расчётах себестоимости доставки воды были учтены следующие элементы:
1. цена на электроэнергию, потребляемую насосными станциями: Формула16, где Цэ/э измеряется в Евро/Дж
2. цена земляных работ + транспорт Формула17, где тау – срок службы, Цземл.раб. , Евро/м^3
3. цена оболочки + транспортировка + монтаж Формула18, Евро/м^3, где дельта – толщина оболочки.
 4. цена земли (территории) Формула19, где Цтерр измеряется в Евро/м^2
5. цена насоса Формула20, где Цнасоса измеряется в Евро/Вт
Откуда итоговая цена доставки воды равна, с учётом того, что Wзатрат принимает разные значения: Формула21.
Для спасения Аральского моря следует построить трубопровод на участке подъема и канал на участке спуска с характерным радиусом 20 м, скорость течения около 0,8 м/с, что приведет к себестоимости перекачки солёной воды 0,004 евро/м^3 , тогда расходы на строительство трубопровода составят около 1,8 млрд. евро, расходы на эксплуатацию по 110 млн. ежегодно.
В настоящей работе представлены технические новинки:
• Способ спасения пересыхающего солёного озера (моря), например, Аральского, от высыхания, при котором этот водоём дополнительно снабжают водой по каналу или трубопроводу, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что водоём снабжают солёной водой, забираемой из другого водоёма с меньшей солёностью воды (например, из Каспийского моря).
• Стратегическая линия для бесплотинной подачи воды в Среднюю Азию на расстояние от 1 до 3 тыс. км в количестве от 1 до 3 куб.км/год, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что содержит трубопровод радиусом от 4 до 9 м (радиус, рекомендуемый для 2 тыс. км и 3 куб.км/год, около 7 м) и распределённые вдоль трассы насосные станции на участках подъема и ГЭС на участках спуска;
• Стратегическая линия для бесплотинной подачи воды из Каспийского моря в Аральское но расстояние 500-1000 км в количестве от 10 до 30 куб.км/год, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что содержит трубопровод или канал радиусом (скорее канал) 10-30 м  (радиус, рекомендуемый для 670 км и  30 куб.км/год около 20 м);
• Для предохранения от разрыва при резком повышения давления, трубопровод, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что он снабжён аварийными клапанами и аварийными водоёмами для сброса в них воды;
• Предложен трубопровод (для повышения прочности во избежание сминания при резком  понижении давления), ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что содержит внешний корсет трубопровода из монолитного железобетона, представляющий собой поперечные кольца и продольные балки вдоль всей трубы;
• С целью увеличения срока эксплуатации трубопровода в целом благодаря устойчивости к химическим реакциям, коррозии, обрастанию водорослями, также с целью уменьшения затрат на преодоление трения в самой трубе, предложено внутреннее покрытие трубопровода, ОЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что выполнено из фторопласта (политетрафторэтилена).
• Для перекачки химически агрессивной жидкости (солёная вода) в химически агрессивных условиях (солончаки и болото) предлагается трубопровод из полимерного материала (полиэтилен, полипропилен, полихлорвинил, полиимид) ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что содержит стальную сварную арматуру, монолитно залитую полимерным материалом («железополимер»). 
• Отметим, что улучшится при построении трубопровода:
1) перестанет усыхать Арал,
2) перестанет затоплять берега Каспия
3) прекратится ветровое засоление земель Поволжья, Казахстана, Урала, Юго-Западной Сибири,
4) увеличится урожай,
5) поднимется уровень жизни,
6) вырастет занятость, промышленность, экономика
7) улучшится здоровье населения Приаралья и Каракумов,
8) социальные отношения внутри России, Казахстане, Узбекистане, 
9) международные отношения на юге России и Средней Азии,
10) будет устранена значительная часть причин и поводов межнациональных конфликтов,
11) экономическое, оборонное и политическое сотрудничество республик (стран) Средней Азии с Россией,
12) упрочнение геополитического положения Российской Федерации,
13) уменьшение зависимости стран СНГ от вредных внешних политических воздействий,
14) положительный пример добрососедства другим странам и народам.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Зорин А.А., Горшков А.В. Оптимизация радиусов стратегических водопроводов Каспий–Арал, Обь(Иртыш)–Узбекистан–Афганистан и других по критерию минимальности себестоимости воды.
Из-за нехватки воды во всём мире умирает 3-4 млн. чел. в год. Человек сам по себе является высшей ценностью; но даже только материальных ценностей за свою жизнь он создаёт, по грубой оценке, порядка 500 тыс. евро; т.е. во всемирном масштабе нехватка воды наносит ущерб человечеству порядка 2 трлн. евро ежегодно (ВНП крупного государства). Ущерб, который наносит экономике только РФ использование грязной воды, составляет 75 млрд.руб. (2,2 млрд.евро) в год. Множатся продовольственные, демографические, социальные проблемы: люди голодают, болеют и умирают, Аральское море высыхает, солёные бури портят почвы в Казахстане, России (Поволжье, Ю.Урал, Ю.–З.Сибирь) и Узбекистане. НАТО строит в Средней Азии (С.А.) и Центральной Азии военные базы, нацеленные на РФ. Цель настоящей работы – устранение в совокупности ряда социальных, экономических, политических проблем, связанных с засолением земель, затоплением берегов Каспийского моря и недостатком чистой воды (питьё, поение, мытьё, частично и для полива) в СА, ослаблением политического влияния РФ в СА и ЦА.
Разумеется, в первую очередь необходима гидроизоляция существующих в С.А. и РФ каналов и ликвидация иных нелепых потерь воды, что дало бы, по данным, существенное уменьшение потребности в дополнительных водных ресурсов. В ряду мощной, слаженной (и, не исключено, хорошо оплаченной с Запада) кампании СМИ конца 80-х – конца 90-х гг. против государственной поставки воды из РФ в СА, известная статья [1] страдает общими недостатками. Цифры расчётов себестоимости в разных проектах расходятся на 2 порядка. Безапелляционно издевательский тон о любых проектах поставки в СА воды из РФ; фразы «Деньги — на ветер, вода — в песок» (неужели автор [1] предпочитает воду на ветер, а деньги в песок?! Вода в «песке» Средней Азии даёт плодородие и урожай. А «деньги – в кассу»); «По велению пресловутых преобразователей окружающей среды воды основных рек, питающих его, были отобраны в немереном количестве и направлены на орошение полей, повышение урожаев хлопка, риса, арбузов и овощей» (ну и ну, какое чудовищное «преступление» ; !); со ссылкой на Данилова-Данильяна [1] : «Те, кто продает или покупает воду, всегда будут бедными» – неверно, т.к. по принципу сохранения материальных объектов, если в обмене один беднеет, то другой – обогащается, и фраза заведомо ложна, причём при продаже ИЗБЫТКА ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ресурса ОБОГАЩАЮТСЯ оба, ЕСЛИ только не доверили управление потоками ресурсов и платёжных средств посторонним. «России же сегодня надо сделать все, пусть даже пупок развяжется, чтобы водопользование стало наконец интенсивным и бережным» – автор [1] хочет, чтобы РФ надорвалась до пупковой грыжи, но научила бы за свой счёт весь засушливый западный мир беречь то, чего у неё в избытке и возвращается в Россию же (см. далее)?!
Мы утверждаем, что во вторую очередь для решения указанных выше проблем (и безработицы впридачу) в совокупности следует построить семейство стратегических водопроводов, трассы см. далее. В работе рассчитаны оптимальный радиус трубопровода, затраты на преодоление турбулентности и перепада высот, прочность. Южный высокогорный пояс осадит влагу осадками на северных склонах, а господствующие ветра вернут испарённую в СА воду в РФ. Осадки в южных областях РФ увеличатся, что благоприятно для этой, аридной, зоны РФ. Во избежание оказания частными лицами или иностранными учреждениями давления на РФ и наших союзников в СА и ЦА, предприятие д.б. унитарным, государственным, общенародным, без участия частного капитала или третьих стран.
Сделан гидродинамический расчёт трубопровода очень большого диаметра. Себестоимость доставки воды складывается с учётом: цены на электроэнергию, цены земляных работ, транспорт, цены оболочки, транспорт, монтаж, цены земли (территории), цены насоса. С учётом налогов  и  неоднородности трассы на разных участках трассы трубопровода, на равнине,  для невысокого перевала, для туннеля, разреза, насыпи, высокогорного перевала; учёт налога на ресурсы; учёт налога на землю, с учетом разной цены земли. Построены графики зависимости цены доставки воды от радиуса трубы, от длины, от перепада высот, от цен и др. Пусть тау=100 лет, Цэ/э=3*10^-9 Евро/Дж, Цоболочки=60 Евро/м^3, Цземляных работ=1 Евро/м^3, Цтерр=3 Евро/м^2, Цнасоса=1 Евро/Вт, дельта=0,1м. Всегда имелся минимум себестоимости, соответствующий наилучшему радиусу. При заданной длине чем больше расход, тем меньше себестоимость воды.
Рассмотрены трассы: 1) слабосолёная вода из Каспия в Арал 30 км^/год, 2) пресная Ханты-Мансийск–Тургай восточнее Арала и Сырдарьи  до Ташкента (вариант: до Афганистана) 3 км^год, 3) Енисей–Обь–Иртыш севернее оз. Зайсан, разрезы и туннели  через Казахский мелкосопочник севернее Балхаша в Ташкент (вар.: южнее Балхаша в Афганистан) 3 км^/год.
Для спасения Арала и сельхозземель юга РФ канал из Каспия (с трубопроводом на кратком участке подъёма) и канал на участке спуска (с рекуперационной ГЭС) с характерным радиусом 20 м, скорость течения около 0,8 м/с, что приведет к себестоимости перекачки солёной воды  0,4 цента/м^3 расходы на строительство трубопровода  около 1,8 млрд. евро, расходы на эксплуатацию около 11 млрд. евро (по 110 млн. ежегодно). Гидроизоляция отличается тем, что содержит стальную сварную арматуру, монолитно залитую полимерным материалом (например, полиэтилен).
Трасса из Оби, Иртыша, Енисея сравнимы по себестоимости, 1,6 млрд. евро  (в 10 раз меньше упомянутых в [1] проектов), трубы специального «равновесного» профиля сечения, внутреннее покрытие – фторопласт, гидродинамический радиус 7 м, ряд насосных станций и рекуперационных ГЭС. Стенка – тюбинги сборного чугуна с эластичными гермопрокладками или сварные стальные сегменты с модулем Юнга 10^11 Па, для деформации около 1% толщина стенок должна быть около 5 мм; либо из полистирола «вафельного» наружного оребрения 3*10^10 Па толщина должна быть 15 мм. Рассчитана себестоимость доставки воды в СА. Она вовсе не 2-3 евро/м^3[1], а в 100 раз (!) меньше: всего лишь около 1-3 евроцентов/м^3. Это даже в несколько раз меньше прибыли (около 8-10 центов), приносимой 1 м^3 воды в сельском хозяйстве СА. Эксплуатационные расходы за 100 лет составят 8,5 млрд. евро (по 85 млн. ежегодно). Скорость 0,7 м/с. Потери на турбулентность 7 атм. на всей трассе. Это <<, чем высотный перепад (несколько десятков атм., на преодоление которого потребуется каскад насосных станций, для питания которых потребуются рекуперационные ГЭС или внешнее).
Итак, физико-техническая оптимизация и технико-экономические расчёты себестоимости опровергают негативное общественное мнение, подогреваемое СМИ. Проекты технически осуществимы (единицы млрд. евро), экологически неопасны и полезны (улучшится климат СА и РФ), экономически выгодны и РФ, и СА (себестоимость воды от 0,4 до 3 центов за м^3), политически необходимы, своевременны. Полезна охрана силами РФ.
Научн.рук. – Горшков А.В.


2006


Басалаев А.А., Горшков А.В. Исследование стратифицированного частотного импульсного тлеющего разряда высокого напряжения в парах ацетона низкого давления.
Известна проблема: получение неподвижных (не бегущих) страт в неорганических газах и их смесях (например, в воздухе) удаётся не при любых формах, размерах разрядного промежутка и давления газа. Актуальность: до сих пор трудно для лабораторных работ, исследовательских и технологических экспериментов получать устойчивые, неподвижные (причём хорошо видимые, большого диаметра и малой толщины) страты, в т.ч. в парах горючих веществ.
Создано устройство для получения разряда в парах жидкостей, в т.ч. органических (ацетона, спиртов, эфиров, углеводородов, воды), в воздухе, в парах йода и др. содержащее импульсно-частотный генератор высокого (60..100  кВ) напряжения, защитный разрядник, измерительный токовый шунт, вакуумную систему (рис.2), бронестекло.
Рис.2.
Получен стратифицированный частотный импульсный тлеющий разряд высокого напряжения в парах ацетона   низкого давления. Страты надёжно повторяемые в эксперименте, сняты цветные фотографии их.
Особенности стратифицированного тлеющего разряда в данной среде: Голубой цвет. Страты неподвижные. «Блинообразные» дисковидные («стопка плоских медуз»), соосные, диаметр страт составлял 50 мм. Толщина каждой страты была 1 мм, расстояние между двумя стратами было 2 мм. Количество надёжно наблюдаемых страт было 30–35 штук.
Показана схема образования страт, и полученный вид разряда был сравнён с аналогами. 
Радиус поперечного сечения разряда – это длина диффузии Lдифф ионов, то есть расстояние, на которое после ионизации молекулы образовавшийся ион сможет отклониться от оси разряда. Известно, что Формула1, где Dдифф – коэффициент диффузии, Таурек – характерное время рекомбинации и Формула2, где  nионов – концентрация ионов, Кфоторек – константа фоторекомбинации. А в неравновесной плазме амбиполярная диффузия Формула3, где Vi  – среднеквадрическая скорость теплового движения ионов, Лямбдасв.пр.i – длина свободного пробега ионов, Te – температура электронов,  Ti – ионов. Температура и среднеквадратичная скорость ионов Vi в слабоионизованной плазме примерно равны таковым же для нейтрального газа: Формула4, где Еиониз – энергия ионизации,  k – постоянная Больцмана, mi – масса иона. Отсюда Формула5.
Выведенная формула выражает зависимость длины диффузии (радиуса поперечного сечения разряда) от давления в газоразрядной камере. А от длины диффузии зависят, например, геометрические характеристики страт, то есть их оптические свойства. Значит, этими свойствами можно управлять (например, изменяя давление в газоразрядной камере), что расширяет возможности использования исследуемого стратифицированного разряда.
Зная, что р приблизительно 2*10^3 Па (из экспериментальных данных),  k приблизительно 1,38*10^-23 Дж/К,  Лямбда0 приблизительно 10^-7 м, p0 приблизительно 10^5 Па,  Тe приблизительно 10^4 K, Ti приблизительно T0 приблизительно 300 K, nионов приблизительно 10^20 м^-3, Кфоторек приблизительно 10^-18 м^3/с, mi приблизительно 9,4*10^-26 кг, подставим и из Формулы5 получим  Lдифф приблизительно 0,01 м. Полученный результат такого же порядка, что и экспериментальные данные 0,02 м.
Диаграмма1 – экспериментальная зависимость диаметра страт от давления.
Новизна, предположительно, состоит, во-первых, в том, что получены устойчивые по положению (неподвижные) страты в цилиндрической (а не сферической, что уже известно) геометрии; во-вторых, в том, что был использован знакопеременный импульсный источник тока, вследствие чего страты были стационарными. Страт много, одинаковых, большого диаметра и малой толщины, ярких, видимых при дневном свете. Они получены в парах горючего органического вещества с соблюдением техники безопасности.
Полезность работы состоит в том, что полученный вид разряда можно применять в специальной технике. А именно, предложены изобретения:
a. Плазменные, оптические, СВЧ, СБММ ИК и радиолинзы (рассеивающие и собирающие), ОТЛИЧАЮЩИЕСЯ тем, что содержит стратифицированный газовый разряд, соосный направлению распространения излучения. Фокусировка производится за счёт периодического изменения показателя преломления плазмы вдоль оси разряда, различного при различных радиусах, отсчитываемых от оси.
b. Фазовые дифракционные решётки для видимых, ИК, СБММ, СВЧ излучений, ОТЛИЧАЮЩИЕСЯ тем, что в качестве периодического фазосдвигающего элемента используется стратифицированный разряд, ось которого направлена под углом (например, поперёк) направления распространения излучения. То есть излучение идёт приблизительно вдоль или под углом к плоскости страт.
c. Генератор переходного или также черенковского излучения, в том числе когерентного, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что пучок релятивистских заряженных частиц пропускается вдоль оси стратифицированного разряда.
1. Области  применения:
a. Радиолокационная техника.
b. Оборонная  техника (быстрое управление интенсивными направленными потоками электромагнитных излучений).
c. Научно-экспериментальная область.
d. Ядерная физика.
e. Плазмохимические технологии в микроэлектронике и химической и биологической промышленности.
Научн. рук.  – Горшков А.В.


2007


Белов А.В., Горшков А.В. Абсолютный планетографический компас и дифференциальный гравиметр.
Работа относится к приборостроению, астрофизике и геологоразведке.
Проблема 1 общефизическая: как в физическом эксперименте отличить инерциальную систему от неинерциальной хотя бы в частном случае системы отсчёта, которая вращается вокруг некоторой оси, например, вокруг центра нашей Галактики, вокруг некоторого более общего центра?
Проблема 2 планетографическая: как создать способ нахождения широты местности, угла наклона оси вращения планеты к плоскости орбиты, период  вращения  планеты  вокруг  своей оси, период вращения планеты вокруг своей звезды, среднее расстояние до своей звезды, эксцентриситет орбиты, если на некоторой планете атмосфера и ионосфера настолько плотны, что наблюдение звёзд или радиолокацию использовать невозможно. Например, периоды вращения твёрдого, жидкого ли, ядра Юпитера, Сатурна, Нептуна вокруг своей оси остаются до сих пор неизвестны, известны лишь скорости вихрей в верхних слоях их атмосфер. Нет основания считать, что скорость вихрей в атмосфере равна скорости вращения: например, на Венере они резко разнятся.
Проблема 3 планетогеологическая: как быстро и недорого обнаруживать на Земле и планетах гравитационные аномалии, связанные с месторождениями полезных ископаемых?       
Новизна работы:
1) Авторы создали устройство АПК, которое в геологически однородной местности может указывать направление абсолютного местного меридиана независимо от наблюдения звёзд, от магнитного поля и от радиовидимости. Доказано, что АПК наиболее чувствителен в полярных областях, где он стабилизируется вдоль меридиана, и вблизи экватора, где он стабилизируется поперёк меридиана. АПК подходит для ориентации на стационарных объектах в Арктике и Антарктике, где магнитные компасы неудовлетворительны.
2) На расстояниях от геологических неоднородностей в 10 и более раз больше, чем их размер, этой гравитационной аномалией можно пренебречь.
3) В геологически неоднородной местности АПК позволяет составлять карты гравитационных аномалий, обнаруживать контуры новых месторождений полезных ископаемых. Вблизи плотных (рудных, каменных) тел АПК располагается радиально, а вблизи пустот (нефть, газ, вода, карстовые пещеры) поворачивается перпендикулярно направлению на их центр.
4) Изобретён гидростатический подшипник с нулевым моментом силы, препятствующей вращению, содержащий поплавок, плавающий в жидкости (например, в воде), отличающийся тем, что поплавок выполнен в форме кольца, через отверстие кольца пропущен цилиндрический канал, вокруг которого плавает поплавок, причём стенки поплавка и канала, обращённые друг к другу, имеют поверхность, отталкивающую от себя жидкость, поэтому поплавок самопроизвольно центрируется соосно каналу.                Ненулевой упругий вращающий момент самоцентрирующегося поплавка   возникает из-за неоднородностей поверхностного натяжения по окружности, из-за  шероховатости  стенок. При независимых и случайных шероховатостях Формула1, приблизительно 4*10^-14 Н*м, где Сигма – коэффициент  поверхностного  натяжения  воды, d – размер  неровностей (до 1 мм), R – радиус  поплавка, х – расстояние по воде от стенки (около 2 см). 
5) Автор изобрёл применение игольчатого измерителя туннельного тока (автоэлектронной эмиссии через пустой промежуток) по новому назначению – для измерения трёх компонент вектора переменной (по времени) составляющей суммарной напряжённостей поля гравитации и ускорений в данной системе отсчёта. Это позволит находить широты местности, угла наклона оси вращения планеты к плоскости орбиты, период  вращения  планеты  вокруг  своей оси, период вращения планеты вокруг своей звезды, среднее расстояние до своей звезды, эксцентриситет орбиты,  если на некоторой планете атмосфера и ионосфера настолько плотны, что наблюдение звёзд или радиолокацию использовать невозможно.
Чувствительность абсолютного механического центробежного компаса:
Пусть в северном  полушарии на широте Фи стоит под углом Бета к местному меридиану коромысло, вращающееся вокруг средней точки подвеса (гидростатический  подшипник  с  нулевым  моментом  трения, описанный  выше). Радиусы вращения концов коромысла вокруг земной оси R1 и R2 различны (см. Рис.1), следовательно, различны и (в  системе  отсчёта, связанной  с  Землёй) центробежные силы F1 и F2. Также различны и их проекции на ось, касательную к окружности в точке подвеса. Их разность и создаст вращающий момент силы относительно точки подвеса.
Центробежное ускорение Формула2, где ТЗ – период  вращения  планеты  вокруг  своей  оси, Rз ¬– радиус  Земли, разность широт шариков и середины коромысла Формула3. Проекция на касательную к своему меридиану в плоскости местного горизонта шариков:
Формула4. В плоскости местного горизонта длина проекции половины коромысла на широту, проходящую через средину коромысла Формула5. В плоскости, параллельной экваториальной, при этом проходящей через середину коромысла, угол, под которым видна эта проекция, Формула6. В плоскости местного горизонта середины коромысла аналогичный угол, под которым видна эта проекция из точки пересечения полярной линии и плоскости местного горизонта, Формула7. Проекция ускорения на «меридиан середины коромысла» Формула8.
Из закона сохранения импульса  угловое ускорение Формула9, где дельта_a_параллель|=aпараллель1-aпараллель2, отсюда Формула10. Она выведена в предположении, что оба конца  – на одной и той же четверти меридиана, не переходя ни за полюс, ни за экватор. Если середина точно на полюсе или экваторе, то разность ускорений точно равна нулю.
Пусть L<<RЗ, причём коромысло много дальше от полюса, чем L, тогда: Формула11, Формула 12. Т.к 2дельта_Фи<<1, то эта формула упрощается разложением синуса и арктангенса до линейных, а в косинусе пренебречь квадратичными и выше, Формула13. Это – главный результат анализа; из неё видно, что быстродействие устройства не зависит от длины коромысла, также видно существование 2-х равновесных положений Бета – по меридиану и по широте. Проекция центробежного ускорения на касательную max на 45 градусов широты, причём вблизи экватора и полюса она будет пропорциональна L, а в средних широтах почти не зависит от L. Но из главного результата видно, что  разность проекций и поэтому угловое ускорение будет вести себя по-другому. Оно max по абсолютной величине на широтах  в  0 градусов и 90 градусов.  А на широте около 45 градусов оно 0. На широтах 0<фи<45 градусов при расположении Бета, для определённости, в 1 и 3 квадрантах, угловое ускорение отрицательно, т.е. устойчиво положение вдоль широты. А на 45 градусов<фи<90 градусов угловое ускорение при том же расположении Бета – положительно, т.е. устойчиво будет положение коромысла по меридиану. Расчётное угловое ускорение АПК в Челябинске 1 нрад/с^2, соответствует экспериментальному по порядку величины. В приполярных широтах, как северного, так и южного полушарий пользоваться магнитным компасом трудно, а вот АПК там наиболее быстродействующий. Вклад орбитального движения Солнца по сравнению с собственным вращением Земли Формула14 приблизительно 0,38 кажется значительным; но отношение наибольших возможных разностей ускорений, действующих на разные концы коромысла, пренебрежимо мало: Формула15,  это порядка 8*10^-6. В северных широтах зимой Солнце создаст на северный шарик дополнительную центробежную силу больше, чем на южный шарик, поэтому утром поэтому АПК повернётся от меридиана против часовой стрелки, а вечером – повернётся от меридиана по часовой стрелке. В полдень и в полночь АПК будет точно по меридиану. Вращение Земли вокруг центра Земля+Луна тоже будет отклонять АПК от меридиана.
Пусть  аномалия  плотности Земли (водяная, углеводородная, рудная) эквивалентна  шару  радиусом r , на удалении R от прибора. Разность ускорений max, когда  само устройство будет располагаться вблизи границы аномалии R=r. Сила, действующая на  ближний  шарик: Формула16, Формула17. При L<<R разность ускорений Формула18. На границе массива эффект не  зависит  от  объема  и размера массивного тела, а лишь  от разности  плотностей; но вдали от границы убывает кубически быстро. Отношение разностей ускорений, вызванных  этой  гравитационной  аномалией, и вращением Земли: Формула19. Даже вдали от широт 45 градусов это отношение (без учёта последнего, кубического, сомножителя) очень велико, порядка 100, а вблизи широт 45 градусов – ещё больше. Вблизи границ гравитационных аномалий прибор чувствует преимущественно именно их, а вдали – преимущественно вращение Земли. Эксперименты на геологически известной территории Челябинска и Копейска подтверждают это.
Итак, изобретён практически пригодный при современном уровне техники горизонтальный дифференциальный гравиметр, пригодный для геологоразведки.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2005–2007


Горшков А.В. Непосредственное влияние электронных оболочек атома на «сильные» распады ядра.
Теоретическая работа относится к фундаментальной проблеме управления распадом атомных ядер низкоэнергичным воздействием, отличным от захвата нейтронов. С 30-х и 40-х гг. 20-го в. известны многочисленные работы нескольких десятков исследователей в мире по исследованию низкоэнергичных воздействий на бета-процессы (распады и захваты), т.е. «электрослабые». Получены (среди признаных достоверными) изменения периода полураспада от единиц % до 10^9 раз. Исследовано (Ткаля и др., конец 2006 г.) также опосредованное влияние воздействия на электронную оболочку, а также на низколежащие изомерные состояния, через электрослабые распады, на альфа-распад как последствие в цепочке бета-распадов и захватов.
Но до работ автора (1987, весна 2005, весна 2006 г.) не обнаружено упоминания о каких-либо теоретических моделях прямого, а не опосредованного, влияния состояния электронных оболочек на «сильные» распады – эмиссию нуклонов, кластеров (в т.ч. альфа-распад), спонтанное деление.
Здесь показано, что глубокая ионизация атома либо снабжение ядра электронными оболочками может заметно (в наблюдении, эксперименте) влиять непосредственно на «сильные» распады. Снабжение "голого" ядра низколежащими электронными оболочками приводит для протонов и кластеров, 1) к углублению потенциальной ямы, 2) к снижению внешней части потенциального барьера. "Знак эффекта" – т.е. уменьшение либо увеличение вероятности распада – неоднозначен: имеются области различных знаков в зависимости от зарядов, масс ядра и эмиттируемых частиц, энергий. Возможно управление постоянной «сильных» распадов путём глубокой ионизации атомов либо, наоборот, путём снабжения «голого» горячего компаунд-ядра электронными оболочками в основном состоянии, для различных элементов и изотопов и изомеров, для фрагментов различного нуклонного состава. Обнаружены новые закономерности таких явлений. По порядку величины найдено относительное изменение периода полураспада для рядов ядер, частиц и энергий. При существующем уровне техники явление можно обнаружить экспериментально, во-первых, для средних (в т.ч. редкоземельных) ядер изотопов и их изомеров, испускающих альфа-частицы особо низкой энергии, во-вторых, для горячих компаунд-ядер сверхтяжёлых элементов, в-третьих, для ядер с эмиссией протонов и двупротонов. В 2006 г. уточнена модель влияния не одной, а всех электронных оболочек атома на величину исследуемого эффекта. Множитель порядка единицы экспоненциально сильно влияет на результат. Показаны некоторые астрофизические и практические следствия этих явлений.


Горшков А.В. Непосредственное влияние электронных оболочек атома на «сильные» распады ядра с учётом неводородоподобности атома и новый способ двупротонного синтеза дейтрона.
Теоретическая работа относится к фундаментальной проблеме управления распадом атомных ядер низкоэнергичным воздействием, отличным от захвата нейтронов. С 30-х и 40-х гг. 20-го в. известны многочисленные работы нескольких десятков исследователей в мире по исследованию низкоэнергичных воздействий на бета-процессы (распады и захваты), т.е. «электрослабые». Получены (среди признаных достоверными) изменения периода полураспада от единиц % до 10^9 раз. Известно опосредованное влияние внешнего воздействия на электронную оболочку и на низколежащие изомерные состояния, через электрослабые распады, на альфа-распад как последствие в цепочке бета-распадов и захватов. До работ автора (1987, весна 2005, весна 2006 г.) нет упоминания о моделях прямого влияния состояния электронных оболочек на «сильные» распады – эмиссию нуклонов, кластеров (в т.ч. альфа-распад), спонтанное деление.
Автором в предыдущих работах показано, что глубокая ионизация атома либо снабжение ядра электронными оболочками может заметно влиять непосредственно на «сильные» распады. Снабжение низколежащими электронными оболочками приводит для протонов и кластеров, 1) к углублению потенциальной ямы, 2) к снижению внешней части потенциального барьера. Изменение вероятности распада неоднозначно: есть области различных знаков в зависимости от Z, z, масс ядра и эмиттируемых частиц, энергий.
Возможно управление постоянной «сильных» распадов путём глубокой ионизации атомов либо, наоборот, путём снабжения «голого» горячего компаунд-ядра электронными оболочками в основном состоянии, для различных элементов и изотопов и изомеров, для фрагментов различного нуклонного состава. Обнаружены новые закономерности таких явлений. По порядку величины найдено относительное изменение периода полураспада для рядов ядер, частиц и энергий. Показаны некоторые астрофизические и практические следствия этих явлений.
В 2006 г. уточнена модель влияния всех электронных оболочек атома на величину эффекта. Множитель Бета (в водородоподобном атоме =1, в неводородоподобных приблизительно 2,0000...2,1646 для кубических по rЯ/rБ эффектов, от 3,2899 для квадратических) экспоненциально сильно влияет на результат.
Пусть Z<<Z* приблизительно 1460..2200, пусть уровни энергии эмитируемой частицы (кластера или нуклона) в ядре изменяются при воздействии электронной оболочки << чем на характерную ширину уровня энергии (проверим апостериори) либо (что не исключено для тяжёлых многокластерных ядер) перекрываются. Обозначим Формула1, Формула2, центробежная Формула3,   радиус поворота в голом ядре Формула4. Пусть в голом ядре прохождение было подбарьерное Формула5. Критическая энергия Эх* (для деления тяжёлых это 200..300 кэВ, для альфа-распада это 10..15 кэВ), ниже которой снабжение электронной оболочкой делает распад энергетически невозможным,  Формула6. Проницаемость изначальная D0 с учётом вероятности w статистического образования кластера  Формула7. При D0 приблизительно 1 вариант «А», при D0<<1 «Б». При «А» снижение энергии при снабжении ядра оболочкой дельтаЭхА Формула8. При «Б»: дельтаЭхБа Формула9, если Z малы, p равномерно; а если Z велики и c вращением, то p вблизи поверхности, дельтаЭхБб Формула10. Возьмём эмпирически средневзвешенное дельтаЭх=D01*дельтаЭхА+(1-D01)*дельтаЭхБа ; c итерационным  уточнением в цикле: начальное D01:=D0, затем, после вычисления уточнённого значения проницаемости (см. далее) присваиваем D01:=D1 новое значение, и повторяем цикл итераций достаточное количество раз. Внутренние итерации – для нахождения Г и G – начнём с задания начального rП:=rП0 . Поправка к потенциальной энергии снаружи барьера дельтаU(rП): Формула11, затем нахождение rП численно итерациями из Формула12 : дихотомией с использованием аналитического выражения для дельтаU(rП) (точка поворота может быть неединственна), или простой итерацией для дельтаU(rП) в виде Формула13 (сходятся, если единственна); и новым дельтаU(rП). Для погрешности по rП  <0,1% для известных элементов и допустимых Эх оказалось достаточно 3-х итераций; с запасом – 5-х. Относительное изменение барьера Г Формула14. Относительное изменение r возврата (поворота) Формула15. В  одетом ядре D= Формула16. Вычисляем ТетаD=D/D0 и его логарифм – «показатель экспоненты», и изменение молярной активности. Где «показатель» >0, ядро в атоме распадается быстрее, чем в «голом» виде («стабилизация глубокой ионизацией», «дестабилизация деионизацией»). Где «показатель» <0, ядро в атоме стабильнее, чем в «голом» виде («стабилизация деионизацией», «дестабилизация ионизацией»).
Изменение уровня энергии даже для тяжёлых элементов обычно мало, порядка  50..60 эВ, но для их предельно горячих ядер велико, до -260 кЭв. Изменение высоты потенциального барьера для предельно горячих ядер мало, от -30 мкэВ для Li до -30 эВ для U; но для обычных велико, до -80..-110 кЭв при делении U..Fm. В 250Fm для эмиссии Ne изменение барьера -21 кэВ при Эх=1,5 МэВ, -3 кэВ при Эх=10 МэВ, -1 кэВ при Эх=20 МэВ; для эмиссии альфа-частиц изменение барьера -4 кэВ при Эх=0,3 МэВ, -2 кэВ при Эх=1 МэВ, -200 эВ при Эх=4 МэВ, -38 эВ при Эх=10 МэВ; параметр Г может достигать -0,02..-0,05 в обычных ядрах и до +0,001 в предельно горячих.
При типичных энергиях продуктов распада для альфа- и Ne-распадов U..Fe «показатель» +0,001..+0,01, для деления +0,03..+0,15; но в низкоэнергичных «хвостах» возможно до +1 (при осколках Эх=40 МэВ) и >>1 при  меньших энергиях; в горячих знак меняется, стабилизация: -0,003..-0,04.
При существующем уровне техники явление можно обнаружить экспериментально, во-первых, для распадов тяжёлых элементов, во-вторых, для средних (в т.ч. редкоземельных) ядер изотопов и их изомеров, могущих испускать альфа-частицы особо низкой (десятки, сотни кЭв, см. далее) Эх, в-третьих, для горячих компаунд-ядер сверхтяжёлых элементов, в-четвёртых, для ядер с эмиссией p и 2p с компонентами альфа-спектра в области десятков кэВ в СЦМ. Подберём и рекомендуем конкретные ядра для экспериментального обнаружения эффекта.
Известны 4 области относительно низкоэнергичной альфа-радиоактивности: отдельные изотопы N<10, в области 50<Z<82 известны несколько альфа-активных n-дефицитных ядер; около A=150..170, A=190..210. Пока не известно альфа-распадов с энергией <1 Мэв; но теоретические экстраполяции дают такую возможность вблизи A=133 плюс-минус 4. Если будет обнаружен гипотетический альфа-распад 208Pb, то по известным моделям распада энергия альфа-частиц должна быть особо низкой: порядка единиц, десятков кЭв. По формуле для связи между энергией альфа-распада и атомным номером на изобарах нетрудно экстраполировать энергию альфа-распада до почти 0. Например, для изобара 226 это произойдёт при необычно n-избыточных Z=81..82. В области A=120..140, A=150..170 есть ядра с малой энергий связи альфа-частиц, поэтому электронные оболочки могут влиять на распад их возбуждённых состояний.
По анализу литературы (без указания изомера), интересные альфа-частицы с низкой энергией испускают: 109Te, 142Ce (5*10^15 лет), 144Nd (1852 кэВ по [11], 1830 кэВ по [12],  по [11] 2,3*10^15 лет, по [14] 2,1*10^15 лет), 148Sm (1932 кэВ по [11], 1960 кэВ по [12], 7*10^15 лет). Предполагают, что 209Bi  альфа-радиоактивен с периодом порядка 10^19 лет, ожидаема и малая энергия альфа-распада. Альфа-распад известен и для «дожелезных» ядер: 28P (1310 кэВ, 270 мс). Известна реакция 8Be –> 2*4He.
Полупериод спонтанного деления для 232Th более 10^21 лет. Известны аномально долгоживущие 257Fm (3 мес), 258Md (2 мес.); можно надеяться, что воздействие на электронные оболочки позволит управлять распадами или делением некоторых из его изомеров.
Реакция синтеза p+7Li–>2альфа эндотермична, но маловероятна (запрет по чётности); можно надеяться, что воздействие на электронные оболочки атомов и ионов Li, H позволит устранить рассогласование энергий.
К 2000 г. более 25 ядер (интервал 221Fr..232Ra..242Cm) показали кластерную (14С, 16O, 20О, 24Ne, 26Ne, 28Mg, 30Mg, 32Si и 34Si) радиоактивность из основных состояний. Для тяжёлых кластеров электронные оболочки должны заметно влиять на распад, см. выше расчёт.
Для всех известных к 1998 г. протонораспадных ядер средние энергии вылетающего протона 0,5..2 МэВ , но распределения широкие и в них содержатся хорошо разрешаемые области в десятки кЭв. Протонная радиоактивность замечена у 53mCo, 151Lu, 115Xe, 167Ir, 109I, 113Cs, 131Eu, 140Ho, 141Ho, 141mHo, 145Tm,  бипротонная у 16Ne, 6Be из основного, 12O из основного (у этих 10^-20 с), к началу 1998 г. более 30 протонно-распадных (из основных и изомерных) ядер от 53Co27 до 185Bi83.  Условия заметности протонной радиоактивности выполняются для сильно нейтронодефицитных ядер, таких к 1999 г. известно около 25-ти, как из долгоживущих изомерных, так и из основного состояний. Почти все протонные переходы чувствительны к структуре исходного и конечного ядра. Первое вращательно возбуждённое состояние ряда протонно-радиоактивных ядер может обладать энергией низкой, порядка 150-200 кэВ. Можно надеяться, что электронные оболочки способны влиять на форму распределения протонов по энергиям; а также на структуру ядра и, поэтому, на протонный распад (резонансный механизм, т.е. отличный от рассматриваемого в статье).
Представляется целесообразным провести специальный поиск альфа- и иных «сильных» распадов с особо низкой энергией эмитированных частиц: в сотни, десятки и единицы кэВ, насколько позволяют современные альфа- (и соответствующие иные) спектрометры (например, у существующих магнитных разрешение 7,5 кэВ). Не исключено, что такой интенсивный поиск просто не проводился ранее.
Не исключено, что медленный низкоэнергичный (сотни и даже десятки кэВ) альфа-распад будет обнаружен у известных изотопов, вследствие переходов при девозбуждении, в т.ч. изомеров («линии альфа-спектра отстоят иногда друг от друга всего на 20–30 кэв … причём интенсивность одной из линий может в десятки и даже в сотни раз превосходить интенсивность соседней»). Поскольку пока не исключены маловероятные переходы между изомерными состояниями с эмиссией либо вследствие эмиссии альфа-частицы (или ещё чего-нибудь, в т.ч. заодно и фотона, как обычно) низкой энергии, следует поставить эксперименты по поиску таких, аномально низкоэнергичных, альфа-, кластерных и других «сильных» распадов.
Нет сведений о воспроизведении в лаборатории процесса p+p –> d+Пи+ , p+p–>d+e++Ню из-за сверхмалого (теоретически) сечения порядка 10^-23 барн; можно надеяться, что синтез в плотном электронном пучке сделает процесс трёхчастичным, не нуждающимся в резонансе и сечение увеличится на много порядков, например,  p+p+e–>d+e+e++Ню –> d+2Гамма.


2006–2007


Сало Р.Х., Горшков А.В. Экспоненциальное затухание воздушного потока в глубине ориентированного волокнистого теплоизолятора.
Рассмотрено течение сплошной среды при малых числах Маха внутри открытого снаружи высокопористого тела (ВП) с сильной  анизотропией распределения твёрдой фазы в виде прямых, наклонных или извитых волокон, неоднородных по размерам. Построена физическая аналитическая закономерность, дающая экспоненциальный профиль скорости течения по глубине ВП в явном виде и его зависимость от скорости обтекания средой (ветром) и основных параметров натурального меха, согласующиеся с экспериментальными данными и позволяющей конструировать ветрозащищающий ВП с заранее заданными свойствами, в т.ч. для применений в теплотехнике, строительстве, металлургии, лёгкой промышленности; а также, напротив, конструировать хорошо продуваемый ВП в сушильной, фильтровальной, коптильной, химической технике и тоже в лёгкой промышленности; также оценивать проветривание завалов при авариях.


Сало Р.Х., Горшков А.В. Характерные размеры при затухании ветра в глубине ориентированного волокнистого теплоизолятора.
Рассмотрен вынос тепла только вынужденной конвекцией сплошной среды при малых числах Маха внутри открытого снаружи высокопористого тела (ВП) с сильной  анизотропией распределения твёрдой фазы в виде прямых, наклонных или извитых волокон, неоднородных по размерам. Показано, что влияние ветра V на теплоотдачу через ВП можно свести к уменьшению «эффективно препятствующей теплоотдаче ветру» высоты ВП h**эфф(V). Найдена зависимость Гамматепл.З – доли высоты ВП, в пределах которой теплоотдача ветру через основу и ВП минимальна, от V и относительной высоты ВП Гамма. При малых скоростях ветра теплосопротивление меха приблизительно const, при средних линейно убывает, а при больших уменьшается логарифмически медленно. Закономерностью можно пользоваться при конструировании меховой одежды и теплоизоляторов в строительстве, теплотехнике, металлургии, химической промышленности.


Сало Р.Х., Горшков А.В. Физическая аналитическая модель зависимости сопротивления мехоподобного теплоизолятора от скорости ветра.
Найдена зависимость теплового сопротивления гетерогенного высокопористого тела (ВП), открытого снаружи, с сильной  анизотропией распределения твёрдой фазы в виде прямых, наклонных или извитых волокон, неоднородных по размерам, от скорости течения сплошной среды (ветра) при малых числах Маха. При малых скоростях ветра теплосопротивление ВП приблизительно const, при средних убывает линейно, а при больших – логарифмически.


Сало Р.Х., Горшков А.В. Анализ зависимости теплового сопротивления высокопористого анизотропного теплоизолятора от его структурно-геометрических параметров и скорости и направления ветра.
С учётом теплопроводности воздуха и волоса, теплопереноса свободной и вынужденной конвекцией тепловое сопротивление слоя ВП возрастает при: уменьшении теплопроводности и увеличении вязкости заполняющего газа, уменьшении напряжённости гравитационного поля, давления, разности температур, усложнении формы сечения волосин. Для данных условий погоды существуют такие густота на основе, поперечник и извилистость волосин, что теплосопротивление максимальное. При увеличении высоты ВП теплосопротивление растёт монотонно, но не до бесконечности, а до предельного значения: бесполезно делать толстый теплоизолятор, если есть свободная конвекция, её следует подавлять противоконвекционными прослойками. Коэффициент теплопроводности ВП при наличии ветра зависит от густоты немонотонно: возрастает, убывает (в «нормальном» диапазоне), вновь возрастает. Существует возможность сделать низкопористый теплоизолятор с тепловым сопротивлением в несколько раз выше, чем у слоя сплошного твёрдого вещества. Впервые аналитическая модель объяснила известные из экспериментов для натурального меха зависимости теплового сопротивления от скорости ветра и угла атаки.
В низкопористом ВТИ 1>П>>Пmax (войлок, фетр, плотный пух, фибра) пренебрежём 1-м и 3-м слагаемыми, тогда Формула1. Это в Формула2 раз больше, чем тепловое сопротивление сплошного слоя твёрдого вещества (силикаты, оксиды, керамика, углерод, фтороуглерод) высотой h. Это полезный (например, для жаропрочной теплоизоляции в теплотехнике и авиакосмонавтике) прикладной результат.
Сопоставление этих двух предельных случаев – «высокопористый» и «низкопористый», а также вычислительный эксперимент показывают, что теплосопротивление растёт с увеличением h до асимптотического предела hmax.возд  ; при прочих заданных условиях существуют такие диаметр ворсин а, густота Г и извилистость Кси, что теплосопротивление максимально. Это новый практически важный вывод.
Влияние скорости ветра. Неожиданно ведёт себя зависимость эффективного коэффициента теплопроводности (все слагаемые в знаменателе) от Г при ветре: при слишком малых Г он экспоненциально быстро возрастает (т.к. возрастает h**эфф<<h и в ней усиливается свободная конвекция) до наихудшего значения; при средних Г он гиперболически быстро убывает (т.к. рост h**эфф приблизительно h и свободной конвекции отсутствует, а ветровая подавляется); при слишком больших Г он линейно возрастает (из-за теплопроводности по волосам). Впервые удалось аналитически объяснить известные  опытные зависимости теплосопротивления меха от скорости ветра: при малых V0<<V** оно почти постоянно; при V0 приблизительно V** убывает линейно (разложение логарифма в ряд Тейлора), затем при V0>>V** убывает логарифмически медленно.


R.H. Salo, A.V.Gorshkov. The profile of the wind dying out in the depth of the hair covering of natural fur.
There is a problem in light industry, construction, filtration, heating engineering and others: the adequate physical analytical model is unknown which satisfactorily gives the obvious kind of the dependence of the velocity of the medium (for example, air) caused by wind (or the motion of the vehicle) with the velocity known to be subsonic, from the deepening of the flow inside the fibrous thermal insulator (FTI) open outside, including with the twisted fibres of complicated shapes and also heterogeneous by the sizes of the constituent fibres, for example, the hair covering (HC) of natural fur, as well as from the velocity of the external flow. The numerous experimental data and empirical mathematic regularities generalizing them, as well as non-explicit physical numerical models of such flow have long been known.
In the work the physical analytical approximate regularity has been constructed which gives the profile of the flow velocity from the depth of the FTI in an explicit form and its dependence from the velocity of the flow by the medium (wind) and the major parameters of natural fur in agreement with the experimental data and allowing to design the wind protecting FTI with the preset (pregiven) properties.
The velocity of the wind flow of the air parallel to the surface in the thickness of natural fur and analogous strongly anizotropic heterogeneous FTI, filters, embankments exponentially fast fades into the depths with the typical distance, constant within the kind of the fur and depending from the major parameters of the hair covering (HC), including with the twisted fibre of complicated shapes as well as non-heterogeneous by the sizes of the constituent fibre.
It is shown that in any wind the flow inside almost the whole height of the HC with the parameters of natural fur can be laminar. The best deceleration of the wind into the depth gives such kinds of fur that satisfy the following quantitative conditions together: superfine thick down, but thick arista, the ends of hair tightly fall with the wind.
With proper choice of the parameters of the hair covering (HC) there is a level of the height in the thickeness of the HC at which and lower which the heat transfer to the wind decreases to the minimum constant value regardless of the wind velocity.
The wind influence, thus, reduces to the simple decrease of the height of the HC “effectively preventing the heat transfer to the wind”. The dependence of the part of the height of the HC is found within which the heat transfer to the wind through the down-layer and the HC is minimum, and which depends from the wind velocity and relative height of the HC. It can be conveniently used when designing the fur clothes and open FTI.
The constructed analytical model explains the famous experimental fact: at small velocities of wind the thermal resistance r of fur is constant; at average ones linearly decreases (the change of r is proportional to the change of the wind velocity); and at large velocities remains approximately unchanged (decreases logarithmically slowly to zero).


R.H. Salo, A.V.Gorshkov. The physical analytical model of the dependence of the thermal resistance of natural fur from the wind velocity.
The work refers to the field of heat transfer in the heterogeneous medium. The thermal resistance of the high porous body (HPB) with the strong anisotropy of the distribution of the solid phase (fibrous thermal insulator, natural fur) is under consideration.
The approximate physical analytical expression of the dependence of the thermal resistance of the HPB from the velocity of the flow (around the body) by the medium (wind), the angle of attack and the major parameters of natural fur has been formulated and it agrees with the experimental data and allows to construct a wind-protecting HPB with the pregiven properties. In this case the thermal conductivities of air and the twisty and inclined hair of complicated structure, the heat transfer by  free and forced (by wind and man’s movements) convection are taken into account.
It is shown that the thermal resistance of the layer of the hair covering (HC) increases with: decreasing of the thermal conductivity and increasing of the viscosity of the gas filling in, with decreasing of the gravitation field intensity, pressure, temperature differences, the complication of the shape of the hair’s cutting. The important practical conclusion: a porous thermal insulator is suggested, differing in that its space is filled with heavy viscous gases (argon, xenon, hexafluorid of sulfur, acetone, alcohol, ether, hydrocarbon, carbonic acid gas and others).
It is shown analytically and found in the numerical experiment that for the given weather conditions there exist such thickness on the base, the diameter and twistednessty of the hairs that the thermal resistance of the HPB(HC) reaches the maximum. The importance practical conclusion: when making the thermal insulators on the base of artificial fibres you should choose their parameters so that it is shown in the formulae and recommendations of the present work.
With increasing the height of the HC the thermal resistance has the point of bending, grows monotonously, but not endlessly, to the estimated maximum asimptotical limit. The important practical conclusion: it is useless to make a thick thermal insulator if considerable free convection is growing as quickly as the height of the HPB, – it should be suppressed by the anticonvectional layers (“double, triple and etc. sheep skin coat”).
The thermal conductivity coefficient of the HPB under wind depends on the thickness non-monotonously: it grows with the point of folding to the maximum, then decreases, again increases to the maximum value. The important practical conclusion: for the given wind velocity and the height of the HC, the thickness should be chosen in the “normal” range, where the conditions are fulfilled: firstly, the thermal conductivity coefficient decreases with the increasing of the thickness, secondly, the thermal resistance grows.
There is a possibility of making a low-porous thermal insulator differing in that it contains the hightwisted, tangled between each other (and spot-coagulated) fibres made from ovenproof material which is supposed to have the thermal resistance several times higher than the layer of the similar unbroken solid substance has (ovenproof thermal insulation of rocket engines, landing vehicles, chemical reactors, furnaces and others).
For the first time the analytical model has explained known for natural fur experimental dependences of the thermal resistance from the wind velocity: the constancy at small velocities, the linear decrease at average ones and logarithmically slow at large velocities.
The analytical model has pioneered in explaining known for natural fur experimental dependences of the thermal resistance from the angle of attack at average wind velocities: firstly, the minimum is reached at the angle of attack 45 0, and, secondly, the non-dimension (correlated to the thermal resistance at the zero angle of attack – to the sliding wind) graphs of the dependence of the thermal resistance from the angle of attack considerably depend only from the angle of attack and little depend from the parameters of the HC and wind velocity.
The results of the work can be applied when designing the porous thermal insulators in light industry, fundamental construction, heating engineering, the aerospace engineering, chemical industry (reactors, furnaces) and others.


Сало Р.Х., Горшков А.В. Профиль затухания воздушного потока в глубине ориентированного волокнистого теплоизолятора (на примере волосяного покрова натурального меха).
Работа относится к области прикладной механики жидкости и газа гетерогенных сред. Рассматривается течение сплошной среды внутри открытого снаружи высокопористого тела с сильной  анизотропией распределения твёрдой фазы.
В теплотехнике, лёгкой промышленности, фильтровальной технике, строительстве и др. не известно физической аналитической модели, удовлетворительно описывающей в явном виде зависимость скорости течения среды (например, воздуха) вдоль поверхности волокнистого теплоизолятора (ВТИ), открытого снаружи, в том числе с извитыми волокнами сложной формы, а также неоднородного по размерам составляющих волокон, например, волосяного покрова (ВП) натурального меха, от заглубления течения  внутрь ВТИ, а также от скорости наружного течения среды относительно аппарата с заведомо дозвуковой скоростью.
Давно известны многие экспериментальные данные, обобщающие их эмпирические математические зависимости неявные физические численные модели  такого течения.
Цель работы – построение физической аналитической приближённой закономерности, дающей явно профиль скорости течения по глубине ВТИ и его зависимость от скорости обтекания средой (ветром) и основных параметров ВТИ, согласующейся с экспериментальными данными и позволяющей проектировать ветрозащищающий ВТИ с заданными свойствами.
В работе построена физическая аналитическая приближённая закономерность, дающая профиль скорости течения по глубине ВТИ в явном виде и его зависимость от скорости обтекания средой (ветром) и основных параметров натурального меха, согласующиеся с экспериментальными данными и позволяющей конструировать ветрозащищающий ВТИ с заранее заданными свойствами.
Скорость ветрового течения воздуха параллельно поверхности в толще натурального меха и аналогичных сильно анизотропных гетерогенных теплоизоляторах (ВТИ), фильтрах, насыпях экспоненциально быстро затухает вглубь с характерным расстоянием, постоянным в пределах вида меха и зависящим от основных параметров волосяного покрова (ВП), в том числе с извитыми волокнами сложной формы, а также неоднородного по размерам составляющих волокон.
Показано, что при любом ветре течение внутри почти всей высоты ВП с параметрами натурального меха можно считать ламинарным. Наилучшее замедление ветра вглубь дают такие сорта меха, у которых одновременно выполняются количественные условия: сверхтонкий густой пух, но толстая ость, кончики волос плотно укладываются по ветру.
При правильном выборе параметров ВП существует в толщине ВП уровень высоты, на котором и ниже которого теплоотдача ветру уменьшается до минимального постоянного значения независимо от скорости ветра. Влияние ветра, таким образом, сводится к простому уменьшению «эффективно препятствующей теплоотдаче ветру» высоты ВП. Найдена зависмость доли высоты ВП, в пределах которой теплоотдача ветру через основу и ВП минимальна, от скорости ветра и относительной высоты ВП, которой удобно пользоваться при конструировании меховой одежды и открытых ВТИ.
Построенная аналитическая модель объясняет известный экспериментальный факт: при малых скоростях ветра теплосопротивление r меха =const, при средних линейно убывает (изменение r пропорционально изменению скорости ветра), а при больших остаётся приблизительно неизменным (уменьшается логарифмически медленно до нуля).


Сало Р.Х., Нагорная З.Е. Исследование теплозащитных характеристик пакета меховой одежды.
Представленная в предыдущих работах методика расчета теплового сопротивления позволяет исследовать теплозащитные характеристики пакета меховой одежды при изменении структурных параметров мехового полуфабриката и условий окружающей среды. Расчеты производили для различных вариантов мехового пальто – из меховой овчины (мехом наружу) и шубной (мехом внутрь). Температура тела человека, толщина и состав комнатной одежды, величины воздушных прослоек между слоями одежды в расчетах приняты постоянными.
Понижение температуры от 0 до –40 0С (табл. 1) вызывает уменьшение теплового сопротивления мехового полуфабриката на 31% (шубная овчина) и 27% (меховая овчина). При снижении температуры окружающей среды увеличивается свободная конвекция в воздушных промежутках, поэтому общее тепловое сопротивление пакета одежды уменьшается на 13% и 10% соответственно.
Таблица 1 – Изменение теплового сопротивления от температуры окружающей среды.
При увеличении скорости ветра от 1 до 15 м/с (табл. 2) тепловое сопротивление полуфабриката в пальто из шубной овчины остается неизменным, общее тепловое сопротивление уменьшается за счет увеличения теплоотдачи от поверхности изделия ветру. В изделии из меховой овчины высота волосяного  покрова не продуваемая ветром, уменьшается на 57%, соответственно, сопротивление меха снижается на 45%, общее тепловое сопротивление пакета одежды – на 20%.
Таблица 2 – Изменение теплового сопротивления от скорости ветра.
Высота волосяного покрова (ВП) оказывает влияние на теплозащитные свойства посредством толщины непродуваемого ветром слоя волос  . При увеличении высоты ВП   повышается, следовательно, растут теплозащитные свойства меха. При увеличении высоты ВП от 10 до 30 мм в пальто из шубной овчины тепловое сопротивление повышается  на 50 %, из меховой – на 48%, общее тепловое сопротивление пакета одежды в первом случае растет на 20 %, во втором – на 17 % (табл. 3).
Таблица 3 – Влияние высоты ВП на тепловое сопротивление.
С увеличением густоты ВП увеличивается часть ВП, эффективно сохраняющая тепло (табл. 4). Тепловое сопротивление мехового полуфабриката увеличивается на 45% в пальто из шубной овчины и на 51 % – из меховой, общее тепловое сопротивление пакета одежды увеличивается на 17 %. Доля сопротивления кожевой ткани мехового полуфабриката составляет менее 1%, поэтому влияние ее толщины на общее тепловое сопротивление незначительно.
Таблица 4 – Влияние густоты на тепловое сопротивление меха и пакета одежды.
Для построения регрессионных зависимостей теплофизических и структурно-геометрических характеристик мехового полуфабриката и пакета одежды  в электронных таблицах Exel были заданы ряды значений основных параметров и получены графики.
Зависимость удельного теплового сопротивления меха от высоты ВП представлена на рис. 1. Меховые шкурки с высотой ВП до 8 мм продуваются ветром до кожевой ткани, при h =8..15 мм тепловое сопротивление быстро растет. В диапазоне высот ВП 15..35 мм сопротивление имеет численные значения, необходимые для защиты человека от холода. При h > 35 мм тепловое сопротивление продолжает расти, но конвекционная теплопередача начинает превышать теплопроводность неподвижного воздуха. При дальнейшем повышении высоты ВП свободная конвекция настолько велика, что рост теплового сопротивления замедляется и асимптотически стремится к своему верхнему пределу.
При рассмотрении зависимости теплового сопротивления ВП от густоты следует учитывать диаметр волоса. На рис. 2 показана такая зависимость для меха овчины с диаметром волоса d=(0,96..1,66)*10^-2 мм. При Г<2400 ед/см^2 сильно воздействие вынужденной ветровой и свободной конвекции. В диапазоне Г=2400..7500  ед/см^2 конвективная теплопередача уменьшается, тепловое сопротивление быстро растет. Для Г=7500..10000 ед/см^2 рост удельного теплового сопротивления замедляется, так как увеличивается теплопроводность по твердому веществу волоса. Максимальное rвп при Г = 10000 ед/см^2. С дальнейшим увеличением густоты волосяного покрова тепловое сопротивление уменьшается по гиперболическому закону.
Таким образом, с помощью данной методики получена информация о тепловом сопротивлении конкретного вида меха и пакета одежды в различных климатических условий. Предложенная методика может быть использована при проектировании теплозащитной одежды из натурального меха, а также других волокнистых теплоизоляторов, например, искусственного меха.
Рис. 1. – Зависимость теплового сопротивления меха от его высоты.
Рис. 2. – Зависимость теплового сопротивления овчины от густоты


Субботин Г.Ф., Горшков А.В., Фокин А.В. Оптимизация электрореактивного движителя на заряженных макрочастицах аэрозоля и магнитногидрадинамический гиродин.
Цель: провести физический анализ параметров движителей для заданных условий межпланетных или долговременных космических полетов, найти наилучший диапазон основных параметров движителя, энергоустановки, рабочего тела.
Конкретная задача:  для заданных параметров траектории или требуемой длительности и ускорения аппарата найти оптимальную скорость истечения рабочего тела, массу частиц, тягу, заряд частиц и вещество, из которого можно получить такие частицы; создать модель двигателя ориентации и измерить характерные параметры предложенной модели, предложить конкретный проект аппарата.
Выведены формулы оптимальной скорости выброса рабочего тела и ограничений на радиус микрокапель аэрозоля. Также была предложена ускоряющая установка и методы передачи заряда частицам. Изобретён новый способ задания высокого потенциала макрочастицам аэрозоля рабочего тела в тракте ускорения, при котором поток жидкости заряжают контактно, затем разбивают на микрокапельки, отличающийся тем, что затем микрочастицы соединяют (сливают с помощью электростатической индукции и кинетически) в макрочастицы высокого потенциала.
Упрощающие условия: хотя движитель работает длительно, но за небольшой отрезок времени (например, при многократном включении-выключении двигателя) все параметры можно считать приблизительно постоянными. Такое условие близко к действительному при работе двигателя ориентации.
Уравнение для общей массы аппарата Формула1, где L – длина рабочего участка траектории, А – удельная полезная мощность источника энергии, t – заданное время работы, Эта – КПД движителя, В – удельная сила тяги движителя, указаны массы общая, рабочего тела, полезной нагрузки совместно с конструкцией. Обозначим Формула2 как Дзета – «качество аппарата», тогда после простых алгебраических преобразований: Формула3.
Интересно, что это выражение не зависит явно ни от L, ни от масс, ни от B, ни от F, ни от Q, ни от W, а только от времени, удельной мощности источника энергии и КПД движителя. Оптимальная скорость вылета частиц Формула4. Наивысшее возможное качество такого летательного аппарата (доля полезной нагрузки в общей массе аппарата):  Формула5. Чем больше удельная мощность энергоисточника , удельная тяга и КПД движителя, тем больше качество аппарата. Для того чтобы Дзета>0, должны выполняться 2 ограничения на траекторные параметры L и t: Формула6 и Формула7.
В таблице ;Дзета(t,L) для А=1 кВт/кг, В=10 мН/кг, Эта=0,5.
Видно, что для выведения на геостационарную орбиту, для полётов к Луне, Марсу и т.д. при существующем техническом уровне и разумной длительности выведения или полёта можно обеспечить качество КЛА, близкое к 1.
Если задать,  для сравнения, у химических ракетных движителей единицы км/с, качество от единиц % (при выводе на околоземную орбиту) до десятых долей % при выводе на межпланетные траектории.
Вблизи диагонали таблицы («терминатора») результат высоко чувствителен к В, А и ;, т.е. эти параметры важно улучшать.
Легко можно получить ускоряющую разность потенциалов Umax=10^5 В. Сам ускоритель может иметь 10–20 ступеней (N=15). Из условия вылета частиц на оптимальной скорости получим формулу для их максимального радиуса: Формула8. Таким образом, получаем Формула9 и Формула10<=5*10^5, где U – потенциал на капле. Отсюда U<200 В. Из соображений ёмкости также Формула11. Оценим наименьший радиус капли, допустимый для несения одного элементарного заряда: Формула12, т.е. Rmin>=10^-16 м, это условие заведомо выполняется. Возьмем оптимальный радиус как среднее квадратичное верхней и нижней границ размеров капли Формула13.
Экспериментальная часть работы состояла в исследовании гидравлической модели процесса в устройстве ориентации «магнитногидрадинамический гиродин». Раствор электролита, помещенный в магнитное поле, при прохождении через него электрического тока начинает вращаться.. В таком случае в системе летательный аппарат – электролит будет выполняться закон сохранения импульса, таким  образом, если раствор раскручивается в одну сторону, то летательный аппарат будет раскручиваться в обратную.
По результатам эксперимента были построены графики зависимости  квадрата скорости от величины индукции магнитного поля (рис 2.) и от плотности тока через раствор электролита. Графики зависимостей v^2(B) и v^2(j) представляют собой прямые. Следовательно квадрат скорости прямо пропорционален магнитной индукции поля и потоку тока через электролит.
Обоснуем теоретически эту закономерность. В первом приближении можно пренебречь силами вязкого трения. Тогда: Формула14. При этом: Формула15.
Отсюда делаем вывод, что v^2 пропорционально B и v^2 пропорционально j, где   и  - плотность тока в растворе и величина индукции магнитного поля соответственно.
Научн.сорук. – Горшков А.В., Фокин А.В.


2007-2008


Жебель В.В., Горшков А.В. Устройство для исследования картин ламинарного и вихревого обтекания различных тел жидкостью.
Известна проблема: на лекционных демонстрациях в школах и ВУЗах необходимо показывать наглядные и достоверные картины обтекания тел и барьеров, но соответствующее оборудование, как правило, отсутствует, и обходятся демонстрацией иллюстраций или фильмов. Но даже распространённые иллюстрации и фильмы показывают течение лишь в “бесконечно толстых” слоях, в то время  как для ряда задач, например, для наглядного представления студентам обтекания кораблей и подводных лодок на мелкой воде, обтекания опор мостов, течения в каналах, обтекания сопряжений корпуса самолёта и крыльев, обтекания примыкающих к стенам и склонам гор зданий, сооружений, желательно уметь показывать различия в течении вблизи дна или стенки и вдали от них.
Цель работы: исследовать обтекание потоком вязкой жидкости тел и барьеров различной формы на различных глубинах течения.
Создана полезная модель –  устройство “гидродинамический бассейн”, позволяющее наблюдать точную картину обтекания различных тел и их композиций жидкостью при числах Рейнольдса вблизи критического и  др. Экспериментально исследована зависимость толщины пограничного слоя от длины вдоль пластинки. Обнаружено явление обратного течения над системой скобочек (карманов). Также были замечены различность течений вблизи дна и вблизи поверхности. Устройство можно применять в школах и институтах для наглядной демонстрации картин обтеканий тел жидкостью, для проведения лабораторных работ. Обнаруженные явления можно применять в кораблестроении, самолётостроении, автомобилестроении, при проектировании городов, для рационального размещения опор мостов, свай, ЛЭП и т.п., для размещения укрытий от ветра, для предсказывания расположения заражённой территории, в случае аварии или диверсии. Рассмотрены типичные ошибки, имеющиеся в школьных учебниках по физике в параграфах, посвященных подъёмной силе крыла самолёта и вместо них даны правильные объяснения.
Конкретно,
1) Создано устройство, состоящее из ванны, ножек, шланга и ввода в кран, напорно-выравнивающей ёмкости, барьеров-ламинаризаторов, предварительной ванны, приспособлений для окрашивания, главного канала, поролоновой окантовки, переходной сливной ванны, выпускной ванны, ряда сливных трубочек и сливной ёмкости с общей сливной трубкой.
2) Визуализация  линий течения.
Долго испытывали различные красители. Ниже приведён список испытываемых красителей и их достоинства и недостатки.
– Анилиновый зелёный краситель: имеет очень большой недостаток – плохую смываемость. Из-за различия в коэффициентах поверхностных  натяжений воды и спирта возникает “бурление” (неустойчивость Марангони) и поэтому линии тока не видны ровно.
– Смесь крахмального раствора и спиртового раствора «йода» (йодида калия).
– Глицерин.
– Акварельные краски.
– Молоко: достоинства: равномерно окрашивает объём жидкости ровными линиями; на дно не ложится. Недостаток – бледный цвет. Необходимо использовать чёрный фон.
– Водные чернила: цвет насыщенный, хорошая смываемость, но прокрашивает преимущественно нижние слои, «стелется по дну». Удобно использовать для показа придонных течений. Необходим белый фон.
– Смесь молока и водных чернил: прокрашивает все слои потока, чёткий цвет. Рекомендуется белый фон.
– Перманганат калия (марганцовка) - KMnO4.
3) Итак, создано устройство “гидродинамический бассейн”, позволяющее наблюдать точную картину обтекания различных тел жидкостью. Его преимущества заключаются в регулировании скорости течения, в 4-х ступенчатой системе ламинаризаторов течения, прозрачное дно с координатной сеткой, возможность визуализации непрерывными и прерывающимися линиями направления движения и величины скорости (с помощью марганцовки).
Наблюдалось обтекание различных тел, как одиночных, так и целых композиций. Рассматривались такие тела, как крыло (положительный, нулевой и отрицательный углы атаки), пластинка, скобочки («кармашки»;рассматривались как отдельные скобочки под разными углами поворота, так и ряды скобочек), цилиндры, горочки.
Экспериментально исследована зависимость толщины пограничного слоя от длины вдоль пластинки, она при числе Рейнольдса =2500 пропорциональна X^0,4.
В система карманов обнаружено явление обратного течения. При определённых скоростях и расположении скобочек возникает система вихрей, которая и вызывает обратное течение. Измерена скорость обратного и прямого течений.
Также были замечены интересные системы вихрей, различность течений вблизи дна и вблизи поверхности.
Устройство можно применять в школах и институтах для наглядной демонстрации картин обтеканий тел жидкостью, для проведения лабораторных (практических) работ.
Обнаруженные явления можно применять в кораблестроении, самолётостроении, автомобилестроении, при проектировании городов, для рационального размещения опор мостов, свай, ЛЭП и т.п., для размещения укрытий от ветра, для предсказывания заражённой расположения территории, в случае аварии или диверсии.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Жебель В.В., Горшков А.В. Три режима течения, в том числе с обратной составляющей, при нулевом угле атаки в периодической структуре.
В нашей предыдущее раблоте экспериментально обнаружено, что в периодической структуре, составленной из вертикальных барьеров конечной высоты, при числе Рейнольдса приблизительно 1500..2500, возможна значительная составляющая направления течения, противоположная течению на условной бесконечности при нулевом угле атаки. Наблюдались 3 режима течения в периодической структуре с отношением высоты тонкого перпендикулярного барьера к ширине кармана h/l=1:1.
Режим А) (Рис.1) сонаправлен внешнему течению, отличается вытянутой, бобообразной формой крупных вихрей, сидящих в карманах между барьерами, обращённых вогнутостью к внешнему течению; при этом внешнее ламинарное течение расширяется над серединами карманов и сужается над барьерами; центр вихрей смещён к дальней по течению стенке кармана; точки бифуркаций не были заметны (но, по-видимому, есть над барьерами). В каждом кармане вихри вращаются в одну и ту же сторону; например, если внешнее течение справа налево, то вихри против часовой стрелки. (Здесь и далее структура внизу, ламинарное течение вверху.) Обратное течение не было замечено, т.к. вблизи барьеров сохранялась непрокрашиваемая область (на рис. отделена штрихлинией), но не исключено, что под вихрями, «облизывая» карманы и барьеры, идёт тонкая линия незначительного, медленного обратного течения.
Режим Б) (Рис.2) сонаправлен внешнему течению, отличается круглой формой сидящих в карманах вихрей; при этом внешнее течение сужено над серединами карманов и шире над барьерами, причём над барьерами заметны малые области бифуркации течения; центры вихрей расположены посередине карманов. В каждом кармане вихри вращаются в одну и ту же сторону; например, если внешнее течение справа налево, то вихри также против часовой стрелки. «Облизывающее» обратное течение также не было замечено, но не исключено, что оно есть.
Режим В) (Рис.3) содержит ясно видимое обратное течение. При этом крупнейшие (с размерами около 1 калибра) вихри выведены из карманов наружу, на высоту около 1 калибра, вращаются в одну и ту же сторону сонаправлено внешнему; например, если внешнее течение справа налево, то эти висячие вихри также против часовой стрелки; между вихрями заметны малые области бифуркаций течения. Ниже вихрей течение обратное, значительное (быстрое), толщиной порядка 0,25..0,3 калибра, огибающее барьеры периодической структуры. Ещё ниже – бобоообразные вихри вогнутостью к обратному течению, вращающиеся по часовой стрелке, т.е. сонаправлено обратному течению. Ещё ниже, «облизывая» карманы и барьеры, идёт заметная линия незначительного (медленного) течения, сонаправленного основному. Ещё ближе к твёрдым границам сохранялась непрокрашиваемая область.
В широких карманах 1:2 преимущественный (быстро развивающийся) режим – «В». В узких карманах (2:1 и более) образовывался столбик противоположно вращающихся круглых вихрей, преимущественный режим – «Б».
Развитие режимов «А» и «Б» начинается практически одновременно во всех карманах структуры, по всей её длине L. Это режимы «параллельного возбуждения».
Но развитие режима «В» в визуальных наблюдениях проявлялось  «последовательно», от первого (наветренного) кармана: течение, шедшее под нулевым углом атаки, завернувшее на первом барьере вверх, сужающее трубку тока основного течения, дополнительно уменьшает в ней давление, вихрь «высасывается» наружу кармана и повисает над ним, образуя под собой обратное течение, которое тормозит сидячий вихрь в следующем кармане, возбуждает обратный сидячий вихрь в своём кармане и висячий вихрь над вторым карманом, и т.д. по всей длине структуры.
Оценим скорость развития цепочки вихрей, висящих над карманами, и, следовательно, обратного течения, через оценку характерных времён при «параллельном» и при «последовательном» возбуждении. Характерный радиус сидящего в кармане вихря порядка Rсид приблизительно min{h,l} , а висящего порядка  Rвис приблизительно max{h,l}.  Момент инерции круглого вихря (в структуре размером b в глубину) порядка Формула1. Введём упрощение, что скорость течения V на наветренной границе вихря постоянна и того же порядка, что и скорость течения на большой высоте над структурой Vбескон. Сила вязкого трения  порядка Формула2. Тогда угловое ускорение вихря Формула3, отсюда, наложив условие стационарности на бесконечном времени, получим Формула4, где Формула5, характерное время локального разгона (следующего вихря предыдущим при «последовательном» возбуждении, либо каждого из вихрей при «параллельном» возбуждении)    Формула6. Составив геометрическую прогрессию, получим по порядку величины время, за которое вихрь на расстоянии L от начала структуры, при последовательной передаче возбуждения, разгонится до скорости порядка скорости первого вихря (соответствующей скорости течения) Формула7.  Наименьшее время, за которое может передаться первичное возмущение от чего-либо карману с координатой L от начала структуры: Формула8. Заметим, что все эти соотношения не зависят от плотности среды.
Введём безразмерные коэффициенты пространственно-временного подобия возбуждения вихрей в периодической структуре:  параллельного возбуждения Формула9 и последовательного возбуждения Формула10. Если Gzпослед>>1, то наблюдался бы быстрый (по сравнению со временем протекания вдоль структуры) разгон вихрей «от предыдущего к последующему», т.е. механизм последовательного возбуждения эффективен в кинематически вязкой среде при малых скоростях. Если же Gzпослед<<1, то последовательное возбуждение за время протекания развиться не успеет. В наших экспериментах даже Gzпаралл было порядка 0,1 и поэтому развитие обратного течения требовало очень большого времени по сравнению со временем протекания вдоль структуры.
Мы пока не нашли условий, при которых обратное течение в периодической структуре при нулевом угле атаки было бы принципиально запрещённым и, в качестве рабочей гипотезы, пока предполагаем, что оно развивается обязательно при достаточно большом времени стационарного режима. В эксперименте значительное ускорение или замедление наружного течения временно разрушало структуру вихрей обратного течения, после чего она восстанавливалась вновь.
Учёт обратного течения важен при анализе защиты от распространения загрязнений, вызванных сбросом в атмосферу и в водоёмы отходов, природными и техногенными катастрофами,  в т.ч. пожарами в условиях городской застройки или в системах параллельных друг другу горных хребтов, или применением отравляющих веществ, радиоактивных веществ, биологического оружия. Скорость установившегося обратного течения в режиме «В» приблизительно равна скорости основного течения. Разнос загрязнений им против направления ветра может представлять значительную опасность.
Во-вторых, качественно различные режимы течения в периодической структуре важны для проблемы управления пограничным слоем, например, для снижения сопротивления вязкому обтеканию тел жидкостью путём уменьшения эффективного градиента скорости P=РоНю*gradV за счёт увеличения характерного поперечного размера торможения потока жидкости. Возникновение режима «В» может обладать парадоксальными особенностями сопротивления вязкому обтеканию, например, значительным уменьшением коэффициента сопротивления.
В-третьих, мы предполагаем, что переходы между режимами обтекания в периодической структуре имеют отношение к развитию автоколебательных процессов – флаттера и т.п.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В. Картины обтекания тел (в т.ч. крыла) вязкой жидкостью, возвратное течение  в периодической структуре и три его режима.
Для иллюстрации учебного материала в профильной школе по темам «закон Бернулли», «вязкость», «обтекание тел жидкостью», «подъёмная сила», а также в проектно-изобретательских и научно-исследовательских целях в физико-математическом лицее №31 в 2006–2007 гг. был, совместно с учеником Владимиром Жебелем, изготовлен гидродинамический ламинарный бассейн, содержащий прозрачную ванну на регулируемом трёхногом основании, водяной насос, демпфирующий водяной столб, двухступенчатый (поролон и трубчатые соты) ламинаризатор, плавный сузитель течения, сливную поролоновую плотину, задающую приблизительно постоянный по глубине расход, набор исследуемых тел, ряд капилляров для подкрашивания течения, сантиметровую сетку, бестеневую поверхностную и сквозную подсветку, белый и чёрный фоны. Для визуализации слоёв течения по разной глубине использовались разные типы красителей: в объёме – смесь молока и водных чернил, придонного – кристаллы марганцовокислого калия (что позволяет измерять не только поле направлений, но и поле скоростей).
В 2007–2008 гг. нами совместно с В. Жебелем были проведены фото- и киносъёмки течений вокруг ряда тел: пластинки, одиночного барьера, горки с обрывом вперёд, горки с обрывом назад, цилиндра, скобки ушами верёд, скобки ушами назад, крыловых профилей под разными углами атаки, периодической плавной и барьерной структуры. Формы течения и вихреобразование наглядно объяснены на основании законов гидродинамики. Экспериментально исследована зависимость толщины пограничного слоя от длины Х  вдоль пластинки, она при Re=2500 оказалась пропорциональна X^0,4. Разъяснено отличие «циркуляции» и «вихря» как математических величин, использована теорема Е.Н. Жуковского о подъёмной силе и показана ошибочность фигурирующего во многих школьных учебниках утверждения, сводящегося к тому, что якобы для возникновения подъёмной силы необходимо круговращение частиц жидкости вокруг крыла.
В периодической барьерной структуре (барьеры перпендикулярны основному течению, цепочка этих барьеров параллельна основному течению) обнаружено возвратное течение (т.е. против основного потока), «облизывающее» цепочку барьеров, и три режима этого течения, отличающиеся друг от друга формой вихрей в ячейках между барьерами и наличием цепочки не только внутренних, но и цепочки внешних вихрей, параллельной цепочке барьеров. Указан критерий подобия, выведено характерное время установления такой структуры, удовлетворительно согласующееся с экспериментом. Предложены практические применения обнаруженного эффекта.


Мануйлов Илья. Измерение подвижности ионов натрия и хлора в водном растворе хлорида натрия четырёхзондовым методом.
Работа относится к физике электролитов.
Целью работы является измерение подвижности ионов хлорида натрия в зависимости от концентрации и температуры, а также их транспортного сечения.
Проблема состоит в том, что обычным двухэлектродным способом измерить проводимость электролита невозможно из-за того, что в электролите ионы подвижны и перемещаются в пространстве между электродами, к которым приложено электрическое напряжение, вызывая тем самым так называемую «поляризацию» диэлектрика.
Метод, использованный в настоящей работе, использует не два, а четыре зонда. Два внешних электрода служат для пропускания через электролит электрического тока. Два внутренних электрода являются парой мало возмущающих зондов, которые измеряют падение напряжения на небольшом участке внутри электролита. Зная размеры и зависимость между силой тока и напряжением, можно рассчитать проводимость электролита, сопротивление, подвижность ионов, транспортное сечение.
Научная гипотеза, исследуемая в данной работе, состоит в том, что подвижность ионов в жидкости растёт с повышением температуры и падает с повышением концентрации этих ионов. Потому что ионы связанны с молекулами растворителя, а вязкость жидкости убывает от температуры в геометрической прогрессии; при большой концентрации ионов они должны заметно взаимодействовать друг с другом, образуя скопления.
Устройство экспериментальной установки и её электрическая схема изображены на рис.1.  Реостат с делителем  служит для уменьшения относительно «высокого» (единицы вольт) напряжения источника до требуемых десятых долей вольта, потому что при напряжении 0,9 В вода разлагалась бы на кислород и водород.  В ванну, сделанную из прозрачного полиметилметакрилата (оргстекла) залит раствор электролита, в ней размещены внешние электроды из графита, задающие силу тока через ванну, и два внутренних электрода-зонда, предназначенных для измерения падения напряжения на участке электролита. Для того, чтобы на измерения влиял только дрейф ионов, но не конвекция, ванна заполнена мелкоячеистым пенополиуретаном (поролоном). Графит и полиуретан химически инертны по отношению к используемым электролитам.
Я изготовил электролит, состоящий из 42 г соли NaCl и 450 мл воды H2O. Молярная масса Мю=m/Ню – масса 1 моль вещества. NАвогадро=6*10^23. Нюмоль_в-ва=Nмол/NАвогадро . МюNaCl=58 г/моль. МюH2O=18 г/моль. Средняя молярная масса электролита Мю=d1Мю1 + d2Мю2 , она  Мю=19,1 г/моль. Концентрация соли n=Нюсоли/Нювсего , по измеренным массам и молярным массам, в расчёте nNaCl=2,8% (0,028).
Измерения. Я снял 3 серии показаний с приборов (сила тока и падение напряжения между зондами на участке) в зависимости от времени. Затем я усреднил их (см. рис.2).  В зависимости I(t) хорошо видны две составляющих: постоянная, связанная с рекомбинацией и ионизацией на электродах, и убывающая в геометрической прогрессии, связанная с поляризацией электролита Iобщ(t)=Iрек+Iпол(0);e^(-t/Тау) (см. рис.4).  По зависимости I(t) и U(t) я построил вольтамперную характеристику (см. рис.3). Из ВАХ я определил сопротивление R=1,44 плюс-мнус 0,08 ом, проводимость С=0,70 плюс-минус 0,04 ом^-1 и удельное сопротивление Ро=6*10^-2 (Ом*м) вычислил, зная площадь сечения ванны и длину участка: Роуд.=(R•S)/l.
В начале процесса сумма токов поляризации и рекомбинации Iобщ.(0)=3,25 плюс-мннус 0,25 мА. В конце процесса ток ионизации и рекомбинации Iэл.=1,25 плюс-минус 0,25 мА. Следовательно, ток только поляризации Iпол.= Iобщ. - Iэл.=2 плюс-минус 0,35 мА. Характерное время Тау – время, за которое ток поляризации убывает в е раз, я измерял его, проводя сглаженную линию Iпол(t); в моём опыте оно составляло 50 плюс-минус 10 секунд.
Закон Аристотеля. Если существует сопротивляющаяся среда, гасящая приобретение энергии, то за не слишком малые интервалы времени силе пропорциональна средняя скорость дрейфа, а не среднее ускорение: v=KмехF, где Kмех – «механическая подвижность» частицы в сопротивляющейся среде, тянущая ион сила F=zeU/L. Применяют ещё «электрическую подвижность», определяемую соотношением v=KэлE ,  где Е – напряжённость электрического поля. Зная напряжение, длину и характерное время равномерного движения частицы на этой длине, легко найти  Kмех=L^2/(Тау*U*z* модуль_е) и Kэл=L^2/Тау*U. Отсюда Kмех приблизительно 0,18^2/(50*0,55*1*1,6*10^-19) приблизительно (7,4 плюс-минус 0,15)*10^15 (с/кг) и Кэл приблизительно (1,2 плюс-минус 0,25)*10^-3 (м^2/В*с).
Я планирую измерить зависимости тока и падения напряжения от времени при существенно различных концентрациях и температурах.
Научн.рук. – Горшков А.В.


2008–2009


Евстафьев Н., Горшков А.В. Проникающий элемент высокоскоростного бронебойного снаряда с пониженным рикошетированием.
ОБЛАСТЬ: системы вооружения, а именно, проникающие средства поражения, проникающие зонды для исследования поверхности планет и их спутников, комет, астероидов.
ЦЕЛЬ: повышение поражающей способности  твердотельного поражающего элемента (снаряда) и дальности его применения; повышение вероятности успешного внедрения высокоскоростного проникающего элемента (пенетратора), несущего научно-исследовательские приборы, под поверхность и в неглубокие недра космических тел.
ПРОБЛЕМА: 1) В странах потенциального противника (НАТО) разрабатываются новые  типы брони, противодействующие известным снарядам («На каждое действие найдётся противодействие»), в том числе многослойная, активная, разнесённая и др. Также разрабатываются новые типы снарядов, способных пробивать  броню с улучшенными показателями. 2) Существуют исследовательские проекты по исследованию неглубоких недр космических тел, но высока вероятность рикошета или разрушения пенетратора, несущего  исследовательские приборы.
Условные обозначения Рис.1: 1 – гиперзвуковой движитель  №1, 2- гиперзвуковой движитель №2, 3 – кумулятивный детонатор, 4 – кольцевой секционированный поршень (сбрасываемый ведущий поясок), 5 – ракетное топливо.         
Изобретён новый тип тандемного стрелочно-турбинного ракетно-артиллерийского снаряда, содержащий твердотельный проникающий элемент, кумулятивный инициатор подрыва активной брони, реактивный движитель, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем (Рис.1), что проникающий элемент выполнен в виде полого цилиндра с небольшим отношением  длины к диаметру переднего сечения, большим отношением длины к толщине стенки снаряда, реактивных движителей два – внешний и внутренний, причём   не менее чем один из них гиперзвуковой прямоточный; его варианты: дважды турбинный; стрелочный; стрелочный и при этом дважды турбинный.
Выведены формулы для вычисления давления, которое он оказывает на преграду. Расчётная модель представлена на рисунках 2 и 3:
Давление, создаваемое снарядом на броню: Формула1.
Для того, чтобы снаряд пробил броню, нужно, чтобы Формула2, т.е. Формула3.
Так как Формула4 и Формула5, то Формула6,  таким образом, ДОКАЗАНО, что бронепробиваемость улучшится. Например, для малой Vн=1 км/с , отношения площадей 2 и Lпер=Lзад=Lбр множитель в скобках 3, пробъётся броня с Pmin приблизиельно 3*10^10 Па, а это теоретический предел прочности чистых металлов. Для существующих орудий с Vн приблизительно 3 км/с пробьётся Pmin приблизительно 3*10^11 Па, что заведомо превосходит прочность любой брони. Увеличив длины снаряда и отношение площадей, увеличим толщину пробиваемой брони. Так выявлены параметры снаряда, существенно влияющие на его поражающую способность, и они оптимизированы для максимизации глубины проникновения.
Доказано, что такое устройство обладает большей проникающей способностью по сравнению с аналогами, большую скорость и дальность (больше сила тяги, меньше сопротивление), меньшую рикошетирующую способность, что позволяет обойтись без вязкого колпачка; обладает повышенной устойчивостью к изгибу и перелому, что позволяет обойтись без бандажной оболочки. Автор планирует провести физический модельный эксперимент, расчёт на поперечную устойчивость (слом) и расчёт оптимальных параметров реактивного движителя.
Это перспективный снаряд для сухопутной артиллерии, танков, кораблей, авиации, снайперов, ПВО и ПКО, а также пенетратор – проникающий носитель научно-исследовательской аппаратуры для исследования неглубоких недр космических тел.
Вариант с обтекателем: Условные обозначения: 1 - твёрдой «зубастой» коронкой, 2 – ракетное топливо, 3 – аэродинамический обтекатель, 4 – инерционный взрыватель, 5 – гиперзвуковой движитель №1, 6 – гиперзвуковой движитель №2, 7 – передний кумулятивный подрыватель активной брони.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2009–2010


Горшков Е. Е., Горшков А.В. Уральский кубик непрерывного действия.
Работа относится к области использования низкопотенциального тепла.
Известен по опубликованным работам А.В. Горшкова, В.Устимчика, А.Ковалёва и др. 1998–2008 гг. «дифференциально-временной» глобальный тепловой ресурс – изменение температуры окружающей среды во времени, даже если в пространстве температура практически однородна.
Известен «Уральский кубик» (УК) А.В. Горшкова, В.Устимчика, А.Ковалёва – устройство для использования такого ресурса, содержащее тепловую ёмкость, преобразователь разности температур в полезную работу, например, термоэлектрический модуль, сопла, теплообменники, вентилятор, использующий часть выработанной преобразователем полезной мощности для оптимальной по величине скорости принудительной прокачки теплоносителя, например, воздуха,  через теплообменник.
Недостатком прежних конструкций УК, как без вентилятора, так и с вентилятором, является большая амплитуда колебаний полезной мощности за цикл, доходящая до нуля дважды за цикл, следовательно, необходимость сглаживающего электрического, механического или гидравлического аккумулятора.
Нами изобретено устройство «Уральский кубик непрерывного действия» («Уральский кубик Инь–Ян», УКНД) для преобразования колебаний температуры в, по существу, однородной по температуре внешней среде, содержащее тепловые ёмкости,  преобразователи ПР разности температуры в полезную работу (термоэлектрические или тепловые машины) снабжённые сопловой системой и вентилятором, отличающийся от  прототипа – обычного «Уральского кубика», – тем, что содержит не одну, а две теплоизолированных тепловых ёмкости («горячий» и «холодный» буферы), причём снабжённые узлами с управляемой, в зависимости от температуры окружающей среды, теплопроводностью («тепловые диоды»), причём преобразователь разности температуры в полезную работу (термоэлектрический или тепловая машина) ПР расположен между «горячим» и «холодным» буферами, причём между ПР и обоими буферами расположены управляемые тепловые сопротивления или «тепловые диоды» (односторонние теплопроводники), причём теплообменники выполнены с возможностью обдува вентилятором, расположенном в сужающемся сопле.
По сравнению с прототипом устройство обладает тем преимуществом, что способно обеспечивать приблизительно постоянную мощность, причём даже при  длительном отсутствии ветра. Указанный эффект достигается наличием не одного, а двух тепловых ёмкостей, а также наличием вентилятора, использующего часть выработанной электроэнергии для прокачки воздуха. А по сравнению с обычными (без тепловых ёмкостей) термоэлектрическими генераторами и тепловыми машинами устройство (и даже его прототип) работоспособны при однородной в окружающей среде температуре, то есть не требуют никаких особых местных географических условий.
Пример устройства с воздушными односторонними конвекторами в качестве  «тепловых диодов» изготовлен в натуре и испытан, даёт несколько мкВт. Методом численного моделирования был сделан расчёт крупномасштабного УКНД и найдены зависимости полезной мощности от каждого из параметров. Формула1. Формула2.
Пусть S – площадь воздухозаборника теплообменника тепловой ёмкости, V – скорость ветра. Поток теплоты извне внутрь «горячего» буфера: Если Т(t)>Тг(t), то  Формула3, иначе WтеплобГ=0. Эта величина положительная. Поток теплоты извне внутрь «холодного»: если Т(t)<Тх(t), то Формула4, иначе WтеплобХ=0. Эта величина отрицательная. Если разность Тг и Тх превышает В, то управляемое сопротивление открывается и идёт теплота (0<Fпорога<=1) из горячего в холодный буфер, иначе сопротивление закрыто (Fпорога=0). Мощность теплового потока между буферами Wгх=Формула5 , КПД Карно: Формула6. Мощность до отбора на вентилятор Формула7. Мощность, требуемая вентилятором, при заданном оптимальном приращении скорости, с учётом его КПД: Формула8. Добавка скорости дельтаVнов=дельтаVстар +Vдобавки оптимизируется логическим устройством. Полезная мощность: Формула9.
Найдена оптимальная масса тепловой ёмкости, найдена область преимуществ ВТЭС (УКНД) перед ВЭС, найдена квадратичная зависимость полезной мощности от амплитуды колебаний температуры, оптимальное давление, показано улучшение свойств УК при низких температурах, найдено оптимальное тепловое сопротивление между буферами, найдена оптимальная добавленная вентилятором скорость обдува. Показано, что в условиях Южного Урала можно получить с единицы площади воздухозаборника полезную мощность ВТЭС («ветротепловой») с УКНД 250 Вт/м^2, в Каракумах – 1420 Вт/м^2, в Центральной Азии – свыше 4 кВт/м^2, на Луне в герметичной «теплице» атмосферного давления – около 150 кВт/м^2. Например, для условий Южного Урала средняя мощность, вырабатываемая УКНД с небольшой массой одной тепловой ёмкости 50 кг, равна 64 Вт, а в условиях Калмыкии, Казахстана ¬ 254 Вт.
Рис.1. схема УКНД с «тепловыми диодами».
Для сравнения, ветряки (ветрокинетические преобразователи), судя по рыночному предложению, показывают свои номинальные характеристики при скорости ветра 10 м/с, работоспособны при скорости от 5 м/c, в то время как в средней полосе России средняя скорость ветра 4 м/с и, следовательно, удельная мощность ветрокинетического преобразователя кубически, на порядок, меньше. Солнечное световое излучение, хорошо используемое в южных широтах со среднесуточной плотностью потока полезного энергосъёма до нескольких сотен Вт/м^2, в средних широтах (Омск, Новосибирск, Челябинск) даёт лишь около 40 Вт/м^2 среднегодовых.
«Первая критическая» скорость ветра, то есть при которой сравниваются удельные плотности полезного энергосъёма ВЭС и ВТЭС, Формула10 приблизительно Формула11, при амплитуде температуры от 6 до 50 К составляет 15..25 м/c и значительно превышает среднюю скорость ветра. Для сравнения, ВЭС при скоростях свыше 20 м/c обычно флюгируют во избежание поломки.
Приближённая оценка порядка величины оптимального теплового сопротивления преобразователя Формула12, что для v=4 м/с около 2*10^-4 К/Вт.
Оценка удельной полезной мощности УКНД при параметрах, близких к оптимальным, Формула13. Видна квадратичная зависимость удельной мощности от амплитуды температуры при умеренных амплитудах, линейная – при большой амплитуде.
На рис. 3 изображена схема испытанного УКНД с воздушным конвектором с односторонней теплопроводностью, масса 6 кг, время цикла 1,5 ч.
Устройство применимо как источник даровой и «псевдовечной» электрической энергии в научных (метеорологических, инопланетных, межпланетных исследованиях), промышленнных, бытовых, спасательных, медицинских, а также в специальных целях.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Горшков Е.Е., Горшков А.В. Оптимизация теплового сопротивления и добавленной скорости обдува в «Уральскому кубике непрерывного действия».
Известен «уральский кубик» (преобразователь дифференциально-временного теплового ресурса, в т.ч. ветрового, в полезную работу) (УК), в т.ч. непрерывного действия (УКНД), содержащий две или более тепловые ёмкости («гор.» и «хол.»), теплообменники их с окружающей средой, преобразователь  разности температур между тепловыми ёмкостями в полезную работу, «тепловые диоды» (односторонне теплопроводящие узлы) между преобразователем и тепловыми ёмкостями, управляемый ускоритель теплоносящей среды (вентилятор). Была доказана применимость УКНД на Земле и иных планетах и их спутниках, в 1998-2009 гг. сделан и испытан ряд малых экспериментальных устройств (среднесуточная полезная мощность порядка 100 мкВт), их численные модели и оптимизация по техническим и технико-экономическим критериям. Были показаны возможные преимущества ветротепловой электростанции (ВТЭС) с УКНД по сравнению с ВЭС и СЭС в резко континентальном климате в случае полномасштабного изготовления, в т.ч. при существующем уровне техники возможность снятия порядка 10..50 кВт/м^2 полезной мощности на единицу площади воздухозаборника и при перспективном уровне техники себестоимость единицы энергии меньше, чем на ТЭС.
Задачей настоящей работы была оптимизация наиболее существенных параметров УКНД по критерию «полезная мощность с единицы площади сечения ветра на входе в воздухозаборник» W/S при фиксированных природных условиях.
Масса тепловых ёмкостей. При малой массе рост W/S приблизительно линейный, затем выходит на область насыщения. В климатах Южного Урала Каракумов, Сахары, Гоби, Такла-Макан, высокогорья насыщение характерно для области порядка единиц и десятков тонн на 1 м^2 воздухозаборника.
Тепловое сопротивление преобразователя и его вентилей. При задании слишком малой разности температур между буферами будет велик поток теплообмена между средой и буферами, но мал КПД преобразователя и тепловой поток через него. При задании слишком большой разности температур между буферами будет хороший КПД преобразователя и тепловой поток через него, но мал поток теплообмена между средой и буферами. Следовательно, существует такая разность температур, при которой будут достаточно велики все эти потоки и КПД, и тепловое сопротивление нужно настраивать на такую разность температур. Это и показало численное моделирование. Приближённый анализ показал, что оптимальное (по максимуму полезной мощности)   Формула1, где А – амплитуда температуры, v – скорость ввода ветра в теплообменник, P – атмосферное давление, S – тепловая площадь преобразователя, но мы рекомендуем считать оптимальным область от этого значения до вдвое-втрое большего, т.к. там амплитуда колебаний полезной мощности значительно уменьшается. При этом «почти полезная» (до отнятия части её на вентилятор) мощность Формула2, где Эта_ТЕХ – уменьшающий множитель (неидеальность преобразователя) по сравнению с машиной Карно. При малой амплитуде (характерной для Земли) зависимость приблизительно квадратическая по вариации температуры А/Тср.
Если v фиксирована, то при большой амплитуде (А приблизительно ТСР) зависимость от А почти прекращается Формула3. Сравнив эту величину с теплосодержанием потока воздуха Формула4, видим, что при А приблизительно ТСР  итоговый КПД УКНД с оптимальным управлением тепловым сопротивлением преобразователя стремится к Формула5, а при ещё большей асимметричной амплитуде стремится быть порядка единицы (грубо приближённо, 2Эта_тех ). Но мы можем и управлять величиной v.
Добавленная вентилятором скорость ввода внешнего теплоносителя (ветра). Существует оптимальная такая скорость, показанная и численным моделированием. При слабом ветре v<<дельтаv очевидно, что «окончательно полезная» (после отбора на вентилятор) мощность будет вида WСОВСЕМПОЛЕЗН приблизительно K1*дельтаv-K2*(дельтаv)^3, это соответствует виду численного модельного графика. С помощью производных легко найти максимум, он достигается при Формула6, т.е. Формула7 , где Мю – молярная масса воздуха, R – газовая постоянная. Область оптимальности достаточно обширная, можно считать, что при отклонении от этой оптимальной до 1,5..2 раз в меньшую или большую стороны результат меняется менее значительно.
Очевидно, что при А<<ТСР будет дельтаvopt пропорционально (А/ТСР)^1/2. Отсюда Формула8. Важно заметить, что это Формула9, т.е. кубически зависит от амплитуды. Это значительно лучше, чем квадратическая, бывшая без добавки скорости на входе в теплообменник. Наличие ускорителя-вентилятора естественным образом решает проблему и непрерывной работы в условиях штиля.
Например, для  планеты Земля, А=30 К, при Эта_вент=0,5 и Эта_техн=0,5 получится дельтаvopt приблизительно 9 м/с и W/S приблизительно 19 кВт/м^2; а на Луне, А=150 К, получится W/S приблизительно 2,5 МВт/м^2. Для сравнения, обычная ветровая электростанция (ВЭС) давала бы лишь 0,01..0,60 кВт/м^2, того же порядка солнечная (СЭС).
Если есть реверсивный ускоритель-вентилятор/ветровой электрогенератор или перенаправление потока воздуха то в ускоритель (затрата энергии), то в ветровой электрогенератор (ветряк), в зависимости от скорости ветра, то это позволит ещё увеличить «совсем полезную» мощность.
Одновременное изменение всех параметров в соответствии с заданным климатом. Зная из предыдущих опытов зависимость полезной мощности от каждого из параметров, можно для любых заданных природных условий так целенаправленно изменять параметры УКНД так, чтобы максимизировать W/S. Результаты были представлены для планеты Земля, для лунной станции и станций на дальних планетах и их спутниках.
Выводы. Численно и аналитически найдены области оптимальных значений теплового сопротивления преобразователя (с вентилями) и добавленной (вентилятором) скорости ввода внешнего теплоносителя (ветра) в теплообменники тепловых ёмкостей «уральского кубика непрерывного действия» (УКНД). В указанных оптимальных областях для максимизации удельной окончательной полезной мощности W/S благоприятны: большая амплитуда колебаний температуры окружающей среды (кубично), малая средняя температура (почти кубично), большое давление, лёгкие газы. То есть для Земли это – континентальные пустыни (менее – высокогорье), для Луны и Марса – водородный, гелиевый или хотя бы воздушный герметичный «парник» атмосферного или высокого давления.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2010


Горшков А.В., Горшков Е.Е. Квантоворазмерные термоэлектрические явления.
Теоретически открыты новые термоэлектрические явления, обусловленные квантовыми эффектами размеров. Рассчитаны коэффициенты Пельтье, Зеебека–Ленца, термоэлектрическая эффективность Иоффе, КПД и холодильный коэффициент квантоворазмерных термоэлектрических преобразователей. Показано, что они могут быть значительно выше, чем у традиционных материалов и структур.
Известны размерные квантовые эффекты (Б.А. Тавгер, В.Я. Демиховский, 1968 г.), но среди них в литературе не известны термоэлектрические эффекты размеров и размерности. Известны прямой и инверсный эффект Ноттингема (и «холодильник на квантовых точках»), который существует для любых размеров и размерностей.
Сделаем термоэлектрические ветви сначала (для наглядности и простоты оценки) химически однородными, причём одну из них сделаем малого поперечного размера r, чтобы неопределённость поперечного импульса стала велика Формула1. Оценим коэффициенты Зеебека–Ленца, Пельтье, Иоффе, КПД и ХК такой термопары. При нерелятивистском движении Формула2, отсюда неопределённость энергии носителей заряда порядка Формула3, где Pф – импульс Ферми. В более «тонкой» ветви уровни энергии (если концентрации носителей заряда приблизительно равны) будут приподняты над уровнем в «широкой» ветви на величину дельтаE.  Следовательно, носителю заряда  для того, чтобы прейти из широкой ветви в узкую, надо затратить энергию того же порядка.
Например если Еф порядка 1 эв, и r=10^-9 м, то дельтаЕ приблизительно 0,35 эВ; если r=6..10 нм (нанотрубки), то приблизительно 35 мэВ; если современная массовая микроэлектронная промышленная технология r=0,1 мкм, то приблизительно 3,5 мэВ. Передовая микроэлектронная промышленная технология достигла создания структур с   r=30 нм, что позволит получить дельтаЕ приблизительно 10 мэВ.
На макроуровне это проявляется в мощности тепла Пельтье Формула4, где П – коэффициент Пельтье, I – сила электрического тока. Пусть направленное движение носителей заряда мало по сравнению с хаотическим, тогда химический потенциал в ветвях цепи одинаков, и на микроуровне мощность тепла Пельтье пропорциональна изменению лишь кинетической энергии носителя заряда при пересечении этой границы Формула5. Так как Формула6, то Формула7, отсюда П приблизительно Формула8.
Этот коэффициент от температуры зависит лишь мало. Выгодно брать вещества  с большой энергией Ферми. Например, в металлических структурах с r=0,1 мкм и Еф=1 эВ П приблизительно 3,5 мВ, а при r=10 нм П приблизительно 35 мВ.
Найдём коэффициент Зеебека–Ленца, или линейный коэффициент термоЭДС Формула9. В термоэлектрическом преобразователе энергия, благодаря которой носитель заряда переходит на вышележащий уровень, есть энергия теплового движения. Однако, ошибочным было бы писать, что Формула10, т.к. концентрации носителей заряда в разных ветвях будут различны, но для установившегося движения, близкого к равновесию, известно соотношение Кельвина Формула11, отсюда Альфа приблизительно Формула12.
Например, если r=0,1 мкм и Еф=1 эВ, то при нормальной температуре Альфа приблизительно 12 мкВ/К; для сравнения, обычная металлическая термопара даёт порядка 5 мкВ/К; наше изобретение не хуже, причём более прочно, термостойко и гальванически стойко вследствие отсутствия контакта разнородных веществ. Видно, что понижение температуры благоприятно. Это свойство делает его ценным в космическом пространстве вдали от звёзд, в высокогорье, в полярных районах. По существу, термоЭДС в нашем изобретении является частным случаем термоэлектрического эффекта Бриджмена – частного случая явления Зеебека–Ленца, а именно, в химически однородной цепи.
Известно, что КПД термоэлектрических преобразователей при условии оптимальных размеров их цепей зависит от параметра Z=Формула13, где Сигма – электропроводность, Лямбда – коэффициент теплопроводности. Подставив сюда, получаем Формула14.
При прочих равных условиях зависимость от Т и r квадратичная, благоприятны малые размеры тонкой ветви и криогенные температуры.
В нормальных металлах, где перенос и заряда, и тепла делается в основном электронами, из соотношения Видемана-Франца (оно верно при не слишком низких температурах) и получаем Формула15, где Л – постоянная Лоренца. Видно, что криогенная температура исключительно благоприятна для квантоворазмерных термоэлектрических явлений.
Например, при 100 К и r=1 нм Z=5 К^-1; при 100 К и r=10 нм Z=0,05 К^-1, а при 300 К Z=0,002. Для сравнения, обычные современные термоэлектрические полупроводниковые материалы обладают Z=0,003, а по личному сообщению профессора Байтингера (ЧГПУ, г.Челябинск), при лучших полупроводниковых материалах в обычных (трёхмерных, макроразмерных) цепях достигнуто Z=0,010. Итак, наш (даже если металлический) преобразователь может быть не хуже обычных металлических при размерах <15 нм в тепле, и не хуже лучших полупроводниковых при размерах <20 нм в холоде. Можно комбинировать квантово-узкие и широкие ветви полупроводниковых термоэлектрических цепей с соответствующими противоположными типами проводимости.
Квантоворазмерный термоэлектрический преобразователь можно изготовить, во-первых, выращиванием на подложке в вакууме микрокристаллов (например, щётки углеродных нанотрубок) в сильном электрическом поле, во-вторых, разложением поверхности нитевидных полимеров, в-третьих, заполнением отверстий ядерных мембран Флёрова, в-четвёртых, электронно-лучевой, ионно-лучевой, рентгеновской литографией. Это осуществимо при современном уровне техники.
Для сравнения, квантовый холодильник, использующий инверсный эффект Ноттингема, в т.ч. трёхслойный через 2 квантовые точки, за один элементарный акт переноса переносит энергию порядка kT (вблизи точки перегиба в распределении Ферми–Дирака), а наш – порядка дельтаЕ, определяемой по той формуле. Следовательно, наш квантоворазмерный холодильник Пельтье будет обладать значительными преимуществами перед холодильником Ноттингема на квантовых точках при больших энергиях Ферми, малых температурах и малых характерных размерах.
Известны наилучшие соотношения между размерами термоэлектрических ветвей с известными электропроводностью и теплопроводностью: Формула16, где Гамма=Формула17, где Тср=Формула18. Холодильный коэффициент (ХК) оптимального термоэлектрического квантоворазмерного холодильника Пельтье Формула19, где Дельта=Формула20, где дельтаТ=Формула21.
Наши расчёты с подстановкой сюда показаны на рис. При Т<<100 К КПД квантоворазмерного термоэлектрического генератора близок к КПД идеальной тепловой машины (ИТМ). Например, для достигнутого современной промышленной литографической технологией r=30 нм  при средней температуре 300 К и Тхол=0,5*Тгор уменьшающий множитель Формула22 будет приблизительно 0,1; при 100 К Эта_тех приблизительно 0,5; при 10 К Эта_тех приблизительно 0,95.
При T<<10 К ХК квантоворазмерного  термоэлектрического холодильника близок к ХК ИТМ. Из рис. видно, что для каждой Тср существует такое отношение ТГОР/ТХОЛ, при котором уменьшающий множитель Формула33 станет максимальный. Чем ниже температура, тем шире область вблизи максимума. Например, для достигнутого современной промышленной литографической технологией r=30 нм  при Тхол=0,5*Тгор при средней температуре 30 К  будет Хи_тех приблизительно 0,45; при 10 К Хи_тех приблизительно 0,8; при 3 К Хи_тех приблизительно 0,95; при 1 К  Хи_тех приблизительно 0,98.
Рис. 1. Расчёт параметра Иоффе Z(r,T) для Эф=1 эВ.
Рис.2. Уменьшающий множитель для КПД (Тср, Тхол/Tгор) для r=10 нм.
Рис.3. Уменьшающий множитель (Тгор/Tхол,Тср) для r=10 нм.
Рис.4. Уменьшающий множитель (Тср, Тгор/Tхол) для r=10 нм.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2010–2011


Горшков А.В. Электрическое притяжение квазинейтральных макроскопических классических тел.
В неквантовом приближении сделаны оценки сил индуцированного электростатического притяжения (монопольно-поляризационных, дипольно-поляризационных, флуктуационно-дисперсионных) мезо- и макроскопических тел. Показаны следствия, которые возможно проверить экспериментально и в астрофизических наблюдениях, в частности, потенциал ФДП вида -L-6 , выведенный в классическом (неквантовом нерелятивистском) приближении.
Работа относится к общей физике, физике плазмы и астрофизике. Целью работы является объяснение и предсказание явлений притяжения электрически нейтральных в целом мезо- и макротел друг к другу.
Основной задачей настоящей работы является оценка, в неквантовом нерелятивистском приближении, силы электрического притяжения между двумя квазинейтральными макроскопическими телами (а именно, шаровой формы), содержащими обобществлённые (почти свободные по объёму тела) заряды (плазма, электролит, полупроводник, полуметалл, металл), в дипольном флуктуационно-дисперсионном приближении.
Для взаимодействия нейтральных молекул известны притягивающие силы Ван-дер-Ваальса – электростатическое диполь-дипольное взаимодействие: ориентационное – между двумя полярными молекулами (при фиксации вдоль оси на расстоянии L потенциал пропорционален -L^-3, при усреднении по вращающимся молекулам в газе пропорционален -L^ 6); поляризационное (называемое также «индуцированное») – между полярной и неполярной молекулами вследствие деформации электронных оболочек неполярной молекулы электрическим полем полярной молекулы (пропорционален -L^ 6 , согласно формуле Дебая); дисперсионное – вследствие корреляции движения электронов, увеличения среднего расстояния между электронами, взаимной поляризации неполярных молекул их мгновенный дипольный момент ненулевой и ненулевой потенциал взаимодействия (пропорционален -L^ 6 , согласно формуле Лондона), но на больших расстояниях, вследствие конечности скорости света, дисперсионный потенциал пропорционален -L^ 7. Известны обменное взаимодействие вследствие  перекрытия электронных оболочек на ближних расстояниях, приводящее к уменьшению плотности вероятности электронов между молекулами, взаимодействия, связанные с переносом  заряда и переносом возбуждения между молекулами, и учитывающие эти явления закономерности Морзе, Ленарда–Джонса, Букингема, Штокмайера и др.
Для макроскопических тел известно притяжение электрически заряженного и незаряженного макроскопических тел вследствие поляризации первым телом второго (пропорционален -L^ 4). Известно (Б.М. Смирнов и др.) явление возможности притяжения одноимённо заряженных тел (шаров, эллипсоидов, физических отрезков и др.) вследствие взаимной поляризации друг друга или также среды; известны закономерности областей притяжения и отталкивания одноимённо заряженных электропроводящих тел (шаров, плоскостей, полупространств, дисков), хорошо подтверждаемые экспериментами (В.В. Майер, В.А. Саранин, О.Е. Данилов и др.).
В 1999–2009 гг. в ходе элективного курса «Физика плазмы и пучков заряженных частиц» в ФМЛ №31 г.Челябинска ежегодно группам школьников, а также в январе 2010 г. публично в ходе дискуссии во время доклада профессора В.А. Саранина (и в перерыве в обсуждении с ним же и с профессором И.В. Гребеневым) на Всероссийской конференции автор высказывал описание качественного характера возможности явления «электростатического притяжения квазинейтральных макроскопических тел», а именно, о возможности того, что случайно образовавшееся отклонение от совершенной квазинейтральности – ненулевая случайная поляризация макроскопического тела – индуцирует дальнодействующими электрическими силами поляризацию другого тела, поляризация другого тела усиливает поляризацию первого, и т.д. сходится до некоторого асимптотического по времени предела, который и требуется найти; причём после изложения сущности автором профессор И.В. Гребенев указал слушателям на аналогию этого явления с дисперсионной разновидностью сил Ван-дер-Ваальса. Автор не исключает, что обсуждаемое явление было известно и ранее, но в литературе или в опросах специалистов найти этого не удалось. В феврале 2010 г. появилась публикация Д. Ширеса также качественного характера о возможности притяжения частиц электрически нейтральной космической пыли друг к другу силами Ван-Дер-Ваальса.
Сделаем количественные оценки, в т.ч. флуктуационно-дисперсионного притяжения хорошо проводящих шаров. Пусть концентрация пар почти свободных зарядов n, радиус шаров a, расстояние между центрами шаров L>>a , оба шара квазинейтральны RD<<a  (где RD – радиус Дебая–Хьюккеля экранирования потенциала) или даже «совершенно квазинейтральны» RD<<<a  (в смысле, что даже неквазинейтральным тонким слоем Ленгмюра на границе шара можно пренебречь, т.е. считать заряд тела в целом равным 0), причём хотя бы один из шаров первоначально гарантированно совершенно квазинейтрален; характерная энергия носителей заряда Э (например, при обычных лабораторных температурах, если плазма или электролит, то kT, а если металл или полупроводник, то ЭФерми).
Решим ряд задач с вариантами начальных условий: 1) если первоначально существует тонкий заряженный слой на границе (вследствие разницы подвижностей носителей зарядов противоположных знаков) квазинейтрального в остальном шара с хорошо проводящей средой; 2) первоначально квазинейтральное первое тело подвергают принудительной начальной значительной поляризации (например, воздействуя внешним электрическим, магнитным, гравитационным или акселерационным, тепловым, световым или акустическим силовым полем);  3) первоначально совершенно квазинейтральное первое тело с лишь флуктуационной случайной поляризацией. Сначала найдём начальную поляризацию «первого» тела.
Случай 1 (поляризация электрическим монополем): учтём тонкий заряженный слой на границе. Его толщина (расстояние Ленгмюра) RL в изотермической плазме приблизительно RD, а в неизотермической по компонентам даже Формула1, следовательно, шар в целом не нейтрален, его нескомпенсированный заряд пропорционален корню из давления более горячей компоненты Формула2, начальное поле вне шара кулоновское и задача сводится либо (случай 1а) ко взаимодействию заряженного шара с незаряженным (если второй шар совершенно квазинейтрален), либо (случай 1б) к выяснению условий притяжения двух одноимённо заряженных в целом шаров (если второй шар тоже обладает неквазинейтральным ленгмюровским слоем). Случай 1а уже давно решён, если заряд дан, Формула3. Случай 1б тоже уже решён, если заряд дан. Поэтому здесь далее не будем рассматривать «случай 1», ограничившись очевидным замечанием, что в итоге в случае 1а Формула4 (1).
Ускорение тел, обусловленное соответствующей силой, будет порядка Формула5 (1’), где m0 – масса молекул, n0 – концентрация молекул, и при достаточно малых размерах и большой степени ионизации Формула6 оно заметно.
Например, для облаков холодной плазмы со степенью ионизации 10^-6  радиусом 1 см на расстоянии 10 см ускорение будет порядка 3*10^-4 м/с^2; а радиусом 10^6 м на расстоянии 3*10^6 м со степенью ионизации 1 будет порядка  10^-7 м/с^2; для капель сильного электролита 1 см на расстоянии 3 см со степенью диссоциации 0,1 будет (без учёта вязкости, т.е. при малой скорости) большим, 10^4 м/с^2; для частиц нормальных металлов радиусом 100 мкм на расстоянии 1 мм ускорение будет большим, порядка 10^2..10^3 м/с^2. Для его обнаружения можно предложить следующий эксперимент: в вакууме из незаряженного сосуда равномерно высыпают или вдувают струёй инертного газа густое облако неокисленного металлического, полуметаллического или полупроводникового немагнитного порошка, он слипается в комочки, скорость процесса слипания можно измерить с помощью оптического эффекта Доплера или через корреляции пространственного положения частиц порошка, образование структур «сгущение – разрежение» (прямым оптическим способом или через СВЧ-дифракционную картину). Варьируя размеры частиц, среднюю плотность облака и род вещества (золото, платина, цезий, уран, алюминий, медь, серебро, свинец, углерод, кремний и др.), можно будет убедиться в справедливости закономерности (1’).
Случай 2 (поляризация диполем): если первое квазинейтральное тело первоначально поляризовано до насыщения без пробоя в достаточном силовом поле, то начальная поляризация этого тела будет порядка Формула7 (2).
Случай 3 (флуктуационно-дисперсионная поляризация): пусть первое совершенно квазинейтральное тело вследствие флуктуаций единичных зарядов в какой-то момент времени случайно поляризовано, тогда начальная поляризация этого тела будет порядка   Формула8 (3).
Рассмотрим только случаи 2 и 3. Ограничимся рассмотрением этих поляризаций лишь в грубом приближении, в частном, но важном, случае поляризации, продольной по оси, соединяющей два рассматриваемых шара (действительно, в достаточно густом облаке частиц высоковероятно найдётся недалёкая вторая частица, расположенная приблизительно по оси поляризации первой частицы). Начальная напряженность электрического поля на оси двух шаров, удалённых на расстояние х, вне первого Формула9, а внутри второго, поляризованного полем первого, Формула10, причём индуцированная поляризация внутри второго шара Формула11 (4).
Второй шар усиливает такую поляризацию первого, если за время этого процесса первичная поляризация не успевает уменьшиться; в грубом приближении пренебрежём конечностью скорости распространения электромагнитного взаимодействия на расстояниях порядка L. Из (4) и принципа суперпозиции следует, что добавочная поляризация, наведённая внешним полем второго шара в первом шаре, Формула12, а соответствующая добавочная поляризация, наведённая внешним полем первого шара во втором шаре, Формула13, и т.д. Суммируя бесконечный ряд убывающей (т.е. при условии К<1) геометрической прогрессии, получаем в итоге, что первый шар асимптотически по времени приобретёт поляризацию (отношение поляризаций К) Формула14, а второй Формула15, где Формула16 (5).
Взаимно-индуцированный дипольный момент второго шара Формула17, взаимно-индуцированная напряжённость поля снаружи первого шара вблизи второго Формула18, следовательно, сила притяжения шаров Формула19, Формула20 (6).
В нашем дипольном приближении a<<x , поэтому Формула21 (7).
Из (7) видно, что в достаточно хорошо проводящих веществах при низких частотах поляризации Формула22  и Формула23 (8).
Итак, в случаях 2 и 3 при L>>a потенциал U(L) пропорционален -L^-6.
Профессор А.А. Мирзоев в ходе публичной дискуссии по докладу автора отметил сходство описываемых поляризационного дипольного и флуктуационно-дисперсионного притяжений квазинейтральных мезо- и макротел (6–8), выведенного в классическом приближении, с притягивательным членом в квантовомеханических потенциалах Ленарда–Джонса, Лондона и тому подобных.
На очень больших расстояниях L или в условиях быстрой релаксации начальной поляризации первого тела, вследствие конечности скорости света, флуктуационно-дисперсионный потенциал будет слабеть как пропорцнионально –L^ 7.
Оценим возможности экспериментального обнаружения и практического применения обсуждаемых явлений и закономерностей.
В случае 2 сила (8) с учётом (2) есть Формула24(9), соответствующее ускорение Формула25 (9’).
В случае 3 сила (8) с учётом (3) есть Формула26 (10), соответствующее ускорение Формула27, или, в более удобной форме, Формула28 (10’), т.е. обратно пропорционально корню из плотности тела, прямо пропорционально корню из степени ионизации, среднеквадратической скорости заряженных частиц в теле, а при сохранении подобия  размеров пары тел обратно пропорционально кубу размера тела. То есть, обсуждаемые эффекты будет удобно наблюдать в эксперименте для пары достаточно малых тел (микро- и нановолокна, пылинки, кластеры, облачка плазмы) с достаточно малой плотностью, достаточно высокой степенью ионизации, с достаточно энергичными носителями зарядов. Сделаем количественные оценки.
Для облаков холодной плазмы атмосферного давления со степенью ионизации 10^-6  радиусом 1 см на расстоянии 10 см дипольно-поляризационное ускорение (ДПУ) по (9’) будет порядка 10^-5 м/с^2; флуктуационно-дисперсионное ускорение (ФДУ) по (10’) будет порядка 10^-15 м/с^2.
Для облачков холодной плазмы давления порядка 10^-3 торр со степенью ионизации 10^-3 радиусом 1 мм на расстоянии 1 см ДПУ будет заметным, порядка 10^-1 м/с^2, что обосновывает необходимость учёта ДПУ в физике плазмы, в т.ч. в моделях образования плазменных лавин, молний и «шаровых молний»; ФДУ будет порядка 10^-7 м/с^2.
Для облаков горячей плазмы с Э=100 эВ, давления порядка 1 торр, степенью ионизации 1, радиусом 10 см на расстоянии 40 см ДПУ будет очень большим, порядка 10^4 м/с^2; ФДУ будет порядка 10^-8 м/с^2.
Для Э=100 эВ, степенью ионизации 1, радиусом 10^6 м на расстоянии 3*10^6 м ДПУ будет заметным, 10^-2 м/c2, такие космические облака горячей плазмы сольются за время порядка 10^4 с, что обосновывает необходимость учёта ДПУ в астрофизике.
Для Э=1 МэВ, давления 10^-2 торр, степенью ионизации 1, радиусом 1 см на расстоянии 3 см ФДУ по (10’) будет большим, порядка 10 м/с^2, а радиусом 1 мм на расстоянии 3 мм будет очень большим, порядка 10^4 м/с2, эти облачка сольются за доли мс.
Для облаков термоядерной плазмы с Э=10^4 эВ, давления порядка 10^-2 торр, степенью ионизации 1, радиусом 10 см на расстоянии 30 см ФДУ по (10’) будет порядка 10^-4 м/с^2.
Для капли раствора сильного электролита со степенью диссоциации 0,1 радиусом 1 см на расстоянии 3 см ДПУ (без учёта вязкости, т.е при малой скорости) очень большое, порядка 10^3 м/с^2, его будет легко измерить; ФДУ порядка 3*10^-11.
Для частиц нормальных металлов (в т.ч. для геля или эмульсии металла в жидком металле) а=100 мкм на L=1 мм ДПУ (без учёта вязкости) будет очень большое, порядка 10^2..10^3 м/с^2; а ФДУ порядка 10^-8 м/с^2, но для a=10 мкм на L=30 мкм ФДУ (без учёта вязкости) будет заметным, порядка 10^-1 м/с^2.
Можно предположить, что в эмульсии (гидрогеле) металла, полуметалла или полупроводника в жидком металле, полуметалле или полупроводнике ДПУ удастся вызвать поляризацией в электрическом поле в очень тонком слое, а ФДУ будет  преобладать над ДПУ в условиях толстого слоя, отсутствии первичной поляризации внешним воздействием.
Следовательно, учёт явлений и закономерностей монопольного поляризационного притяжения (случай 1) и флуктуационно-дисперсионного притяжения (случай 3) может оказаться полезен для прикладных исследований по металлургии и термообработке сплавов металлов, а дипольно-поляризационного (случай 2) – для очистки полупроводников от примесей и формирования полупроводниковых структур.
Для наноразмерных мезочастиц (кластеров атомов и макромолекул) даже ФДУ может оказаться преимущественно определяющим их динамику. Действительно, пусть a=300 нм, L=1 мкм, кластеры нормального металла в вакууме. Тогда ФДУ будет очень большим, порядка 10^2 м/с^2. Таким образом, слипание наноразмерных пылинок, дисков, нитей, трубок, игл может объясняться через ФДУ.
Для сравнения, известная в литературе, но необщепризнанная «сила Казимира» Формула29 (той же формы зависимости от L, что и ориентационное с фиксированными диполями), толкуемая в литературе обычно как «квантовое экранирование между частицами давления виртуальных фотонов физического вакуума», для таких же частиц должна приводить к ускорению менее 1 м/с^2, т.е. на 2 порядка меньше, чем ФДУ. Это ставит под сомнение адекватность методики известных экспериментов по «обнаружению и измерению силы Казимира». Действительно, при прочих равных условиях отношение монопольного поляризационного ускорения (МПУ) к ускорению Казимира (КУ)  Формула30, отношение ДПУ к КУ Формула31, отношение ФДУ к КУ Формула32, поэтому при одинаковых пропорциях пары тел  a/L и не слишком мелких телах ФДУ преобладает над КУ. Следовательно, методика проведения экспериментов по обнаружению «силы Казимира»  нуждается в проверке и, не исключено, пересмотре.
Ограниченно результаты решения задачи применимы для оценки зависимости силы притяжения между шарами, содержащими связанные заряды, но всё-таки хорошо поляризуемыми (диэлектрическими с большой относительной диэлектрической проницаемостью), а также (без учёта постоянного сомножителя-формфактора) между телами формы, в той или иной степени близкой к шарообразной (эллипсоидами, выпуклыми многогранниками, цилиндрами, гантелями, нитями).
Гравитационное и акселерационное поля тоже будет вызывать поляризацию, следовательно, ускоряющиеся тела вследствие этой поляризации могут, вследствие ориентационного или поляризационного диполь-дипольного взаимодействия, электростатически притягиваться. В частности, даже на орбитах внешних планет и в межзвёздном пространстве, где ионизация излучением Солнца и других звёзд пренебрежима, это может быть одной из причин образования крупных структур из межпланетной и межзвёздной пыли. Даже центростремительное ускорение на орбите, вследствие его неоднородности в пределах орбитальных тел, будет вызывать их поляризацию и, следовательно, взаимное притяжение. Даже в условиях отсутствия внешних полей, способных вызвать начальную поляризацию, нано- и микроразмерная космическая пыль будет быстро слипаться за счёт ФДУ, образуя пространственные структуры, в т.ч. в атмосферах и хвостах комет, в пылевых кольцах планет.
Заключение
1. Учёт слоя Ленгмюра на границе электропроводящего мезо- или макроскопического квазинейтрального в остальном объёме тела (плазмы, электролита, металла, полуметалла, полупроводника) приводит к эффекту «МП-притяжения» этого тела к квазинейтральному, вследствие поляризации электрическим монополем, с потенциалом вида Формула33. Оценки ускорения, например, 100 мкм частиц металла дают порядка 300 м/с^2. МП-притяжение капель электролита тоже велико.
2. Для первично квазинейтральных во всём объёме шаров выведены в дипольном классическом приближении закономерности взаимно-поляризационного притяжения этих шаров друг к другу вследствие дипольно-поляризационного (ДП, с потенциалом вида Формула34) и флуктуационно-дисперсионного (ФД, с потенциалом вида Формула5) электростатических взаимодействий. Для достаточно малых тел и расстояний между ними преобладает ФД. Соответствующие ускорения (ДПУ и ФДУ) макротел растут при увеличении степени ионизации, средней скорости носителей электрических зарядов, а ФДУ – ещё и при уменьшении плотности тела.
3. Количественные оценки ДПУ показывают его значительность для плазменных облаков в технике и природе, в т.ч. в межпланетном пространстве, для капель сильных электролитов, для микрочастиц металла в жидком металле.
4. Количественные оценки ФДУ показывают его значительность для облаков горячей плазмы, для микрочастиц металла в жидком металле, для наноразмерных кластеров.
5. Методика наблюдения и измерения квантовой электрослабой «силы Казимира» нуждается в перепроверке, т.к. в области размеров порядка 30 нм она меньше, а при 300 нм даже на 2 порядка меньше, чем флуктуационно-дисперсионное притяжение.
6. Результаты работы могут найти применение не только в фундаментальных исследованиях в астрофизике и космических исследованиях, физике плазмы, микро- и наноскопии, но и в прикладных исследованиях – в металлургии и термообработке, очистке полупроводников от примесей, в микро- и наноразмерной технологии.


Горшков А.В. Оценка возможности экспериментального обнаружения электрического притяжения квазинейтральных макроскопических классических тел друг к другу.
Сделаны оценки установившихся сил индуцированного электростатического притяжения двух квазинейтральных малых шаров на большом расстоянии в 3-х случаях: «монопольно-поляризационный», «дипольно-поляризационный», «флуктуационно-поляризационный» (притяжение квазинейтральных тел за счёт взаимного усиления случайной поляризации одного из них, содержащего подвижные заряды). Явление и закономерность – потенциалы ДП и ФП вида -L^-6 в неквантовом нерелятивистском приближении –  можно обнаружить в лабораторном эксперименте и астрофизических наблюдениях.
Гравитационное и акселерационное поля тоже вызывают поляризацию; следовательно, ускоряющиеся тела вследствие этой поляризации могут, вследствие ориентационного и поляризационного (ДП) диполь-дипольного взаимодействий, электрически притягиваться. В частности, даже на орбитах внешних планет и в межзвёздном пространстве, где ионизация излучением Солнца и других звёзд пренебрежима, это может быть одной из причин образования крупных структур из межпланетной и межзвёздной пыли. Даже центростремительное ускорение на орбите, вследствие его неоднородности в пределах орбитальных тел, будет вызывать их поляризацию и, следовательно, взаимное притяжение.
Автором ранее анализировались возможности лабораторного эксперимента с металлической или полупроводниковой пылью, с капельками сильного электролита в воде, с облачками плазмы (открытое пламя, электрический разряд, УФ или рентгеновская ионизация, альфа-ионизация), а также астрофизических наблюдений по обнаружению МП, ДП и ФП притяжений квазинейтральных тел. Но попытки обнаружить их в наших учебно-научных опытах натолкнулись на значительные трудности: для крупных тел – преобладание конвективных аэро- и гидродинамических сил, для мелких тел – трудности их наблюдения. Возможно, в условиях невесомости 1-я трудность будет преодолена другими экспериментаторами. Количественные оценки возможности обнаружить новое явление – ФП притяжение – на фоне МП, ДП и казимирова притяжений, следуют из (4). 
Для кластеров электролита при a/L=0,2 , степени ионизации 0,1, комнатной температуры RD приблизительно 10^-10 м: в области a>100 нм ФПУ должно преобладать над КУ на порядок, но уступать ДПУ и МПУ на 4–5 порядков; в области a=1 мм ФПУ порядка 10 нм/c^2; в субнанометровой области ФПУ должна преобладать над ДПУ и МПУ, но уступать КУ 6 порядков (см. рис.1).
Для облачков плазмы при a/L=0,2 , степени ионизации 10^-6, температуры 10 эВ  RD приблизительно 10^-6 м, нормального давления в микрометровой области ФПУ должно преобладать над КУ на порядок, но уступать ДПУ и МПУ на 4–5 порядков; в области a=1 мм ФПУ порядка 1 нм/c^2.
Для облаков плазмы при a/L=0,2 , степени ионизации 1, температуры 10^3 эВ, концентрации газа 10^3/м3  RD приблизительно 8 м, КУ и ФПУ пренебрежимы, ДПУ и МПУ значительны (см. рис.2).


Gorshkov A.V. Estimation of possibility of the experimental detection of an electrical attraction of quasineutral macroscopic classical bodies to each other.
Estimations of the installed forces of an induced electrostatic attraction of two quasineutral small balls at a great distance in 3 cases are made: "monopole-polarizable", "dipole-polarizable", "fluktuation-polarizable" (an attraction of quasineutral bodies because the mutual gains of casual polarization of one of them, containing mobile charges). The phenomenon and law – potential FP of a kind -L^-6 in not quantum nonrelativistic approach – can be found out in laboratory experiment and astrophysical observations.


2010–2012


Маслов И.В., Горшков А.В. Эволюция форм высокоскоростных метеорных тел и возможность метеоритного происхождения «китайских неолпознанных ископаемых объектов».
Работа относится к астрофизике, механике деформируемого твёрдого тела,  механике жидкости и газа, а именно, к теории метеоритов. В ней доказана теоретически и в модельном физическом эксперименте оригинальная (метеоритная) гипотеза образования линзовидных метеоритов («китайские летающие тарелки») из исходных неправильных форм. Открыта закономерность образования таких тел, а именно, соотношение между диапазоном начальных скоростей и материалом метеорного тела. Предсказываются возможные будущие находки метеоритов также в форме чаши, бублика и «медузы».
В октябре 2007 года китайские археологи при расчистке площадки для угольной шахты обнаружили глыбы камня в форме линз, тут же окрещенные СМИ «летающими тарелками» и «объяснённые» культовой деятельностью древних людей. Но мы считаем, что эти тела имеют метеоритное происхождение без обработки человеком.   
Проведены измерения на аэродинамической трубе, показавшие, как изменяется по углу атаки профиль давления на объекте цилиндрической формы при обтекании потоком воздуха. Они подтвердили нашу догадку: лобовая часть   испытывает повышенное давление набегающего воздуха и может уплощаться, тогда как боковая часть цилиндра испытывает пониженное давление воздуха и может раздуваться.
При падении на землю метеорит может сохранить форму, например, если он значительно уменьшит свою скорость из-за взаимодействия с воздухом и удар произойдёт при относительно малых скоростях, или если он падает на податливую поверхность, например на болотистую почву (отсюда и необычное место находки полученных экземпляров – разработки угля, очевидно, бывшие доисторические торфяники и болота). Выполнены расчёты описываемых явлений. Первая модель позволила построить график зависимости давления торможения от скорости в потоке при различных давлениях покоя и оценить скорость, при которой даже на значительной высоте испытывают деформации все известные вещества. В диапазоне скоростей от 7 км/c и более давление превышает 10^12 Па, а значит достаточно для деформации течения камня. Эта скорость сравнима с характерной скоростью метеоритов в атмосфере. Вторая модель позволила определить температуру торможения метеорного тела, выяснилось, что на заданном диапазоне температур эта температура превышает температуру плавления наиболее тугоплавких веществ. Это отличное объяснение природы указанной в оригинальной статье корки на поверхности найденных объектов.
Третья модель математически описывала процесс падения метеорита заданной площади сечения, массы, начальной скорости. Включает в себя барометрическую формулу, число Маха, зависимость среднего коэффициента лобового сопротивления шара от числа Маха, 2-й закон Ньютона, давление торможения потока, и др. С её помощью были составлены характерные графики зависимости давления торможения и скорости метеорного тела от высоты. Удалось оценить скорость у поверхности земли и установить, что вышеупомянутая скорость достижима для метеоритов размерами свыше метра некоторых из метеоритных потоков. Метод расчёта был двухточечной разностной схемой, приближённо заменяющей собой дифференциальные уравнения, то есть координаты каждой следующей точки опирались только на координаты предыдущей и на коренные параметры.
График зависимости давления торможения от высоты падения метеорита, при начальной скорости падения = 25 км/c, радиуса  шара = 1,5 м, плотности тела 4000 кг/м^3 .
Оказалось, что функция не является монотонной. Сначала давление торможения близко к нулю, но затем возрастает на несколько порядков, на определённой высоте она достигает максимума, а потом вновь уменьшается.
Эта же модель позволила сделать другие выводы:
1. время падения – единицы секунд, причём время значительной деформации – 2-3 секунды.
2. максимальное давление торможения растёт с ростом начальной скорости, радиуса, плотности тела и в широких диапазонах параметров достаточно для деформации тела (для «китайских» параметров достигается несколько ТПа).
3. высота, на которой  максимально давление торможения, почти не зависит от начальной скорости, падает с ростом плотности и радиуса метеорита.
Давление воздуха вблизи оси вызывает местное выпучивание тела метеорита с задней стороны, ясно видимое на китайской фотографии. Можно предположить, что при ещё большей скорости может произойти местный прорыв метеорита, и он приобрёл бы форму баранки (чечевицы с отверстием).
Также был проведён второй модельный эксперимент, представивший  возможность описать возможные эволюции форм метеорного тела. Сжатый воздух один из нас (И. Маслов) моделировал водой, а пластичность и текучесть метеорита при сверхвысоком давлении моделировал текучестью расплавленного олова. Небольшие куски металла он расплавлял и капал жидкое олово в сосуд с водой. Удалось наблюдать тела, приобретшие форму капли, диска, что подтвердило наши догадки, и более интересные: формы чаши и сложных многокупольных форм, окрещённых нами «медузами». В приложении к работе представлена коллекция фотографий полученных образцов.
Итак, получили естественнонаучное обоснование казавшиеся ранее невероятными формы «неопознанных ископаемых объектов» в форме диска, чечевицы. Научно предсказаны  ещё более удивительные формы высокоскоростных метеоритов – «чаши», «баранки», «медузы».
Научн. рук. – Горшков А.В.


2011


Ершов Арсений. Способ управления летательным аппаратом по углу тангажа горизонтальным перемещением одной из горизонтальных плоскостей.
Работа относится к области авиационной техники. В авиастроении известно противоречие между требованием увеличения скорости летательного аппарата и требованием неувеличения мощности двигателя, неухудшения маневренности и устойчивости. Целью изобретения является увеличение скорости летательного аппарата при неувеличении мощности двигателя, неухудшении маневренности и устойчивости.
Изобретены два новых способа управления ЛА по углу тангажа и способ управления ЛА одновременно по углам тангажа и крена. Один из них состоит в горизонтальном смещении вдоль корпуса одного из крыльев. Другой из них состоит в изменении длины одного из крыльев. Изменение длины левой и правой плоскости крыла порознь позволяет управлять не только по углу тангажа, но и по углу крена.
Показаны преимущества этих способов, по меньшей мере, для беспилотных ЛА и ракет ПВО.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2012–2013


Калинин Никита Павлович. Измерение силы отталкивания парамагнитного тела от магнита на переменном токе.
Я сделал установку  для наблюдения  и измерения  выталкивания  парамагнитных тел из переменного магнитного поля посредством тока Фуко, состоящую из самодельного электромагнита, переменного трансформатора и самодельных немагнитных весов.    Алюминий является слабым парамагнетиком, поэтому, казалось бы, должен  втягиваться в постоянное магнитное поле. Но я наблюдал, напротив,  уменьшение веса алюминиевых дисков и колец. Лучше всего отталкивается сплошной диск большого диаметра средней  (1 мм) толщины. Я измерил  удельную силу этого выталкивания для алюминиевого диска  диаметра 20 см, толщиной 1 мм. Она оказалась 0,7 граммов силы на ампер.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Ненашев П.С. Новый способ магнитного удержания плазмы, сокращающий её утечку через магнитные отверстия.
Работа относится к физике плазмы и проблемам энергетики, а именно, к способам и устройствам магнитного удержания плазмы.
Известные открытые магнитные ловушки плазмы, свободные от неустойчивостей замкнутых ловушек, обладают другим существенным недостатком – магнитными щелями (в ловушках со встречными полями отрицательной кривизны) или (в пробкотронах с «магнитными зеркалами») конусами потерь (далее и те, и другие обозначаются, как «магнитные отверстия» – МО), из-за которых происходит нежелательная утечка заряженных частиц плазмы. Это ухудшает свойства плазменных эмиттеров заряженных частиц, плазмотронов, или делает невозможной термоядерную реакцию в термоядерных реакторах.
Цель работы: Существенно сократить утечку плазмы в магнитной ловушке, повысить концентрацию, время существования и температуру плазмы.
Я изобрёл новый способ магнитного удержания плазмы и устройства для его осуществления.
Сущность его в том, что утечка через магнитные отверстия (МО) сокращается посредством заблаговременного пространственного перемещения этого МО.
Формула изобретения:
п.1. Способ удержания плазмы, при котором создают магнитное поле, выполненное по форме магнитной изоляции (т.е. так, чтобы уменьшить вылет заряженных частиц из ловушки), причём не стационарное во времени,  причём содержащее одно или более магнитное отверстие МО (т.е. конус потерь или магнитную щель),  отличающийся тем, что за время, заведомо меньшее, чем время движения частицы через МО, пространственное расположение всех МО изменяют, а именно, на прежнем месте каждого МО создают магнитную изоляцию, и при этом каждое МО перемещают на место бывшей магнитной изоляции.
п.2 Способ по п.1, отличающийся тем, что обмотку вращают механически как единое целое.
п.3 Способ по п.1, отличающийся тем, что используют систему обмоток n>=2 с несовпадающими МО, причём их  переключают поочерёдно (рис.1а,1б,2а,2б).
Рис. 1a, 1b. Переключение в ловушке с положительной кривизной магнитного поля.
Рис. 2a, 2b. Переключение в ловушке с отрицательной кривизной магнитного поля.
п.4 Способ по п.3, отличающийся тем, что переключают поочерёдно  n>=3 систем обмоток таких, что для МО любых  n>=2 систем обмоток существует не менее одной системы обмоток такой, что её МО не совпадают с МО тех двух систем обмоток (рис.3).
Рис.3 Три различных положения магнитной щели.
п.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что переменное магнитное поле ловушечной конфигурации создают путём ввода электромагнитного излучения в высокодобротный электромагнитный объёмный резонатор с соответствующими требуемой форме магнитного поля модами колебаний электромагнитного поля.
п.6 Способ по п.5, отличающийся тем, что размеры резонатора, частоту и мощность волны накачки, добротность резонатора выбирают такими, чтобы циклотронная частота заряженных частиц плазмы в магнитной составляющей ЭМ поля в резонаторе была бы приближённо равна частоте ЭМ колебаний в резонаторе, и так нагревают эту плазму и поддерживают её основные свойства такой ЭМ волной.
п.7. Способ по п.1–4, отличающийся тем, что магнитную щель в магнитной системе со встречными полями приводят в прецессионное движение, при котором ось конусов потерь описывает конус вокруг среднего по времени её положения, а магнитная щель совершает вращательно-колебательное движение вокруг  среднего по времени её положения, а обе точки пересечения среднего по времени и текущего положения магнитной щели вращаются в одну и ту же сторону по окружности среднего по времени положения магнитной щели (рис.4).
Рис.4. Прецессия магнитной щели.
Сделана оценка необходимых характерных времён ; и частот переключения, вращения, волны накачки для вариантов плазмы: 1) «термоядерной» – горячей лёгкого газа, 2) «технологической» – холодной тяжёлого газа. Доказано, что мой способ  технически осуществим. Действительно,  Формула1. Пример 1 — термоядерный реактор с дейтерием. Для него возьмём такие значения: L=1 м, i=3, Мю=2*10^-3 кг/моль, T=3*10^8 К. И получаем, что Тау=5,2*10^-7 с. Это время весьма мало, но технически достижимо современными переключателями, например, транзисторами, тиристорами, тиратронами, электронно-эмиссионными вакуумными лампами. Пример 2 – плазмотехнологический реактор с аргоном. Для него возьмём такие значения: L=0,1 м, i=3, Мю=40*10^-3 кг/моль, T=300 К.  И получаем, что Тау=2,3*10^-4 с. Это время тоже весьма мало, но также технически достижимо современными переключателями. Плотность потока энергии при накачке резонатора с добротностью Q есть Формула2. Для оценки возьмём В=10 Тл, Q=10^11, тогда У=0,3 кВт/см^2, что достижимо, например, мощным генератором СВЧ-излучения.
С наибольшим эффектом изобретение может быть промышленно применено в плазменной технике, энергетике, плазмохимии и специальных областях техники и может быть использовано в генераторах и магнитных ловушках плазмы и заряженных частиц, в системах управляемого ядерного синтеза, электрореактивных двигателях, плазмохимических реакторах, эмиттерах частиц (в т.ч. для ядерной физики и технологии, в т.ч. микроэлектронной и медицинской), в генераторах интенсивных потоков нейтронов (в т.ч. для  создания или разрушения изотопов, для обработки радиоактивных отходов, для наработки ядерного «горючего», а также в составе дейтериево-бериллиевого, дейтериево-литиевого или тритиевого нейтронного запала ядерных реакторов на быстрых нейтронах).
Выводы:
Мной изобретён новый способ магнитного удержания плазмы. Его сущность изложена в формуле изобретения. Физическими расчётами я доказал его техническую осуществимость. Изобретение может найти широкие применения в науке, в энергетике и плазменно-ионных технологиях.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Тельной Кирилл Павлович. Измерение зависимости скорости движения волны в лотке от глубины и препятствий.
Область исследования этой работы  – физика. Цель – узнать, от чего зависит скорость волны. Задача – измерить зависимость скорости волны от частоты волн, глубины лотка и т.д.
Я сделал экспериментальную установку для измерения зависимости скорости движения волны в лотке от глубины и препятствий.  Я измерил зависимость скорости волны от глубины. Оказалось, что эта зависимость оказалась между линейной (теоретической) и квадратным корнем, а именно в степени 0,7.  Было обнаружено расхождение степени с теорией – предположительно, это из-за того, что амплитуда волны сравнима с глубиной, а не мала, как требуется в теории. Известная теория неприменима для случая, когда амплитуда волны того же порядка, что и глубина.
Во-вторых, оказалось, что в лотке при достаточно большой глубине и амплитуде волны, кроме обычной «медленной» волны, появляется ещё и «быстрая» составляющая. Предположительно, это из-за взаимодействия волны с узкими стенками лотка.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Царицын Михаил Валентинович. Щёточная юбка «китовый ус» для аппаратов на воздушной подушке.
Работа относится к области авиационного машиностроения, а именно, к морским и сухопутным аппаратам на воздушной подушке (АВП).
Существует проблема: уплотнение воздушной подушки («юбка», «завеса») АВП не должно пропускать воздух и должно пропускать препятствия, но известные конструкции юбок чем сильнее удерживают воздух, тем сильнее повреждаются при прохождении через препятствия (коряги, пни, камни, надолбы, ежи). Это снижает возможности АВП по прохождению пересечённой местности, а также местности с противодесантными заграждениями. 
Известны завесы АВП:  жёсткие, наборные (из жёстких пластин), составленные из гибких лент, надувные баллонные, надувные карманчатые (аэродинамические), струйные (воздушные) (изобретённые Н.А. Косоруковым в 1950 г.). В станкостроении известны щёточные уплотнения воздушной подушки валов и иных подвижных частей станков. Но они не применяются для АВП, по-видимому, потому, что в АВП требуется воздушная подушка (ВП) большой толщины, а известные щёточные уплотнения пригодны только для ВП малой толщины, потому что тонкие волоски щётки сильно изгибаются под действием напора воздуха, и щёточная завеса теряет свойство удерживать воздух. Итак, у всех известных завес есть недостаток: чем сильнее удерживают воздух, тем при прохождении над высокими крепкими препятствиями сильнее повреждаются (пп. 1–5) или требуют повышенного расхода воздуха (п. 6), неработоспособны при таких высоких препятствиях (п. 7) или требуют усложнения и утяжеления конструкции, разделения единой ВП на несколько малых участков (лыж) (п.7).
Цель: создание высокой юбки для АВП, которая одновременно хорошо удерживает воздух и не повреждается при прохождении АВП через препятствия.
Сущность изобретения состоит в том, чтобы щётка состояла как бы изо всех вышеперечисленных видов щетинок, а именно, подобно «китовому усу» – основное изгибающее усилие держат гибкие прочные толстые цилиндры, а основной напор воздуха удерживают густо посаженные тонкие волоски, которые передают это усилие толстым. Вариант: с целью уменьшения массы толстые составляющие выполнены в виде трубок, а не сплошных стержней. Вариант: тонкие волоски закрепляются одним концом на днище и располагаются вертикально (рис.1). Вариант: тонкие волоски закрепляются одним концом на толстых и располагаются горизонтально (рис.2).
Мощность двигателя, необходимая для поддержания давления воздуха в подушке Формула1  (здесь l*a – площадь завесы (щётки) поперёк потока воздуха, Дзета – заполненность щётки щетинками). Уменьшение необходимой мощности двигателя, требуемой нашей щёточной воздушной подушкой, по сравнению с обычной щелевой: Формула2. Чем толще и заполненнее щётка и тоньше щетинки, тем больше «Щ» – её преимущество по мощности перед обычной (щелевой) ВП. повышать эффективность щёточного уплотнения значительно выгоднее не за счёт увеличения толщины щётки, а за счёт уменьшения диаметра щетинок. Это было невозможно при обычной конструкции щёточного уплотнения и высоких препятствиях. Поэтому щёточное уплотнение нашей конструкции («китовый ус») лучше по сравнению с обычным щёточным уплотнением. Тонкие составляющие («пух») хорошо тормозят воздух, а толстые составляющие («ость») берут на себя основную нагрузку против изгиба потоком воздуха. «Пух» при изгибе опирается на «ость».
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
1. Щёточное уплотнение для воздушной подушки, содержащее щетины (нити, волоски), расположенные, по существу, поперёк потока воздуха, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, 2 различные по диаметру составляющие: «ость» – толстые щетины и «пух» – тонкие щетины во много большем количестве, чем ость.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что «ость» в поперечном сечении трубчатая.
3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что «ость» и «пух» расположены параллельно друг другу (по существу, вертикально) и закреплены на днище АВП.
4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что каждый волосок «пуха» (тонкие волоски) закреплён одним своим концом на толстых («остевых»), по существу, перпендикулярно к ним (так называемый «китовый ус»).
5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что щетинки «пуха» имеют не круглое, а квадратное (или иное) сечение с большим поперечным Cx.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Я сделал экспериментальную установку для измерения зависимости скорости протекания воздуха через щётки в зависимости от перепада давлений и параметров щётки. Она состоит из:
1. Камеры «К» с герметичными стенками с четырёх сторон,
2. Испытываемой щёткой «Щ», закреплённой в съёмной кассете (для возможности проводить испытания на нескольких щётках) – с пятой,
3. Двигателя «Н» от пылесоса для нагнетания воздуха – с шестой.
4. Параллельный воздушный канал на выходе из щётки «В»
5. Дифференциальный (между камерой и атмосферой) манометр «М1» в камере, для измерения перепада давлений дельтаP,
6. Трубка Пито–Прандтля «М2»  (дифференциальный манометр, у которого трубка одного колена направлена против потока воздуха из щётки, а трубка второго колена – поперёк потока) – в воздушном канале.
ВЫВОДЫ
1. Изобретён новый вид щёточного уплотнения для воздушной подушки большой высоты, состоящий из двух компонент: тонкие составляющие («пух») хорошо тормозят собой воздух, а толстые, более жёсткие, составляющие («ость») берут на себя основную нагрузку против изгиба всей системы потоком воздуха.
2. Лучше, чем параллельное расположение волосков «ости» и «пуха», устройство «китовый ус», отличающееся тем, что каждый волосок «пуха» (тонкие волоски) закреплён одним своим концом на толстых («остевых»), по существу, перпендикулярно к ним.
3. Рассчитаны преимущества этого уплотнения перед обычными щёточными и другими, известными на сей день. Из примеров расчётов видно, что юбка «китовый ус» даёт значительное преимущество перед обычной щелевой по мощности (это позволяет увеличить высоту юбки или перепад давлений), в то же время утяжеление конструкции незначительно по сравнению с общей массой АВП. «Китовый ус» позволяет создавать юбку значительно более высокую, чем известное щёточное уплотнение.
4. Создана экспериментальная установка для проверки расчётов в опыте.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2013


Морозов Всеволод, Горшков Алексей Владимирович. Диффузионный метод измерения концентрации равновесной плазмы.
Работа относится к физике плазмы, а именно, к методам диагностики плазмы.
ПРОБЛЕМА: хотя известно много методов диагностики плазмы, т.е. измерения основных параметров (концентраций и температур составляющих) плазмы, до сих пор измерение и даже оценка по порядку величины концентрации плазмы является весьма непростой задачей. Необходим простой способ, подходящий для быстрой оценки концентрации плазмы, без сложного специального оборудования.  ЦЕЛЬ: создать новый, как можно более простой и доступный, экспериментальный способ измерения концентрации плазмы.
ЗАДАЧИ: 1) изобрести новый способ оценки по порядку величины концентрации равновесной плазмы атмосферного давления; 2) осуществить его в эксперименте; 3) обсудить реальность полученной оценки. Актуальность этих задач состоит в том, что сейчас в нашем лицее есть много генераторов высокого напряжения и различных типов электрических разрядов в газах, но пока нет ни одного метода диагностики плазмы, а они нужны; а в «мировом масштабе» науке тоже было бы полезно и своевременно получить ещё один метод диагностики плазмы, пригодный хотя бы для быстрой оценки концентрации плазмы по порядку величины.
Диффузия в плазме обладает отличиями от диффузии в газе. Взаимодействуя электрическими полями, быстро движущиеся электроны задерживаются медленно движущимися ионами, поэтому скорости выпадения электронов и ионов на границе плазмы сравниваются. Это явление называется «амбиполярная диффузия».
В современной физике используются лазерные методы определения концентрации плазмы, где концентрация определяется по изменению интерференционной картины, возникшей в следствии преломления лазерного луча плазмой. Так же известны зондовые методы, где по вольт-амперной характеристике (зависимости силы тока на зонде от напряжения на нём)  судят о концентрации плазмы и ее температуре.
Сущность нового метода оценки концентрации плазмы состоит в том, что, приблизительно зная коэффициент рекомбинации и температуру плазмы, оцениваем скорость амбиполярной диффузии по непосредственным линейным измерениям, и затем, из связывающих их уравнений, находим концентрацию плазмы.
Для оценки концентрации диффузионным способом достаточно знать только линейные параметры плазменной дуги, а именно: длина дуги, диаметр области диффузии, диаметр центрального канала. Все измерения линейных параметров дуги между электродами проведены линейкой. Погрешность составила плюс-минус 0,5 мм. Диаметр области диффузии 5 мм. Диаметр центрального канала 2 мм. Длина дуги 6 мм. Генератором создаётся дуговой разряд напряжением 0,9 кВ и силой тока 40 мА. Температура была взята равной 2000 0C (оценка по жёлтому свечению раскалённых стальных электродов). Давление атмосферное. В расчётах по формулам (см. далее) полученное значение концентрации: Формула1. Я решил задачу, предназначенную для нахождения концентрации из линейных измерений. Формула2 конечная формула.
Здесь коэффициент излучательной рекомбинации Крек=10^-7 см^-3 .
Сечение столкновений ионов с нейтральными атомами Сигма=20 ангстрем^2 .
Строение дуги (рис.2): 1. Область диффузии, 2. Центральный канал
Выводы:
1. Изобретён новый способ оценки концентрации плазмы, а именно: измерив поперечный размер канала диффузии в атмосфере и зная приблизительно температуру и давление, судят о концентрации.
2. Новый способ испытан в эксперименте, где показал разумный порядок концентрации плазмы.
3. При длине L= мм, температуре 2000 С, атмосферном давлении, напряжении на электродах 0,9 кВ, силе тока 40 мА концентрация в дуге оказалась равна n=4,9*10^8 шт/см^3.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В. Доказательство несуществования неизменности Вселенной.
Доказано, что на всём протяжении существования Вселенной её (как единого целого) неизменность  никогда не существовала, не существует и не будет существовать. Иное приводит к логическому противоречию. Следовательно, физические космологические «теории», допускающие (аксиоматически или же как следствие изо своих аксиом) хотя бы в одной точке временн;й траектории существования Вселенной её неизменность (обыкновенно толкуемую как отсутствие течения времени), не являются теориями в математическом смысле слова (в терминологии физиков, «ошибочны»).


Горшков А.В. Закономерность эволюции призвёздных планетных систем – от околозвёздных орбит до периферии.
Обоснована необщепринятая космогоническая гипотеза о закономерности эволюции планетных систем при звёздах – от ближайших окрестностей звезды к периферии системы. Солнечная система тоже не является исключением из этой закономерности. Например, Венера старше Земли, а Марс, пояс астероидов и Юпитер – моложе Земли. Юпитер ожидает взрыв. Следовательно, заселение Марса и Венеры – весьма актуальная задача по спасению человечества от возможной гибели. Объяснена известная закономерность распределения некоторых свойств планет в Солнечной системе. На этой основе уточнено понятие «планета земной группы».


Горшков А.В. О кристаллической структуре межпланетного вещества на основании образцов останков Челябинского «метеора» 15 февраля и об электромагнитном ощущении звука при его полёте до взрыва.
На основе наших (членов каф. физики) непосредственных наблюдений выдвинуты гипотезы, соответственно обеспечена неотложная безопасность детей, сделан обширный сбор сведений и их анализ с точки зрения физики, отбор гипотез и принятие остальных локально-управляющих и массово-информационных решений, оценены основные свойства события, свойства найденным нами на окраине области эпицентра моно- и поликристаллов. Обосновано предположение о кристаллической форме межпланетного твёрдого вещества миллиметрового диапазона. Сделаны и другие выводы, важные для астрофизики и биофизики.



………………………………………………………………………

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ УЧАЩИХСЯ ЛИЦЕЯ БЕЗ НАУЧНОГО РУКОВОДИТЕЛЯ,
С НАУЧНЫМ КОНСУЛЬТАНТОМ

………………………………………………………………………


2000


Панов Е.В. Программный комплекс "Termores" для обработки и анализа экспериментальных данных температурной зависимости термоЭДС и термосопротивления.
Разработан пpогpаммный комплекс "Termores" , пpедназначенный для обработки и анализа экспериментальных данных, а именно, в-первых, зависимости термоЭДС батареи термоэлектрических элементов (ТЭМ) от обоих температур спаев, во-вторых, зависимости сопротивления чистого полупроводника с собственной проводимостью от температуры, в-третьих, для нахождения и учёта теплопроводности батареи ТЭМ.
В состав программного комплекса входят 3 программы для ЭВМ: программа "Thermo", программа "Aventet3" и программа "TEM3".
В программе "Aventet3" термоЭДС рассматривается, во-первых, в линейном приближении Зеебека и отсюда вычисляется "эффективный коэффициент термо-ЭДС"; и во-вторых, в нелинейном приближении Авенариуса–Тэта и отсюда вычисляются "1-й" и "2-й" термоэлектрические коэффициенты. Все коэффициенты вычисляются методом наименьших квадратов. Также вычисляются относительные и абсолютные погрешности найденных величин. Строятся диаграммы: поле измеренных ЭДС в координатах, соответствующих температурам "горячих" и "холодных" спаев, экспериментальные данные в "линеаризующих" координатах "ЭДС, делённая на разность температур" – "сумма температур", линии среднеквадратического и погрешностей. Также вычисляется коэффициент регрессии экспериментальных данных на модельную зависимость. Пользователь может выбирать статистический вес каждой точки как однородный, так и неоднородный, зависящий специальным образом от относительной погрешности значения данных точки.
В программе "Thermo" измеренная зависимость сопротивления от температуры изображается в виде графика R(T), затем переводится в линеаризующие координаты ln(R) и (1/T) и изображается в виде графика, затем из этих данных методом наименьших квадратов вычисляется ширина запрещённой зоны полупроводника и нормирующий предэкспоненциальный коэффициент, а также их погрешности.
Программа "ТЕМ3" отличается от программы "Aventet3" дополнительной способностью рассчитывать и далее учитывать температурную зависимость теплопроводности ТЭМ, снабжённого теплопроводящими слоями, отделяющими термоэлементы от заданных температур "горячей" и "холодной" поверхностей ТЭМ.
Область применения –  техническая диагностика промышленных термопар, терморезисторов, термоэлектрических батарей – как генераторов, так и холодильников;  физический экспеpимент, в том числе исследование термоэлектрических явлений, измерение температур, задание и стабилизация температур и потоков теплоты; а также в учебном лабораторном практикуме.
Актуальность, краткий обзор проблемы:
Известно, что в разнообразных областях деятельности человека одним из важнейших обстоятельств является возможность генерации электрической энергии, экономичного создания потоков теплоты, задания стабильных температур и тепловых потоков. Известно несколько термоэлектрических явлений, позволяющих осуществить такие их технические применения. Важнейшими параметрами являются термоэлектрические коэффициенты Зеебека, Авенариуса–Тэта, Пельтье, ширина запрещённой зоны, коэффициент теплопроводности, и другие, которые подлежат измерению для интересующих исследователя и инженера веществ.
До последнего времени применялись, во всяком случае, в лабораторном практикуме учебных заведений, "ручные", "графические" методы обработки исходных экспериментальных данных. Это ограничивало точность и объём данных.
Описываемый здесь программный комплекс для ЭВМ автоматизирует работу, избавляя исследователя от рутинных и весьма громоздких вычислений, практически ускоряя работу в 10, 100 и более раз. Оригинальный и удобный интерфейс позволяет особо наглядно представить интересующие исследователя особенности исследуемых зависимостей.
Научн. конс. – Горшков А.В.


2002


Даурских Анна Юрьевна. Синтез сверхлёгкого космического летательного аппарата «Канарейка».
Цель работы – создание реального спутника и выведение его на околоземную орбиту. Для достижения цели необходимо чётко представлять, что реальный космический аппарат вряд ли может быть построен руками школьников при помощи подручных средств. Результат может быть достигнут в реальные сроки только путём чётко организованной работы при наличии финансирования и привлечения организаций, обладающих нужными возможностями.
Таким образом, главной целью данной работы является определение контуров конструкции ИСЗ, наилучшим образом отвечающего требованиям ТЗ. Сопутствующими задачами являются: разработка элементов конструкции ИСЗ, выбор материалов и систем, постановка задач для отработки конструкций, определение круга организаций, имеющих опыт работы в космической деятельности.
На основе построенной функции полезности была разработана концепция конструкции спутника.
Ориентировочные размеры спутника: высота – 25 м, диаметр – 12 м, площадь световозвращающих поверхностей – 85 м^2. Это стержневая конструкция с навесными плёночными элементами, к которым относятся: параболическая антенна, образованная плёнкой с напылением проводящего слоя, солнечные батареи, световозвращающие элементы с высоким коэффициентом отражения. Конструкция снабжена растяжками, придающими ей жёсткость, переходными элементами, предназначенными для соединения надувных несущих выполненных из плёнки труб и являющихся одновременно аккумуляторами газа наддува, соленоидами системы ориентации использованием магнитного поля Земли, и приборным отсеком. Массивные части конструкции максимально разнесены (приборный отсек и лазерный уголковый отражатель)  и используются для стабилизации ИСЗ за счёт возникающего гравитационного момента
В работе представлены результаты синтеза конструкции искусственного спутника Земли, предложена концепция конструкции, состав научной аппаратуры. Определена система ориентации и стабилизации. Выполнены предварительные расчёты массовых элементов конструкции, определены задачи следующего этапа проектирования. Показана реальная возможность создания спутника Земли массой 1 килограмм, хотя эта работа будет сопряжена со значительными технологическими трудностями.
Новизна работы состоит в том, что впервые была предложена конструкция управляемого КЛА массой 1 килограмм с удельной площадью отражения поверхности 85 м^2 на килограмм.
Спутник можно выводить любым носителем лёгкого или среднего класса после отделения основного объекта выведения. ИСЗ располагается на переходной ферме или баке последней ступени (разгонного блока). При отделении используются гарантийные запасы топлива разгонного блока.
Создание и выведение на орбиту синтезируемого ИСЗ реально. Автор оценикает время создания спутника в 3-4 года при условии принятия решения о его запуске и соответствующем финансировании.
Наилучшим решением было бы увеличить массу спутника до 5 кг. Это позволило бы создать жёсткую надёжную конструкцию, существенно увеличить характеристики спутника, его насыщенность научной аппаратурой и использовать спутник (группировку спутников) для навигационных целей при практически тех же затратах, что и на спутник массой 1 кг.
Научн.рук. – Полканов Юрий Юрьевич, Жуйков Валентин Евгеньевич.


Рыжов, Седов. Программа для моделирования эксперимента Франка–Герца.
Разработанная в соответствии с техническим заданием клуба "Глюон" программа моделирует поведение электронов в триоде, заполненном парами ртути.
1. Требования к системе
Операционная система: Win32.
Для отрисовки графиков с приемлемой скоростью требуется аппаратная поддержка OpenGL версии не менее 1.2
2. Описание окон программы
В каждом окне, в которое может вызвать вопросы, находится кнопка область подсказки. Для получения справки наведите курсор на интересующий вас объект.
2.1 Главное окно Рис.1.
Слева находится область отображения. Для изменения положения точки обзора перетащите мышью в этой области. При этом изменяются полярные координаты точки обзора. При нажатии правой кнопки мыши (ПКМ) изменяется координата точки обзора в плоскости XY. Для движения вверх надо одновременно с мышью нажать клавишу Ctrl.
В двумерном режиме поворот и перенос не доступны.
2.2 Рис.2.
2.3 Возможности Табл.1
2.4 Окно редактирования параметров.
Рис.3.
Оно содержит таблицу из пяти колонок: номера (#), имени (Name), описания (Description), значения по умолчанию (Default value) и текущего значения (Curr value).  В таблице приведены более подробные описания параметров. Столбец Default value хранит значения, загружаемые из файла fh.ini. При нажатии кнопки Defaults предыдущие значения сбрасываются и заменяются умалчиваемыми.
Табл.2. Параметры и их описание.
Приведенные здесь имена используются при построении графиков.
2.5 Окно полученных значений.
Рис.4.
Содержит таблицу полученных в результате эксперимента значений, обновляющуюся раз в секунду. Изначально доступны следующие значения:
Табл.3.
В этот список можно добавить пользовательские переменные.
Если отметить переключатель, то окно будет видно поверх остальных.
2.6 Окно результатов.
Рис.5.
В этом окне можно создавать таблицы и графики по результатам экспериментов. Вначале нужно выбрать те колонки, которые нужны в таблице. Для этого надо отметить ‘y’ напротив нужного параметра. После нажатия кнопки ‘Generate table’ появляется таблица, которую можно скопировать в другой редактор для исследования. Также можно удалить строку (или строки), выделив их, и нажав ‘Remove line’. Кнопка ‘Copy’ копирует выделение. Кнопка ‘Copy all’ копирует всю таблицу вместе с заголовком. Текст помещается в буфер в виде строки, где следующую ячейку обозначает табуляция, а новую строку – перенос строки в конвенции DOS. ‘Close’ закрывает окно. Справка по кнопкам ‘Generate Graph’ и ‘Edit calcing values’ приведена в соответствующих разделах.
Рис.6.
2.7 Окно графика.
Рис.7.
График измеряемых параметров можно построить, нажав кнопку ‘Generate Graph’ в окне ‘Report’. Более подробно возможные выражения описаны в разделе «Выражения». В этом окне рисуется примитивный график измеренной величины. Возможно также отображение точкам.
Управление графиком.
Левая кнопка мыши (ЛКМ) перетаскивает график.
Правая кнопка мыши (ПКМ) производит растяжение/сжатие с центром в точке, указанной мышью. Коэффициент равен показательной функции отклонений от точки нажатия на панель. Если выбран флаг ‘Uniform scale’, то коэффициенты по осям одинаковы и аналогично зависят от максимального (по модулю) отклонения. Если удерживать клавишу Alt и нажать на график, то ближайшая тока удалится.
Подписи в графике
У осей пописаны выражения, их задавшие и значение, соответствующее концу оси. В начале координат написаны значения, ему соответствующие.
 Описание остальных параметров приведено в таблице.
Табл.4.
2.8 Окно редактирования зависимых переменных.
Рис.8.
В этом окне можно добавить (кнопка ‘Add’), отредактировать (кнопка ‘Edit’) и удалить (кнопка ‘Remove’) вычисляемую переменную. Кнопка Edit пересчитывает эту таблицу.
3. Возможности программы
3.1 Построение картины визуального расположения электронов в аналитическом пространстве.
Рис.9
Каждый электрон изображается точкой, координаты x и y которой совпадают с координатами электрона, а третья равна его кинетической энергии. Все значения нормированы: на рисунке x лежит от 0 до 1, y от -1 до 1, Wкин – от 0 до 1.  Максимальное значение кинетической энергии можно узнать из окна текущих параметров.
RadioButton ‘Picture’ в главном окне.
3.2 Распределение электронов по кинетическим энергиям в различных областях пространства.
Программа строит распределение в координатах {x;Wкин;N}. Все величины нормируются. Можно задавать (см. выше) количество разбиений по x и Wкин.
Режимы отображения определяются checkbox’ами ‘Quads’ и ‘Use color’ в главном окне.
На рисунках изображено одно и то же распределение, отрисованное разными способами.
Табл.Рис.10.
Отображение знака импульса.
Если в главном окне выбрана опция ‘Table’, то знак импульса не учитывается. Если выбрано ‘Sgn table’, энергии присваивается знак, равный знаку импульса.
Рис.11.
Таким образом, можно получить информацию и о направлении электронов.
Параметр ‘Runtime’
Для распределения он определяет, пересчитывать ли таблицу в реальном времени. он При отображении электронов включает/выключает отрисовку, т.к. их рисование производится практически  без дополнительных расчетов.
Замечания.
1. Для того, чтобы графики были пригодны для печати, надо инвертировать цвета.
2. Рис.12.
3. Выключение ‘Runtime’ предназначено для максимизации скорости расчетов, поэтому если ‘Runtime’ не включен, то переключение режима ‘Table’/’Sgn table’ не производит пересчета таблицы, а следовательно, можно получить неправильную картинку.
3.3 Создание таблиц и графиков по результатам измерений.
3.4 Вычисляемые поля.
Выражения могут содержать статически объявленные переменные (в каждой таблице со значениями указаны их имена), операции +,- (в т.ч. унарный), *, /, ^ (возведение в степень), вложения скобок глубиной до 64 и функции стандартные функции cos, sin, tan, asin, acos, atan, sqrt, log, exp, abs.
3.5 Краткая справка.
В каждом окне, требующем пояснений при наведении курсора на большинство объектов появляется краткая справка.
3.6 Сохранение/загрузка параметров.
Все параметры опытов могут быть загружены и сохранены.
4. Техническая реализация.
4.1 Использованные средства.
Программа были разработана в среде Borland Cpp Builder 6. Использовались библиотеки: стандартная С, стандартная C++, VCL6 и OpenGL. Часть кода иcпользует WinAPI.
4.2 Ошибки
В тестах программа показала достаточную стабильность, но не все заведомо неправильные значения параметров контролируются. В этом случае возможны следующие ситуации:
1. Сообщение об ошибке в строке состояния: “Cpp Error” – неизвестная ошибка  и краткое описание в случае ошибки VCL.
2. Окно с сообщением об ошибке.
3. Аварийное завершение работы программы.   
4. «Зависание» программы.
5. «Зависание» системы в следствии перерасхода ресурсов – наблюдалось на ранних стадиях отладки.
На текущей стадии отладки эти ошибки не наблюдаются, хотя не исключено, обнаружатся в дальнейшем.
4.3 Массив электронов.
Использовались стандартные алгоритмы.
4.4 Выражения
Перевод в польскую запись.
4.5 OpenGL
Отрисовка производилась с использованием массивов вершин, т.к. glBegin..glEnd слишком медленен, display lists используют значительный объем памяти, а расширения OpenGL требуют наличие соответствующей видеокарты.
Научн. конс. – Горшков А.В.


2004


Даурских Анна. Активная спутниковая разведка и оценка запасов лунной воды.
В работе рассматриваются подходы к начальному этапу освоения Луны: способы получения достоверных доказательств наличия на Луне воды и оценка её запасов. Проанализировано состояние научного знания о Луне в части возможного распределения воды. Показана необходимость активной разведки и освоения запасов лунной воды. Предложена схема построения спутниковой группировки, состав научного оборудования и средств воздействия для детальной разведки льда в глубоких неосвещаемых кратерах, расположенных в областях полюсов Луны. Предложены конструкции управляемых элементов динамического воздействия на поверхность Луны (пенетраторов). Указаны направления выбора выгодных высот и орбит для повышения точности попадания пенетратора в точку прицеливания. Основным подходом, реализованным в данной работе, является применение динамического воздействия на поверхность Луны неуправляемыми и управляемыми активными элементами. Новизна работы заключается в том, что в отличие от традиционных методов дистанционного исследования и неспециализированных методов ударного воздействия (обрушение аппарата на поверхность Луны), в ней используется принцип специализированного отделяемого элемента, несущего заряд ВВ. Создана математическая модель движения пенетратора, определены оптимальные углы прицеливания, выполнен расчёт погрешностей. Это позволяет использовать методы  прямого спектрального анализа выброшенного вещества и в перспективе – отработанные методы сейсмической разведки для поиска полезных ископаемых и решения научных задач строения Луны. Показано, что задача разведки может быть решена в сравнительно короткий срок на основе имеющегося российского опыта и уже отработанных конструкций.
Автор настоящей работы считает, что Россия имеет все возможности для того, чтобы стать лидером в освоении Луны и получить все вытекающие отсюда преимущества. 
Научн. рук. – Миранцов Валерий Сергеевич.


2005


Романов Роман Игоревич. Новая система наведения управляемых средств доставки полезных грузов по лазерному лучу с использованием полуактивной головки самонаведления.
Эта работа относится к разделу техники «Автоматика и телемеханика», «Системы вооружений».
В настоящие дни существует проблема: до сих пор не создано дешевых и простых в производстве, и в то же время высокоточных систем наведения ближнего радиуса действия для летательных аппаратов, которые бы позволяли доставить контейнер с грузом в заданную точку на какой-либо поверхности.
Потому была поставлена цель: разработать систему  наведения ближнего радиуса действия для контейнера, движущегося в атмосфере по баллистической или планирующей траектории, которая бы имела следующие особенности:
1. простота производства
2. неприхотливость в эксплуатации
3. низкая себестоимость
4. возможность установки на широкий спектр средств доставки (далее - СД) груза
5. универсальность применения.
Таким образом, были сформулированы задачи:
1. выбрать наиболее подходящий метод наведения СД на цель
2. разработать методику воздействия системы наведения на траекторию полета СД
3. разработать электроннооптическую часть системы наведения
4. скомпоновать систему наведения в виде отдельного узла
5. построить полезную модель системы и провести лётные испытания
6. замерить отклонения от цели при различных внешних условиях.
Я изобрёл конструкцию системы наведения, отличающуюся от существующих систем тем, что ГСН построена путем прямого соединения одноканального приемника целевых сигналов, усилителя и устройства выделения полезного сигнала, при чем выдача дискретных команд о появлении полезного сигнала производится непосредственно на управляющий ключ рулевой машинки. Рули, соединенные с рулевой машинкой при этом расположены так, что вектор корректирующей силы параллелен оси симметрии клиновидной диаграммы направленности приемника. При этом под небольшим углом от оси вращения располагается область нечувствительности приемника, при попадании излучения в которую не происходит коррекции, что позволяет избежать перемещения СД при восстановлении направления на цель.
рис. 3.  блок-схема системы наведения.
1- фотоприемник
2- усилитель переменного напряжения
3- устройство выделения полезного сигнала (полосовой фильтр)
4- компаратор
5- мощный ключ
6- исполнительный механизм (рулевая машинка).
Также я изобрёл способ наведения вращающегося СД на цель, отличающийся от существующих тем, что при вращении головки самонаведения, жестко связанной с СД происходит коническое сканирование пространства, при котором происходит одновременная непосредственная отработка импульсов коррекции по принципу: если сигнал попадает в зону диаграммы направленности ГСН, то подается команда на рули, если сигнал пропадает, то рули возвращаются в исходное положение. При этом вектор корректирующей силы рулей направлен  в ту же сторону, куда и клиновидная диаграмма направленности, что позволяет при попадании излучения в зону диаграммы направленности разворачивать СД в сторону цели. Диаграмма направленности приемника при этом выбирается в виде усеченного клина, что ведет к отключению руля при достижении необходимого направления на цель, а так же способствует оптимизации скорости коррекции. Относительно равномерное вращение СД вокруг своей оси позволяет точно реализовать выход на цель.
Изготовлено устройство, которое реализует описанный выше метод наведения, с помощью которого проводилось практическое исследование данного метода.
Рис.4.
Были проведены летные испытания этого устройства, при которых были получены данные об отклонениях системы наведения от цели в зависимости от того, из какого положения она сбрасывалась. При испытаниях система осуществляла наведение в свободном падении.
Обладает следующими преимуществами перед существующими системами наведения: дешевизна и простота производства, надежность, универсальность применения, возможность модернизации.
Данную систему можно использовать при наведении корректируемых снарядов, мин, авиабомб и ракет высокой точности на конечном участке траектории. Если же снаряд малой дальности, то система может использоваться как основная и работать на всей траектории полета. Данную систему рациональнее всего использовать в средствах поражения низкой ценовой категории, так как она позволяет получить наибольшую экономию средств при производстве, хотя ее можно использовать не менее эффективно и в сложных боевых системах, таких, как например стратегическая или зенитная ракета.
Рис.5
Вся работа от начала и до конца выполнена мной самостоятельно, в т.ч. разработка электронной  схемы.
Научн. рук. – нет.


2008–2009


Кетова Елизавета Константиновна. Экспериментальное исследование режимов течения жидкости в гофрированном канале.
Работа относится к области гидродинамики и физики поверхности.
Проблема: Условия возникновения колебательных режимов во внешних и внутренних течениях.
Цель работы: Исследовать режимы течения жидкости со свободным фронтом в гофрированной трубе.
Задачи:
1) Разработать и изготовить устройство для исследования режимов течения жидкости в гофрированной трубе. 2) Наблюдать и зафиксировать режимы течения жидкости в гофрированной трубе. 3) Объяснить наблюдаемые явления, закономерности, в том числе количественные.  4) Предложить  применение обнаруженным явлениям
Актуальность: Во многих лабораториях мира начаты исследования вокруг тел и внутри каналов с постоянной структурой поверхности. Например, многие ученые предполагают, что это может увеличить подъемную силу крыльев летательных аппаратов и морских судов, создать или погасить колебания в трубопроводах, на крыльях (флаттер), уменьшить сопротивление движущихся тел, или увеличить сопротивление тормозящих участков, если это нужно.
Экспериментально исследовано течение жидкости через гофрированный канал, расположенный под наклоном к горизонту.
При первичном заполнении происходят три последовательные стадии: «перекатывание капель», «образование перемычек» и «образование микролавин».
Обнаружены три режима установившегося течения: «регулярный однокапельный», «регулярной лавины» и «хаотичной лавины».
Существует критический угол наклона, больше которого наблюдается только регулярный режим. Существует критический расход накапывания, больше которого наблюдается только регулярный режим. Существует критическая  масса лавины, больше которой наблюдается только регулярный режим.
Измерена  зависимость средней массы лавины от угла наклона, она линейно убывает с увеличением угла наклона. Выведена формула, которая объясняет эту зависимость соотношением высоты «барьера», образовавшегося из–за поверхностного натяжения жидкости, угла наклона и плотности жидкости.
Измерена зависимость средней массы лавины от скорости накапывания жидкости. Она приблизительно линейно убывает с увеличением расхода капель. Эта зависимость объяснена увеличением импульса жидкости и выведена формула.
Также я сделала натурное моделирование схода лавин жидкости  в гофрированном канале схода  лавин через переполненный край стакана и сходом лавин сыпучего тела. Они подтвердили мою теорию. Мои исследования также позволят обезопасить сели, снежные лавины, наводнения, течения вблизи опор мостов и причалов, в металлургии и в ядерных реакторах.
Научн. конс. – Горшков А.В.


……………………………………………………………….

ФИЛОСОФИЯ, ОБЩЕСТВОВЕДЕНИЕ, ЭКОНОМИКА, СОЦИОЛОГИЯ И ГОСУДАРСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ

……………………………………………………………….


2003


Горшков А.В. Об одном определении разума и его внутренней непротиворечивости.
Одной из давних философских проблем является «что есть разум?», «что есть мышление?», «тождественно ли мышление – разуму?», «разум – категория возможности или осуществлённости?», «что есть сознание?», «как соотносятся разум и сознание?».
Разнообразные определения мышления как процесса, явления, общеизвестные в многочисленных философских источниках, автора сих строк, как правило, удовлетворяют; однако все эти определения приводят к следствию из них: не только человек, но и другие высшие животные, и даже некоторые созданные человеком неживые (а в будущем – не исключено, что и живые) устройства (а в будущем, соответственно, организмы) удовлетворяют таким признакам, критериям происхождения в них мышления (обычный пример того – аппаратно-программные комплексы для распознавания образов с алгоритмическим самообучением и классификацией образов, некоторые другие «экспертные системы»); однако при этом у автора возникало стойкое (логико-эстетического плана) неприятие попыток приписать всем таким животным и устройствам разумность; автор считал ошибочным утверждать тождественность всякого мышления и разума.
Настоящая работа относится к определению философского понятия разума. Автора не удовлетворяет значительная «однобокость» известных определений разума, не дающих полноты мировоззрения.
Гносеологическая функция разума указана И. Кантом: "Разум есть способность видеть связь общего с частным" и С.В. Илларионовым: как свойство, способность, функция разума, «Познание есть процесс [ход] выделения инвариантов [«всеобщностей, неизменностей»] окружающего мира». Онтологическая функция разума формулировалась многими философами, однако наиболее обобщённой, полной и внутренне непротиворечивой формулировкой можно считать "Разум есть способность использовать силы окружающего мира без разрушения этого мира" (А. и Б. Стругацкие, «Пикник на обочине»).
С целью удовлетворить философскому критерию полноты теории автор заведомо не позднее 1995 года публично и письменно выдвинул определение: «Разум есть способность из  Хаоса  сделать  Космос».
Пояснение к сему определению: в древнегреческом языке «хаос» и «космос» имели значения антонимов, причём «космос» как нечто совершенно гармоническое, согласованное. Но в словаре нет указаний на всеобщность «космоса», а лишь на его всеобъемлющесть; действительно, при таком «буквально-словарном» толковании не может быть синтезом лишь один из элементов пары тезис-антитезис («космос-хаос»). Поэтому первые аргументы контра такого определения разума состояли в том, что якобы из него следует необходимость рассмотрения разума сверх совокупности хаоса и космоса; как будет показано далее, такие контраргументы несостоятельны, причём не только потому, что «словарное» определение хаоса и космоса противоречит древнегреческой мифологии, по которой «космос» произошёл из «хаоса» (аналогично происхождению «добра» из «зла» в некоторых религиях), следовательно, категорическая объективная антонимизация (критериальная непересекаемость) этих терминов вообще была бы в этом (мифологическом) случае неправомерна и следовало бы понимать их как антонимы в смысле развития (с возможностью пересекаемости, непрерывного перехода). Но мы, чтобы не плодить терминологических «лишних по Оккаму сущностей», естественно, обязаны здесь использовать именно обычное, указанное выше «словарное» толкование этих терминов; а как их синтез – термин «Вселенная».
До сих пор у такого определения разума не обнаружено ни внутренних противоречий (критерий Пуанкаре), ни неполноты описания совокупности известных явлений (критерий Галилея и Ньютона), ни противоречия с определением способности к познанию (критерий Илларионова), ни противоречия с критерием воспроизводимости (Поппер, Дембер, Дюгем, Куайн и др.).
Попытаемся проверить такое определение на удовлетворение «нестационарному» принципу достоверности (проверяемости, предельного соответствия, повторяемости, непротиворечивости, всеобщности, полноты) (Галилей, Пуанкаре, Планк, Эйнштейн; Иваненко и Ландау и Гамов и др.). Есть ли следствия у такого определения разума и каковы они, возможна ли их проверка в принципе, соответствуют ли эти следствия эксперименту или наблюдению, все ли без исключения явления описываются таким определением, что есть предельные (совершенные) разум и не-разум, неизменен ли разум (и предельные случаи его) ? Объективен ли (отделим ли от субъекта) разум?
Изложим такие следствия тезисно, подробности их вывода в предыдущей работе автора:
1. Вселенная существует и вечна (как синтез тезиса и антитезиса), несотворима и неуничтожима; любой непосредственно воспринимающий себя субъект (в частности, человек) – подмножество Вселенной (в частности, несобственное); существует не менее одного непустого подмножества Вселенной; категория отношения "моё"–"чужое"–"всё сущее" есть степень непосредственности взаимодействия субъекта со Вселенной.
2. Если, в обычном смысле слова, рассмотреть «материальную» и «идеальную» составляющие Вселенной, то они не могут не взаимодействовать когда-либо в прошлом, настоящем или будущем между собой. Следовательно, Вселенная едина, «материя» и «идея» не могут существовать друг без друга (тезис Бахтина). На основании принципа Оккама разделение единой Вселенной на «материю» и «идею» нелепо; материя и идея если и возникают, то возникают одновременно. Итак, Вселенная едина, причём любое взаимодействие между его составными частями само является его составной частью; Вселенную допустимо называть хоть «материальной», хоть иначе. (Такое усовершенствование тезиса Бахтина ди¬алектически "объединяет" материализм и идеализм – благо пересекаются они в единственном пункте, в коем и состоит их разногласие.)
3. Введение отдельного понятия «идея» целесообразно при рассмотрении не Вселенной в целом, а  лишь незамкнутой части Вселенной (аналогично условиям целесообразности использования термина «энтропия» в физике: никто и никогда не применяет "энтропию" к полному ансамблю, содержащему и поля). То есть, "идея" есть неучтённое в ограниченном рассмотрении взаимодействие данной части Вселенной со всей остальной Вселенной.
4. Следовательно из пп.1,2,3, идея не обязана подчиняться принципам сохра¬нения (тезис Платона); более того, идеальной совокупностью объектов можно, удобно назвать то, что не подчиняется обобщённому принципу сохране¬ния Ломоносова. Следовательно, как идеальное (в общепринятом философском смысле этого слова) можно рассматривать всё что угодно, кроме Вселенной в целом. Но пустое множество можно полагать хоть идеальным, хоть материальным – в этом предельном частном случае это безразлично.
5. Чистый (последовательно проведённый) реализм и последовательно преведённый идеализм (соллип¬сизм) могут совпадать тождественно (тезис Л.Витгенштейна). Но (в отличие от тезиса Витгенштейна) противоположности объективного и субъективного совпадают не всегда, а лишь в предельном случае Вселенной в целом. Я не вижу оснований для возможности полагать пустое множество субъектом. Кстати, на практике логически последовательный идеалист (соллипсист) действует совершенно точно так же, как логически последовательный материалист.
6. Мысль может быть либо составной частью субъекта, либо одно из его возможных состояний; логически (по индукции) легко показать, что таких состояний для полного самопознания субъекта должно быть бесконечно много, причём мощность множества (в математическом смысле термина) таких состояний «полностью самопознавшего» больше себя самого. Полученное логическое противоречие доказывает, что полное самопознание невозможно. (Это отдалённо напоминает автору лемму Гёделя о неполноте аксиоматических систем.)
7. Я есть частный случай субъекта, субъекта материального, а т.к. "самопознание бесконечного" потребовало конечного времени и тем самым конечного числа состояний, то из п.6 следует, что материаль¬ному субъекту – мне – соответствуют объекты не сохраняющиеся и потому идеальные, кои можно назвать "сознанием" как идеальную со¬вокупность материальных составляющих.
8. Из пп. 2,6,7 следует, что я и остальная Вселенная взаимно влияем друг на друга (тезис Ньютона) в бытии. И в познании (см. далее).
9. Бытие есть необходимое условие для сознания, а сознание есть достаточное условие бытия (тезис Декарта), но бытие не есть достаточное условие сознания.
10. Следовательно из пп.7,8,9, не менее чем один человек как частный случай мыслящего, обладающего сознанием субъекта, способен, взаимодействуя с ос¬тальной Вселенной, "познавать" её, т.е. изменять свое состояние как конечной части Вселенной в направлении большего соответс¬твия процессам бесконечной Вселенной, даже если они изменяют состояние человека как физического объекта лишь косвенно.
11. Из пп.1,2,4,6 следует, что концепция «детерминированности» (определённости причинно-следственной связи) оказывается внутренне непротиворечивой, а концепция «случайность» в математическом смысле (непредсказуемость, т.е. во-первых, принятие философской аксиомы «местное прошлое и будущее», и во-вторых, неулучшение оценки будущего события при увеличении количества прошлых достоверных данных) внутренне противоречива: совершенно случайное физическое элементар¬ное событие приводит к увеличению количества возможно-реализуемых состояний (в зависимости от времени), что, по-видимому, нарушает принцип сохранения (т.к. каждому сос¬тоянию соответствует какая-либо обобщённая энергия). Поэтому «случайность», равно как и «энтропия», и «идея», неприменимы ко Вселенной в целом, но удобны и естественны как упрощения при рассмотрении части Вселенной. Тем не менее на практике субъект, не тождественный Вселенной, может выдвигать гипотезу о свободе воли и может и должен поступать так, как считает наилучшим в своей системе отсчёта.
12. Из определения и п.9 следует, что разум существует.
13. Из определения и пп.1,2,12 следует, что Вселенная в целом предельно (максимально) разумна (парадокс).
14. Разум есть категория не критериальная, пороговая (есть либо нет), а непрерывная, количественная (переходящая в качество и т.п.).
15. Из п.12 человек обычно обладает разумом.
16. Кроме онтологических и гносеологических следствий, из такого определения разума логически получаются этические и моральные тезис Кун Фу-цзы «На добро следует отвечать добром, а на зло – справедливостью» и тезис Рассела «Отдельное желание само по себе ничем не лучше и не хуже другого. Но одна группа желаний лучше другой в том случае, когда  все желания первой группы могут быть удовлетворены одновременно, а во второй группе выполнение одних желаний противоречит выполнению других. Именно поэтому любовь лучше ненависти».
17. Познающий разум является подмножеством познаваемого им мира. Противоположные точки зрения ("познающий тождественен познаваемому", «познающий исключён из познаваемого», «познающий объемлет собой познаваемое») приводят к логическим противоречиям. Наиболее близок к этому следствию тезис Сократа о соотношении между объективным и субъективным: "Познай себя как часть [материального – А.В.Г.] мира и мир как часть [идеального – А.В.Г.] себя".
18. Если единственным итогом познания несобственным подмножеством Вселенной является изменение состояния познающего, то познание изменяет не только познающий разум, но и познаваемую им Вселенную в целом. Получено логическое противоречие. Если единственным итогом познания несобственным подмножеством Вселенной является изменение познающего и ещё одного подмножества Вселенной, непересекающегося с этим познающим,   то состояние Вселенной в целом также изменится. Итак, доказано, что всякое познание несобственным подмножеством Вселенной неминуемо изменяет не только познающего, но и Вселенную в целом.
19. Следовательно из п.18, полностью познать сам себя познающий никогда не сможет.
20. Если Вселенная занимается самопознанием, то она всё же никогда не познает себя полностью. Это соответствует тезису Гераклита («Всё изменяется. Более того, всё изменяется всегда (постоянно, ежевременно). Более того, и эта изменчивость изменчива.») (точнее сказать, всё не-идеальное (материальное) обязательно всегда изменяется, даже если что-либо у этого материального сохраняется. И идеальное тоже может изменяться, но не обязано.  И это, как обычно, можно даже взять за определение  хода времени – как процесса, явления или параметра этого явления) нуждается в уточнении (ограничении тезиса Гераклита лишь на несобственные, причём непустые, подмножества Вселенной): пока что нет оснований считать время во Вселенной абсолютным, повсеместно единым параметром, и нет оснований считать, что временное-в-целом поведение Вселенной может быть различно. Но, с другой стороны, нет оснований считать, что Вселенная самопознанием занимается.
21. Из пп.1,17,19,20, для полного познания Вселенной необходимо и достаточно быть тождественным Вселенной (частный случай, а может быть, и усовершенствованная формулировка тезиса Сократа: "Чтобы познать истину, нужно изменить себя, чтобы стать ей тождественным").
22. Из пп.20,21, Вселенная в широком смысле слова (не текущее состояние Вселенной, а вся совокупность её предыдущих и последующих состояний, совокупность и причин, и следствий – независимо от того, существуют ли причины и следствия по отдельности) не "занимается самопознанием", а просто "знает" себя и потому неизменна (т.е. процессы в ней детерминированы в широком смысле). Вселенная в узком смысле слова (текущее состояние Вселенной) может заниматься самопознанием и потому изменяться, причём неограниченно, бесконечно долго, монотонно увеличивая мощность множества своих состояний (т.е. может непрерывно изменяться, усложняться, причём  не обнаружено оснований полагать недетерминированность этих процессов в узком смысле слова).
23. Разум – как способность ¬– следует считать категорией возможности, потенциальной; поэтому человек, поступающий неразумно (в частности, новорождённый), остаётся существом разумным. А справочник, энциклопедия, содержащие разумные сообщения, – остаются неразумными. ЭВМ без программы или даже с программой без возможности самообучения, или программы без ЭВМ, тем более какие бы то ни было идеальные объекты (например, алгоритмы как таковые, не реализованные в виде программы, действующей в сей момент на ЭВМ) – все они неразумны. Живые существа, а также неживые устройства – некоторые автоматы, в том числе самообучающиеся аппаратно-программные комплексы, способные изменять структуру своего алгоритма – удовлетворяют в большей или меньшей количественной степени этому определению разума.
24. «Мышление» не тождественно «разуму»: процесс в устройстве с обычной (несамообучающейся) интерактивной программой удовлетворяет определению мышления, но не удовлетворяет определению разума.
25. Свободна ли Вселенная ? Нет. Свобода – идеальное, т.е. возникающее вследствие рассмотрения несобственного подмножества Вселенной, понятие. Человек же свободен хоть отрезать голову ни в чём не повинному ребёнку и бросить её свиньям, но человек разумный этого не делает. Менее разумные существа – гиены, а также офицеры SS – подобное делали неоднократно.
26. Пустое множество есть только объект. Вселенная есть тождество субъекта и объекта. Несобственные подмножества Вселенной могут быть как субъектами, так и объектами, в том числе одновременно, в том числе сами для себя.
27. Бытие, мышление и познание – единый процесс, разделение которого на бытие и познание - отнюдь не пороговое (критериальное), а лишь количественное ("плавное, непрерывное").
28. Разум субъективен, объективны (отделимы от субъекта) лишь следствия из него, его деяния, внешние (внесубъектные) проявления, взаимодействия. Как общеизвестно, «Познаётся человек по делам его». Разум же Вселенной-в-целом совершенно субъективен, ибо вне замкнутой Вселенной (содержащей и пустое множество), как следует из п.1, ничего нет и проявить чего бы то ни было вовне Вселенной невозможно.
29. Философия – самосогласованный процесс, а не объект, рассматриваемый извне.


Горшков А.В. Предварительное описание древовидной методики построения временнОй динамики обобщённого показателя уровня жизни по объективным статистическим данным.
Глупо рулить обществом или иным объектом управления, не располагая обратной связью, вслепую, ибо это лозунговый шаманизм. Существует важная проблема: как оценить не субъективно, а как можно более объективно качество жизни (уровень жизни, УЖ) общества в целом (а не отдельной персоны или семьи)? В экономике и социологии существует очень много подходов к решению этой задачи, более или менее общеизвестные и более или менее общеупотребительные. В настоящей работе я предлагаю Вашему вниманию краткое описание принципов ещё одного, по моему мнению, наиболее разумного и уже практически осуществлённого способа с относительной погрешностью порядка нескольких процентов получить такую величину.
1. Разнородные размерные показатели необходимо свести воедино (скаляризовать), следовательно, сводить воедино можно только обезразмеренные показатели, нормированные на «характерный масштаб» (ХМ). Что следует взять в качестве такового ХМ?
2. Можно бы оценивать УЖ относительно уровня (в качестве ХМ) максимума потребностей или благих желаний индивидуума, но это нелепо, ибо потребности случайно взятого индивидуума обычно неограниченны. Следовательно, надо в качестве «характерного масштаба» брать не пожелания априори, а факт апостериори.
3. Можно бы оценивать (в качестве ХМ) УЖ индивидуума (напр., свой), но данные УЖ разных индивидуумов будут несопоставимы из-за разной «шкалы ценностей». Следовательно, надо исследовать УЖ общенародный.
4. Можно бы оценивать УЖ относительно УЖ зарубежных стран (в качестве ХМ), но расчёт УЖ всего человечества организационно-технически очень затруднён, а выбор в качестве эталона лишь отдельных стран вносит политический субъективизм и требует предварительного расчёта УЖ в стране-эталоне, т.е. проблема расчёта УЖ в некоей интересующей нас стране дополнилась бы более трудной проблемой расчёта УЖ в чужой стране-эталоне; следовательно, следует начать с  расчёта УЖ в собственной стране в сравнении по времени.
5. Интервал сравнения должен быть достаточно длительным; например, в известной «Белой книге» С.Г. Кара-Мурзы типичным интервалом (ТИ) является последние 30 лет. В моей работе взят в качестве типичного интервал 1890-2003 гг., т.е. более века; отдельные показатели распространяются вглубь времени начиная с 15-го века.
6. Поскольку все показатели вариативны, то выбор в качестве ХМ какого-то одного момента времени (1900 г., 2000 г., 1913 г., 1917 г., 1940 г., 1970 г., 1990 г. или года рождения собственной персоны – 1967) не только субъективен, но внёс бы очень большую относительную погрешность в УЖ. Для его снижения следует для вычисления ХМ использовать много точек времени, например, все года, за которые есть данные, в пределах типичного (напр., векового) интервала; в этом случае, если взять N (например, 100) точек, относительная погрешность из-за стохастичности показателя уменьшится (грубо приблизительно) в N^1/2 раз (например, в 10), что сочтено вполне удовлетворительным. А именно, размерный показатель (его так называемый «временнОй вектор», т.е., показатель, упорядоченный по времени) нормировать на среднее значение его по интервалу времени, т.е. получать безразмерный показатель, относительно среднего значения его величин. Любопытно, что так нормированный показатель получался порядка единицы и за век менялся обычно не более чем в 2-3 раза, что практически удобно для восприятия человеком.
7. Следует использовать как можно более разнообразные и малозависимые друг от друга источники и усреднять их данные с весами доверия (например, равными), например, обнаружено, что по ряду показателей здоровья официальные данные Минздрава и Госкомстата могут расходиться на несколько % , данные по демографии в различных источниках также расходятся до 20% в интервале с 1870 по 1926 гг. (удовлетворительно согласуясь после 1926 г.), эти и иные (напр., экономические) данные в разных источниках могут различаться вследствие (не недобросовестности составителей, а вследствие) различных методик учёта, различия территорий учёта в периоды войн, различия момента учёта (начало года, конец года, в среднем за год). Также по возможности я отмечал величины разногласий источников по городу и деревне, по мужчинам и женщинам. Бывали значительны различия среднедушевых показателей по, условно говоря, «всей» (Империи, СССР, СНГ) и по только, условно говоря, «республике» (РСФСР, РФ). Для объективизированного подбора источников информации были использованы несколько сотен независимых субъектов – студентов ЮУрГУ в качестве упражнения по учебной программе в соответствии с государственными требованиями к их специальности. Заодно большое (обычно от 2-х до 5-ти, отдельные даже до 28-ми) количество источников ради каждого отдельного показателя позволило, во-первых, убедиться либо в близости и обоснованности разных методик учёта либо в резких (по наркомании – до 20 раз) расхождениях данных и сомнительности и тенденциозности некоторых методик и источников, во-вторых, оценить величины разногласий и погрешностей за каждый год интервала с данными.
8. В разных источниках указаны разные интервалы времён, частично перекрывающиеся, поэтому в Excel я для безошибочного вычисления усреднения с равными весами доверия по разноречивым источникам одного и того же показателя ввёл конструкцию вида =ЕСЛИ(СЧЁТ>0 ; СРЗНАЧ ; “”) , а для вычисления среднеквадратического отклонения =ЕСЛИ(СЧЁТ>1; СТАНДОТКЛОН ; “”).
9. Не по всем годам есть официальные или независимые данные. После наложения и сведения воедино даже многих источников обычно остаются «дыры»; это обычно времена войн, за редкими исключениями. Я избегал интерполяции данных, за исключением интерполяции численности населения по нескольким пропущенным в наборе источников годам без крупных социальных событий с плавным, медленным и монотонным поведением параметра, а также за 15-19 века, где редкость данных и несовпадение лет отсчётов разных показателей иначе создавали бы чрезвычайные трудности. Ещё раз подчеркну, что в годы войн или иных крупных социальных событий делать интерполяцию на основе граничных по времени данных нельзя, т.к. судя по имеющимся отдельным ежегодным показателям, в такие годы показатель может меняться скачкообразно в 2, 10 и более раз.
10. Абсолютным параметром оставлена только численность населения – отдельно «всё» (Империя, СССР, СНГ) и отдельно «республика» (РСФСР, РФ). Все остальные абсолютные параметры с размерностью, допустим, Z, сводились к относительному с размерностью «Z на душу населения».
11. Итак, все параметры на первом шаге обработки усреднялись по разным источникам, на втором шаге сводились к относительным, но размерным, а на третьем шаге обезразмеривались (в том числе и численность населения) путём нормировки на «средневековОе» (точнее говоря, на среднее по ТИ, см. выше) значение. Только теперь их можно сводить воедино (в частности, накладывать графики друг на друга), выполнять над ними арифметические операции, выдвигать и проверять гипотезы о корреляциях, регрессиях и т.д.
12. Затем был проведён социологический опрос, в ходе которого моё субъективное мнение о весах важности тех или иных как материальных, так и нематериальных жизненных благ (в том числе всех явно перечисленных в одной из статей Гражданского Кодекса РФ) было дополнено альтернативным, более объективизированным. Любопытно, что общий ход графика УЖ оказался впоследствии мало зависящим ото всех 3-х вариантов окончательного его формирования ,т.е. вариантов а) моё личное мнение, б) соцопрос, в) равные веса явно указанных в ГК РФ.
13. Затем на основе этих весов важности было построено два 2-3-ярусных подробных «дерева» важнейших благ и потребностей человека (как материальных, так и нематериальных), включающие несколько сотен показателей (конечных ветвей). Одно дерево – показатели, традиционно считающиеся хорошими, положительными, т.е. общезначимые блага, а другое дерево – показатели, традиционно считающиеся плохими, отрицательными, т.е. общезначимые беды. Я намерен подробно описать их позднее. На каждом ярусе показатели усреднялись с экспертными (см. пункт выше) весами важности и этот общий для них «тематический» результат передавался на ярус ближе к корню дерева. Затем процедура усреднения с весами повторялась уже для набора «тематических» результатов.
14. В почти итоге образованы 2 графика: более чем вековая динамика сводного, обобщённого безразмерного показателя «хороших, благ» и «плохих, бед». Никакого искусственного сглаживания не проводилось, т.к. оказалось, что при использовании около 200 показателей за век сглаживание произошло «естественным, статистическим» (см. центральную предельную теорему и теорему о дисперсии суммы и о дисперсии среднего случайных величин) путём. Чрезвычайно любопытно, что большинство показателей в оказались средне или даже сильно коррелированы между собой. Позитивные особенно – с отношением рождаемости к смертности, производством зерна, потреблением молока, а негативные – с потреблением спирта (в пересчёте из «напитков») и войнами (1-я мировая, гражданская 1918-1922, Отечественная, 1991–2004 гг.). Сводный позитивный показатель оказался обратно коррелирован с негативным, за исключением периода 1975–1990, когда наблюдался их приблизительно синхронный рост (т.е. положительная корреляция).
15. В окончательном итоге из этих 2-х графиков были получены 2 варианта графика УЖ: а) разность между «хорошим» и «плохим», б) «хорошее», поделённое на «плохое». Их внешний вид оказался похож (отличие – в основном лишь в смещении по вертикали), что легко объяснимо, см. первые 2 члена разложения логарифма величины порядка единицы в ряд Тейлора. Начат анализ этих графиков; уже обнаруженные результаты я намерен опубликовать чуть позднее.
16. Но уже сейчас есть смысл сказать, что важнейший из предварительных результатов анализа состоит в том, что в 1965–1989 гг. УЖ, который за послевоенные годы в 2-3 раза поднялся по сравнению с обычным 1890–1940 (и ещё больше от провалов 1891-1892 и 1914-1924 гг., а также 1941–1945 гг.) был в виде плавно меняющегося высокого «плато», причём максимум достигался в области 1976–1987 гг.  Начиная с 1991 г. идёт резкое (в 2-3 раза) падение УЖ до околовоенного уровня (1937–1950 гг.), на котором УЖ и остаётся приблизительно стационарным (как говорят в СМИ, «стабильным») уже более 12-ти последних лет, за исключением небольшого врЕменного подъёма в 1995-1997 гг. и резкого спада в 1998 г. Особые минимумы УЖ приходятся на 1916-1921, 1942-1944, 1992-1994 гг.
17. Ожидается, что по мере продолжения исследования, при увеличении количества разных учтённых показателей в 2-4 раза можно будет уменьшить статистическую погрешность УЖ (сейчас среднеквадратическое отклонение разных показателей от совокупного около 20-30%) в полтора–два раза (среднеквадратическое отклонение до 10-20% ). Пока что просматривается  (но не превышает одного среднеквадратического отклонения) предположительный абсолютный максимум в 1985–1987 гг.
Главной нерешённой проблемой в методике является тот известный факт, что распределение населения по доходам (и, значит, по потреблению аналогично, но слабее) в логарифмических координатах ныне обнаруживает убегающий вправо «хвост»  с доходами, в десятки-сотни тысяч раз превышающих средний. (Такое явление при СССР было на 3 порядка меньше и разделяло математическое ожидание и медиану распределения несущественно). Следовательно, медиана такого распределения лежит значительно левее среднего значения! Более того, ВВП перераспределяется, по известным оценкам, 11-15% в бюджет, около 15% в фонд зарплаты, остальное – дивиденды, прибыль по акциям и паям и вывоз капитала; при этом по данным переписи населения живут на дивиденды, ренту и т.п. лишь 0,2% населения. Таким образом, рассчитанный выше УЖ в последние 13 лет скорее уж завышен (и никак не занижен), т.е. если при расчёте УЖ вместо среднедушевых показателей использовать (более объективные) медианные (мне ни одного из таких общероссийских показателей из открытых источников не известно, возможно, что их расчёт официально даже не ведётся), то нынешний УЖ будет в действительности ещё хуже, чем рассчитанный выше.


Веретенникова Анна Александровна. Общественное мнение старшеклассников Челябинска о том, какие открытия и изобретения – наиважнейшие.
Мнение людей о науке, а также технике и других областях практики является важной ветвью общественных отношений; она касается даже национальной безопасности. Известна социальная проблема – антинаучные тенденции в обществе. Цель работы – выяснить причины этого. Задача «количественно и достоверно выяснить общественное мнение о разных отраслях науки и практики» является ныне очень актуальной.
В работе описаны методы, объект, предмет, база, данные и результаты анализа исследования по поставленной задаче. МЕТОДОВ использовалось 10: метод «массовых наблюдений – единовременный социологический опрос в форме анкетирования, со свободными ответами, не влияющий на общественное мнение»; я разработала анкету для него, собрала анкеты и обработала данные опроса; описан, возможно, новый метод «интегральной проекции всего общества на его малое подмножество», дающий при одинаковой трудоёмкости (объёме выборки) большую количественную точность (меньшую погрешность); метод «метрической шкалы с рангами», возможно, новый; метод «математической статистики – оценивание свойств генеральной совокупности по малой конечной выборке»; в том числе оценка математического ожидания баллов важности каждого из названных новшеств, среднеквадратического разброса мнений, среднеквадратической абсолютной и относительной погрешности; метод ранжирования (упорядочивания); метод построения графиков плотности вероятности распределения  баллов важности; метод фильтрации (на основании количественной меры погрешности – отбор достоверных и отбрасывание недостоверных результатов); метод группировки (по типу учебного заведения; по отраслям науки и практики) и сопоставления результатов, групп результатов, групп респондентов; метод корреляционного анализа; метод активного социологического эксперимента.
Раздала и получила с ответами 700 анкет, к настоящему времени расшифровала эти рукописи и занесла в электронную базу данных 300 анкет школьников и лицеистов, то есть обработала более 6000 слов (названий новшеств) и 6000 чисел. Это очень большой объём работы.
1. Я доказала корреляционным анализом сопоставимость групп респондентов «Ш» и «Л» по полу и возрасту (диаграммы 12,13).
2. Судя по профилям плотности распределения вероятности, лидирующий ранг новшества приблизительно соответствует единодушию мнений респондентов о нём.
3. Значительная часть новшеств-лидеров (диаграммы 4,5,6,7) была открыта или изобретена в России (Российской империи, СССР, РФ).
4. Метод группировки отдельных новшеств по отраслям (науки и практики) позволяет уменьшить субъективизм и относительную погрешность результата, дополнительно повысить точность; это происходит за счёт увеличения численности группы и по законам математической статистики уменьшения относительной погрешности, а именно, обратно пропорционально корню квадратному из количества ответов (но не баллов!). В результате все отраслевые группы дали достоверный результат (в отличие от новшеств по отдельности, у которых более половины из названных были отброшены из-за высокой статистической погрешности).
5. В результатах, сгруппированных по отраслям науки (диаграммы 8,9), лидируют естественные науки (95%), прежде всего ФИЗИКА (30-40%), прежде всего открытия из электричества и магнетизма. Коэффициент корреляции между количеством открытий и суммой их баллов от 0,92 («Л») до 0,99 («Ш») – сильная прямая корреляция, почти функциональная зависимость. Значит, о мнении опрошенных об открытиях можно судить как по баллам важности, так и просто по упоминаниям.
6. В результатах, сгруппированных по отраслям практики (диаграммы 10,11), лидирует группа «ИНФОРМАТИКА И СВЯЗЬ» (более 30% баллов). Коэффициент корреляции между количеством изобретений и суммой баллов изобретений от 0,32 (лицеи) до 0,48 (средние школы) – средняя прямая корреляция. Значит, мнение об изобретениях обязательно нуждается в учёте баллов важности, а не просто в подсчёте упоминаний!
7. Я доказала, что Группы «Лицеи» и «Школы» сопоставимы друг с другом по половым и возрастным характеристикам (диаграммы 12,13), причём по половым характеристикам сопоставимы с обществом в целом. «Лицеи» назвали больше разнообразных новшеств, чем «Школы». Корреляция между ответами школ и лицеев по средним баллам «по отдельности» открытий 0,27 (слабая), «по отдельности» изобретений  0,92 (сильная); по суммарным баллам отраслей науки 0,94 (сильная), отраслей практики  0,99 (почти функциональная !!!). Во-первых, мнение и об отраслях науки, и об отраслях практики однородно в разных группах «Л+Ш», во-вторых, мнение об изобретениях, учтённых «по отдельности», однородно в «Л+Ш», но мнение об открытиях, учтённых «по отдельности», в разных группах существенно различное.
8. В качестве «побочного результата», который сам по себе заслуживает быть отдельной работой, получено распределение респондентов по областям их интересов (диаграмма 14). Львиная доля названных – искусство, спорт, программирование и филология. А физика, обществоведение, другие естественные, техника, экономика среди аутсайдеров. Оно противоположно мнению выборки об их важности, корреляция обратная. Поэтому важный методический вывод: нельзя судить о мнении исследованной выборки респондентов на основании области их интересов: результат был бы ошибочным.
9. Сопоставлены оцененные по выборке общественное мнение респондентов – с личным мнением автора, с личным мнение её матери (филолога-лингвиста) и с личным мнением руководителя (специалиста в области физико-математических наук и специальной техники.
Респонденты в среднем не понимают исключительно высокую важность математики в культуре общества, очевидную даже для высокопрофессионального филолога-лингвиста и девятиклассницы лицея. Апостериорная гипотеза: возможно, это потому, что в математике важно всё. Трудно отделить важное от второстепенного. Обычно чем фундаментальнее математический закон, тем дальше он от практики, а чем мельче и проще – тем он ближе к практике.
В гуманитарных отраслях действительно пока ещё мало важных открытий и изобретений, что подтверждается итогами контрольного эксперимента над живым гуманитарием, кандидатом социологических наук; или респонденты не понимают их важность, что менее вероятно; причина такого непонимания – не «засилье физики», а, предположительно, то, что сами гуманитарии знают о важнейших открытиях в области гуманитарных наук меньше, чем «физики», не видя за отдельными деревьями леса в целом, а если и видят, то не могут об этом рассказать учащимся школ России.
Респонденты в среднем не понимают очевидную даже филологу-лингвисту и девятикласснице важность технологии, энергетики, сельского хозяйства, биологических и медицинских технологий, обороны. Очевидно, что они не умеют отличить «ключевое» открытие или изобретение от «часто используемого в быту».
10. Предварительная (до начала исследования) гипотеза была такая: положительное отношение общества к чему-либо обычно улучшает объективное положение этого, а отрицательное – ухудшает; но она оказалась, в значительной части своей, опровергнутой результатами исследования: последовали неожиданные заранее выводы, потому что общество в целом – не тождественно своей какой бы то ни было части (в том числе и государству): иногда государство поступает в соответствии с мнением и интересами общества в целом, а иногда – против. Иногда это хорошо, но иногда это плохо.
11. По ходу анализа были выдвинуты апостериорные (новые, этапные) гипотезы, которые стали подтверждены либо опровергнуты полностью или в основном, или предложены способы их экспериментальной проверки или опровержения: Якобы естественно-научные интересы или школы респондентов – опровергнута; Якобы засилье естественно-научного в школе и СМИ – опровергнута; Якобы наводящая на преимущественно естественно-научные мысли формулировка вопросов анкеты, либо, что то же самое, респонденты не догадались назвать гуманитарные новшества – поставлена под сомнение экспериментом над профессором-гуманитарием с прямой подсказкой, может быть опровергнута дополнительной выборкой с «гуманитарной подсказкой»; В математике трудно отделить ключевые открытия от второстепенных – подтвердилась; Неправильные государственные требования, стандарты и программы преподавания в области гуманитарных наук – не исключена;  Солидарность учащихся лицеев – не исключена, но требует дополнительного исследования.
12. Именно к тому, к чему респонденты относятся «хорошо» (лидеры опроса), правительство РФ относится весьма странно: отрасли науки – сокращают в учебных часах в школах РФ, отрасли практики – передают в частные зарубежные руки. Или СМИ, стихийная мода и реклама пропагандируют только те отрасли, которые уже практически полностью переданы в частные руки, преимущественно иностранные. 
13. Выдвинуты рекомендации государству, министерству образования, Правительству, Президенту, Законодателям и всему Народу России.
1) Нельзя по указке (некомпетентного и безответственного) общественного мнения строить «техническую (да и, пожалуй, научную) политику» государства (как органа того же общества, пытающегося быть компетентным, но, увы, бывающего и глупым, и безответственным, и бесчестным), и общество должно понять сей прискорбный факт.
2) Лучше было бы математику изучать с самого раннего детства, как увлекательную игру, тогда на её изучение можно будет занять много лет, всё хорошо уложится в мыслях и в чувствах, она станет привычной и легко понимаемой. Математика – самая идеальная область деятельности человека, высший и вечный вид искусства.
3) Нельзя изучать иностранный язык, не начав как следует изучать родной.
4) Нельзя изучать экономику и обществоведение, не начав как следует изучать математику, в том числе логику, естественные науки, психологию и историю.
5) Кампания последних 20-ти лет по гуманитаризации образования, выдаваемая за гуманизацию, принесла больше вредных плодов, чем полезных. Люди не стали гуманнее, скорее наоборот; – а вследствие этой кампании естественные науки и разработчики новой техники попали в тяжелейшее условия из-за пренебрежительного либо резко отрицательного отношения к ним и плодам их трудов, вызванного антинаучной кампанией в СМИ и официальной практической политике.
6) Для того, чтобы осознать важность какого-либо научного открытия, изобретения, общественного блага, представим себе, что сейчас мы вдруг лишились его, и попытаемся оценить последствия.
Материалы данной работы могут быть использованы учителями образовательных учреждений, прежде всего – истории, обществоведения, естественных наук, а также в учреждениях системы повышения квалификации работников образования, Академией Педагогических Наук, другими заинтересованными лицами, – социологами, политологами, – вплоть до высшего руководства России.
Остальные 400 респондентов, сдавших анкеты, – взрослые и студенты, – будут предметом моего исследования в перспективе, в выпускных классах Физико-математического лицея №31 г.Челябинска. Также в перспективе – анализ областей их интересов. Также в перспективе – исследование открытого нами «уточнённого закона Миллера» из области психологии. Новая формулировка должна быть такой: «Обычно человек способен одновременно выполнять лишь одну сложную умственную операцию, в которой способность обрабатывать однопорядковые элементы, хотя и не имеет верхней границы, но экспоненциально быстро падает, причём в е раз на каждые Бета = 7 плюс-минус 2 шагов вниз по рангу (т.е. с увеличением порядкового номера)».
Научн.рук. – Горшков А.В.


2006


Саяпин Михаил Максимович. Анализ взаимосвязи между среднедушевым регистрируемым потреблением спирта и убийствами и иными видами преступлений.
Проблема: В любом обществе преступность и алкоголизм, являясь негативным явлением, всегда подвержены воздействию множества факторов как объективного, так и субъективного свойства и развиваются согласно объективным закономерностям. Преступность и алкоголизм – уже не пассивные объекты государственно-правового воздействия, но активные субъекты противостояния правопорядку и обществу в целом. В основном здесь важную роль играют объективные закономерности.
Гипотеза: По моему мнению, при всей сложности ситуации в России резервы успешной борьбы с преступностью и алкоголизмом все-таки есть. Есть научные разработки и рекомендации по нейтрализации отдельных видов преступлений и алкоголизма. Нужно главное — руководству страны следует повернуться лицом к нарастающей и достигшей опасной черты проблеме борьбы с преступностью и алкоголизмом, а также с их последствиями. Необходимо обратить внимание на то, что происходит в нашей стране, я попытаюсь сделать это, проведя маленькую работу по оцифровке нескольких графиков, и предоставлю вам все данные о потреблении спирта и преступности.
Цель: Найти количественную взаимосвязь между потреблением спирта и преступлениями. Установить зависимость между преступлениями, количеством потребления спирта на душу населения, количеством осужденных на 100 тыс. человек, алкогольным психозом и количеством убийств на количество людей нашей страны.               
Задачи: Проанализировать, статистические даны по потреблению спирта и преступности, а также высчитать коэффициент корреляции и коэффициент регрессии различных показателей преступности на различное потребление спирта на душу населения. Произвести необходимые расчеты по данным, оцифровать графики. Найти соотношение преступности к алкоголизму, установить зависимость роста преступности от потребления спиртосодержащих веществ. Доказать цифрами, что потребление алкоголя очень сильно вредит нашей стране и обществу в целом.
                Методы:
1) Чтобы ответить на все интересующие меня вопросы, я оцифровал несколько графиков таких, как “Количество потребления спирта на душу населения”, “ Процент преступления на душу населения”, “ Количество осужденных на 100 тыс. человек”, “ Убийства на 100 тыс. человек”. 2) Воспользовался такими функциями как КОРРЕЛ, НАКЛОН, ПРОГРЕССИЯ, СРЗНАЧ, Среднее Математическое.
3) Я, для того чтобы справиться со всеми необходимыми задачами, использовал данные по оцифрованным данным в сравнительных целях, это помогло мне прийти к полученным мною результатам, а также к зависимости между этими графиками, установленной мною.
4) Также я воспользовался графиками из базы данных А.В.Горшкова “Наша страна в 20 веке”.
Выводы: Исследования преступности и потребления спирта, особенно их динамики на стыке 19-20 и 20-21 вв. в России, показывают и выявляют определенные тенденции, закономерности, некоторые отклонения от них. В целом преступность и потребление спирта во  второй половине 19 и 20 в. имеют общие и отличительные характеристики. Что касается общих черт, то на фоне различных факторов преступность и потребление спиртовой продукции возрастали постоянно. Но темпы прироста их были всегда намного ниже темпов прироста населения, хотя в отдельные годы второй половины 20 в. они превышала темпы прироста населения, а в некоторые годы их прирост отсутствовал. Как правило, рост преступности и потребления спирта сопровождался постоянным колебанием ряда их показателей: либо увеличением темпов их роста, либо приостановлением, а нередко и снижением активности на короткий промежуток времени. Коэффициенты корреляции спирта к преступности  менее чем 0,22, что позволяет предполагать, что в основном преступления происходят в трезвом состоянии, нежели чем в состоянии алкогольного опьянения. Коэффициент регрессии спирта к преступности равен 0,006, что опять-таки показывает, что преступления совершаются в трезвом состоянии. При потреблении 10 л на душу  количество убийств на 100 тыс человек равно 19 смертям, количество убийств на душу населения в год равно 2850 смертям, количество преступлений в год на душу равно 25500, количество осужденных равно 22500 человек на душу в год, количество белой горячки из-за потребления спирта равно 21000 на душу в год. Также я вижу, что проявление белой горячки в год на 100 тыс человек равно 126 случаям, 189000 случаев проявления белой горячки из-за спирта в год, 214500 случаев проявления белой горячки из-за взаимодействия спирта с преступностью, 231000 случаев проявления белой среди преступников потребляющих спирт. Еще вот что интересно, из-за потребления на одного человека 10 л в год спирта установлено, что происходит: 582 случая становления преступником на 100 тыс населения в год из-за потребления  спирта, 873000 случая становления преступником на душу населения в год, 778500 людей потребляющих спирт становятся преступниками из-за совершения преступлений разной тяжести.   Примечание: если бы потребление алкоголя в России снизилось, тогда в России бы совершалось на 25500 преступлений, меньше было бы преступников на 22500 человек, было бы меньше случаев проявления белой горячки на 21000 случай.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2006–2007


Болгарев Дмитрий Андреевич. Анализ взаимосвязи между среднедушевым регистрируемым потреблением спирта и смертностью.
Область:
Работа относится к области социологии.
Введение:
На сегодняшний день в нашей стране наиболее проблемной является ситуация потребления алкоголя среди населения, и болезней возникающие от алкогольной зависимости.
Цель работы:
Найти количественную взаимосвязь между потреблением спирта на душу населения и болезнями связанными лишь с употреблением спирта.
Задачи:
Обратить внимание на влияние алкоголя на человеческое здоровье.
Гипотеза:
По-моему потребление алкоголя наносит большой вред населению России. Очень высокая смертность, может быть, наносит большой материальный вред экономике и демографии.
Методы:
Чтобы создать эту работу я воспользовался графиками из базы данных А.В, Горшкова «Наша страна в XX веке».
Я использовал Функциями НАКЛОН, КОРРЕЛ и высчитал СРЗНАЧ:
; Функцию СРЗНАЧ, для того чтобы посчитать среднее значение разных смертей в год из-за потребления алкоголя.
; Функцию КОРРЕЛ, для того чтобы посчитать коэффициент корреляции потребления алкоголя с разными показателями.
; Функцию НАКЛОН, для того чтобы посчитать коэффициент регрессии потреблением алкоголя с разными показателями.
; Таким образом я доказал что алкоголь влияет на здоровье человека и порой приводит к смерти. Я выяснил, что ежегодно от алкоголя умирает примерно 555 тыс. человек
; тем самым, обеспечивая 23% всех смертей
; и если потреблять не 10 л. (на человека в год), то возможно население возрастет, а рождаемость превысит смертность.
; Так как на человека ВВП в месяц приходится около 30 тыс. руб., а за 35 лет это сумма уже составляет 12,6 млн. Следовательно, алкоголь наносит ущерб в 7000 млрд. руб.
; когда доход от алкоголя (литра водки на сумму 200 руб.) составляет 300 млрд., что один лишь материальный ущерб только от смертности от ухудшения здоровья, которое следует за употреблением алкоголя, в 23 раза превосходит доход от торговли алкоголем.
Пропаганда алкоголя – это преступление.
Полусухой закон намного полезнее чем то, что мы наблюдаем сегодня.
Табл.1, Рис.1, Рис.2.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Варламова Вероника Анатольевна. Исследование мнения учащейся молодёжи г. Челябинска и непосредственно сотрудничающих с ней взрослых о том, какие жизненные проблемы наиболее значимы для становления личности и определения уровня и направления её дальнейшего развития.
Работа относится к области социологии.
 Общественная проблема: В общественной жизни до сих пор существуют отрицательные, опасные явления и до сих пор не решённые задачи по их устранению. Молодёжь – часть общества. В частности, пока ещё не всем ясно, осознаёт ли общество в целом, и особенно молодёжь, угрозы их будущему, происходящие из нерешённости этих проблем. Но какие они, какова степень их значимости – объективная (к ней, предположительно, близка оценка специалистами) и субъективная (по мнению самой молодёжи) оценка этой степени?
Цель работы: Выяснить, каково мнение учащейся молодёжи города Челябинска и непосредственно взаимодействующих с ней взрослых о перечне и степени важности проблем, встающих перед современным обществом и о том, какие из них следует устранить в настоящее время в первую очередь.
Задача: Узнать перечень и ранг по важности наиболее актуальных проблем в жизни общества, в том числе молодежи, по мнению учащейся молодёжи города Челябинска и наиболее часто и близко взаимодействующих с ней взрослых методом социологического опроса со свободным ответом в «пилотном» варианте и статистического анализа.
Методы:
1. Массовые наблюдения (социологический опрос конечной выборки с открытым ответом, т.е. с анкетами такого типа, чтобы формулировки её вопросов не наталкивали опрашиваемого на заранее заданные ответы);
2. Единовременный опрос (т.е. за промежуток времени много меньший чем время, за которое мнение респондента успело бы измениться);
3. Математическая статистика, в том числе дисперсионный анализ и корреляционный анализ;
4. Метод группировки;
5. Метод сопоставления;
6. Метод ранговой шкалы;
7. Метод метрической ранговой шкалы.
Выводы:  Проведён социологический опрос с открытой анкетой о том, какие проблемы наиболее сильно ныне влияют на становление личности человека и уровень его будущей жизни. Было опрошено 21 человек, по 10 ответов от каждого, с ранговой метрической шкалой.
Ответы респондентов записаны в базу данных, систематизированы по наименованиям проблем. Рассчитаны средние баллы важности, среднеквадратическое отклонение, вариация. Проблемы проранжи¬рованы по убыванию среднего балла важности и отобраны верхние в совокупности с критерием невысокой вариации.
Лидеры опроса:
А. Наркомания
Б. Алкоголизм
В. Национализм и конфликты, возникающие на основе национальной розни, религиозной принадлежности, различного уровня и метода воспитания, способностей, предрассудков, а также ограничение свобод подростков со стороны окружающих
Г. Экономический кризис, распад с/х, понижение среднего уровня жизни
Д. СПИД и высокая заболеваемость, широкое распространение болезней, передающихся половым путём, не гигиеничность
Е. Деморализация общества, снижение моральных общественных норм, стандартов поведения, деградация нации
Ж. Терроризм
З. Экологические проблемы
И. Бездомные, нищенство, безработица
К. Несовершенство политической системы государства, особенно в области образования и здравоохранения
Л. Криминальный беспредел, коррупция на государственном уровне.
Явное количественное преобладание нематериальных проблем (связанных со здоровьем, достоинством, моралью, безопасностью, политическими обстоятельствами) над материальными, разумеется, не означает ещё указания на причинно-следственную связь между ними.
Наблюдается значительная корреляция ответов с пропагандой СМИ, особенно явно это заметно по пункту «терроризм».
Тем не менее, вопреки СМИ, назойливая реклама названа хоть и не важнейшей, но достоверной проблемой.
В итоге, проанализировав полученные результаты соц.опроса по 21 анкете, можно с уверенностью сказать, что мнение учащейся молодёжи г. Челябинска о поставленном вопросе тесно связано с объектами внимания СМИ, с осведомлённостью респондентов о современной общественной и политической жизни города и страны. Среди наиболее важных проблем указаны проблемы, связанные с законодательством и реальным исполнением законов РФ. Проблемы, связанные со здоровьем и различными зависимостями, проблемы морально-культурного упадка общества и стандартов поведения.
Таким образом, можно сформировать некоторые пожелания (рекомендации) по поводу решения данных проблем: снижать уровень коррупции, главным образом государственной и политической; реально, а не номинально совершенствовать законодательство РФ (более ориентируясь на жизнь среднего гражданина России и реальную ситуацию с исполнением законов), продолжать борьбу с наркоманией, особенно у подростков, и алкоголизмом, поднимать культуру и идейно-моральные ценности общества.. А всем абсолютно гражданам г. Челябинска и России в целом главный совет от меня: будьте внимательней друг к другу, не унижайте других, дружите с людьми.
Рис.1.
Научн. рук. – Горшков А.В.


2006–2008


Антонова Ирина. Срез общественного мнения о перечне личностей, принёсших наибольший вред народу России (Империи, Союза, Федерации).
Проблема: Неизвестно, как формируется мнение общества о тех или иных группах людей. Может быть, ценность человека для общества – категория не объективная, а субъективная? Может быть, оно искажено недоразумением или злонамеренным влиянием заинтересованных в этом субъектов?
Цель: Выяснить взаимосвязь отношения общества к той или иной группе общества с отношением человека к отдельным представителям такой группы на примере так называемых злодеев, то есть личностей, к которым народ относится резко отрицательно.
Задачи:
1) Выяснить распределение мнений старшеклассников (и других возрастных категорий) города Челябинска о том, какие личности (за всю историю человечества) сотворили наибольшее злодеяние народу нашей страны, принесли страдания, невзгоды.
2) Выявить среди этих личностей тех, кого оценивают однозначно отрицательно и тех, о ком суждения резко противоречивы.
3) Проанализировать возможные причины такого отношения опрошенного подмножества общества  к этим личностям – как адекватного, так и неадекватного.
4) Рекомендовать исправления и уточнения в учебные программы (и СМИ) по разным общеиспользуемым программам, данным. По естественным наукам, которые позволили бы подрастающему поколению России воспринимать личностей более адекватно.
Проведен социологический опрос на тему: общественное мнение о личностях «всех времен и народов», как принёсших наибольший вред народу России (Империи, Союза, Федерации).  Обработано: 21 анкета. Названо: 66 личностей с баллами злодейства.
При наличии анкет я заполнила таблицу, вписав в неё личностей, которых опрошенные считают «злодеями». Затем я произвела математическую  обработку: вычисление средних, стандартных отклонений, оценку погрешности среднего, ранжирование,  отбор достоверных, группировку и визуализацию.
Лидеры по признакам «средний балл злодейства»: Гитлер (8,2), Сталин (5,5), Ельцин (4,8), Чингисхан (2.5), Буш (2,1), Наполеон (2,0), Бен Ладен (1,8), Берия (1,7), Ленин (1,7), Горбачёв (1,6), Иван Грозный (1,4), Чубайс (1,2), Батый (1,2), (в порядке убывания).  В работе приведены их краткие биографии.
Рис.1.
Лидирующими профессиональными группами «злодеев» оказались политики, правители, торговцы, купцы. Проанализированы объективные причины отношения общества к различным профессиональным группам личностей.
Наглядно видно, что народ формирует своё мнение близким к объективному и моему собственному лишь о тех группах людей, с кем общается повседневно, причём непосредственно. А самое необъективное мнение формируется у народа о тех, с кем народ почти не общается (в таких случаях мнение формируют СМИ).
Рис.2.
Сравнение с другой работой – о самых полезных личностях, выполненной моим коллегой по работе – показало, что отношение народа к тем, или иным группам общества весьма противоречиво. Некоторых личностей отнесли как к «злодеям», так и к «гениям», например, Путина, Ельцина, Петра I-ого, Ленина, Сталина и Екатерину II-ую. Это не только не противоречит моему выводу, а даже доказывает то, что мнение людей (в том числе и избирателей) о личностях, с которыми они не общаются непосредственно, формируется благодаря средствам массовой информации, часто вопреки объективным фактам.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Климин Данил. Исследование общественного мнения о личностях,  принёсших наибольшую пользу народу России (Империи, Союза, Федерации).
Проблема: ценность человека для общества – категория не объективная, а субъективная?
Цель: выяснить взаимосвязь отношения общества к той или иной группе общества с отношением человека к отдельным представителям такой группы.
Задачи:
1. выяснить распределение мнений старшеклассников (и других возрастных категорий) города Челябинска о том, какие личности (за всю историю человечества) принесли наибольшую пользу народу нашей страны.
2. Выявить среди этих личностей тех, кого оценивают однозначно положительно и тех, о ком суждения резко противоречивы.
3. Проанализировать возможные причины такого отношения опрошенного подмножества общества  к этим личностям – как адекватного, так и неадекватного.
Проведён социологический опрос на тему: общественное мнение о личностях «всех времен и народов», как принёсших наибольшую пользу народу России (Империи, Союза, Федерации).
Обработано: 24 анкеты. Названо: 92 личности. Произведена математическая обработка, ранжирование, группировка, визуализация. Лидеры по признакам «средний балл важности»: Петр I (6.29), Ломоносов (3.68), Пушкин (2.83), Путин (2.75 ), Ленин (2.17), Гагарин (2.17), Менделеев (1.88), Жуков (1.71), Александр II (1.67), Кутузов (1.63), Ельцин (1.38). 
Школьники называли больше полезных людей, чем студенты.
Рис.1.
Лидирующие профессиональные группы: преобладают политики, ученые, инженеры, деятели искусства, военные.
Аутсайдеры опроса: спортсмены, врачи, бизнесмены.
Первоначальная априорная гипотеза о том, что мнения общества складываются только от влияния СМИ, оказалась неверна.
В СМИ чаще всего упоминают бизнесменов, торговцев, спортсменов, но общество решает, что их полезность для народа сводится к нулю; но всё же называют политиков и правителей. А учёных и инженеров же в СМИ упоминают мало, но респонденты склоняются к очень положительному отношению к ним; но всё же мало ценят врачей. Учтем, что в школьных учебниках довольно часто и ярко упоминают ученых и инженеров.
Учителя хоть и вносят огромный вклад в развитие личности, за них никто не голосует в опросе, потому что иногда в СМИ их упоминают резко отрицательно (например юмористические программы). Учителя сами себя в учебниках не хвалят.
Отношение к военным среднее, так же средне упоминают их в СМИ.
Люди ярко высказывают мнение, в некотором выборе непосредственно подвергаются влиянию СМИ, хотя есть гипотеза, что и влияние СМИ совпадает с мнением общества; в других случаях Оно, не смотря на чужие суждения, целенаправленно выделяет некоторые профессиональные группы, то есть частично проявляет способность выбирать.
Рис.2.
ГЛАВНЫЙ ВЫВОД: Влияние СМИ на политические предпочтения сильно, но не всесильно. Как ни стараются СМИ опорочить мнение общества об инженерах, учёных и военных, люди по своему жизненному опыту, противодействуют такому влиянию СМИ, имеют об этих социальных группах хорошее мнение. Однако СМИ удаётся опорочить мнение о врачах, потому что люди общаются с ними, только когда им плохо. Как ни стараются СМИ создать хорошее мнение о бизнесменах, люди по своему жизненному опыту, противодействуют такому влиянию СМИ, имеют об этих социальных группах плохое мнение. Однако СМИ удаётся создать хорошее мнение о политиках и правителях, иногда неоправданное.
Полезность работы: Рекомендовать исправления и уточнения в учебные программы (и СМИ) по истории, политологии, социологии, экономике, культурологии, этике, литературе, и по естественным наукам, которые позволили бы подрастающему поколению России воспринимать выдающихся личностей более адекватно.
Научн.рук. – Горшков А.В.


Гливенко А.В., Горшков А.В. Взаимосвязь подушевого производства и потребления зерна с природными и общественными явлениями на протяжении ХХ века.
Работа относится к области макроэкономики и госуправления. Производство зерна – стратегическая, ключевая отрасль экономики России. Цель: выяснить закономерности производства и потребления основного продукта питания – хлеба и обнаружить зависимости с известными природными и общественными явлениями. Актуальна задача: немедленно предложить рекомендации правительству по экономической политике в сельском хозяйстве, а также в экспорте и импорте различных видов продовольствия. Объект: подушевые статистические показатели производства и потребления зерна и др. основных видов продовольствия, также рождаемости, естественного прироста и отношения рождаемости к смертности; смертности, преступность на душу населения; с основными историческими событиями.
Научная новизна:
• Впервые обнаружена обратная корелляция между подушевым производством зерна и подушевой преступностью в России. Вгоды устойчивого роста производства зерна на душу населения преступность устойчиво падает. Автор предполагает, что аналогичная взаимосвязь может быть обнаружена и в других странах.
• Впервые  обнаружено, что благоприятные демографические показатели максимальны в годы устойчивого роста подушевого производства зерна.
• Предположительно, впервые обнаружено в поведении подушевого производства зерновых как основного в России продукта питания и корма для скота и птицы долгосрочные закономерности такие же, что и в производстве мяса, молока, масла животного, яиц.
• Впервые обнаружено, что теория П.Сорокина применима лишь ограниченно: лишь в условиях капиталистических экономических отношений и морали.
• Впервые показално, что теория Бюхера, даже в своих первоосновах, в культурно-этическом пространстве России заведомо неверна.
1. Проанализирована количественная взаимосвязь между сбором зерновых в России (Империя, СССР, РСФСР, РФ) на душу населения не только с подушевым производством и потреблением других основных продуктов питания, но и с основными общественно-политическими событиями и природными явлениями (катастрофическими изменениями погоды и т.п.), а также с демографическими показателями и криминальными явлениями. Были использованы статистические данные за всё протяжение ХХ века, захватывая часть 19-го и начало 21-го веков, учебники, спец.литература по истории.
2. По сравнению со средними 550 кг зерна на душу в год на протяжении 19-го и 20-го вв. резко выделяются: относительное благополучие середины 19-го века; с началом развития капитализма в России возникает парадоксальное явление – региональные «спекулятивные голоды» при наличии урожая и запасов продовольствия в  продовольствия в частных руках перекупщиков; страшный неурожай и голод 1892-1893гг. (на душу приходилось по 140 кг зерна), неурожай 1911 г, урожай 1913 г. (когда производство зерна составляло 570 кг на человека) В годы I-й мировой войны, гражданской войны и иностранной интервенции 1914-1924 гг. – стойкое падение этих показателей подушевого потребления в 1,5..2 раза (около 400 кг).
3. С 1925 по 1934 г. – восстановление до довоенного, причём региональный голод начала 20-х и начала 30-х гг. был вызван не общим неурожаем в стране (около 450 кг на душу населения), а неудовлетворительным состоянием транспортной системы, а также неудовлетворительной системой приобретения продовольствия у непосредственных производителей.
4. В 1935-1940 гг. развитие колхозно-совхозной системы, индустриализация, развитие грузовой транспортной системы коррелируют с увеличением среднего уровня сбора зерновых с 70 до 90 млн.т., производительность труда в с/х значительно выросла. На 1940 приходится 500 кг на душу насел/год. Есть положительная причинно-следственная обратная связь.
5. В годы войны, особенно 1942-1944, уровень подушевого потребления всех видов продовольствия резко (в 2 раза) упал и стал составлять в среднем 250 кг на душу. После войны – восстановление уровня.
6. В 1969-1990гг. продовольственные показатели стойко возрастают до рекордных, максимальных  за всю историю России величин. Невзирая на природные катастрофы (засухи, пожары, дожди, холода), организована хорошая работа сельскохозяйственной и транспортно-распределительной системы (в среднем 750 кг на человека). Эти годы max благополучия.
7. Наличие в составе СССР крупных регионов с резко различной погодой позволяет сглаживать по вероятности случайные колебания сбора урожая. Часто бывало так, что неурожай в РСФСР компенсировался урожаем на Украине, а неурожай на Украине – урожаем в РСФСР. Дробление СССР на «независимые государства» ухудшило продовольственное положение, как РФ, так и Украины. В том числе увеличило вариацию сбора урожая до катастрофически большого размаха.
8. В периоды стойкого повышения продовольственных показателей демографические показатели – естественный прирост населения и отношение рождаемость/смертность – стойко улучшаются. Например, в социально-оптимистичные 1947–1967 гг. «рождаемость/смертность» выросло до рекордных 3,3.
9. Прекращение стойкого роста («застой») продовольственных показателей даёт уменьшение отношения «рождаемость/смертность» до обычного (как в спокойные годы 19-го века, и 1925–1940, в 1960–1987) уровня 1,5.
10. В периоды стойкого падения подушевого потребления продовольствия (1914-1921,1942-1944,1991-2005) отношение «рождаемость/смертность» стойко падает до рекордно низкой 0,6 величины, такое было в годы разве что войны.
11. В поведении подушевого производства зерновых как основного в России продукта питания и корма для скота и птицы наблюдаются долгосрочные закономерности такие же, что и в производстве мяса, молока, масла животного, яиц.
12. В природных условиях России наилучшие показатели достигались в max благополучные годы 1969–1990, при централизованном директивном планировании, снабжении, закупе, перевозке, хранении, распределении.
13. Одной из главных причин НАСТУПЛЕНИЯ голода являлось не всеобщее отсутствие продовольствия в стране, а неспособность правительства маневрировать запасами продовольствия иногда даже в пределах одной губернии. А ведь вывоз сельхозпродуктов из регионов и стран, где наблюдается их острая нехватка и даже хронический голод, — это не аномалия, а общее правило. Оказывается, в годы самых свирепых голодовок Россия продолжала продавать хлеб за границу миллионами пудов. Вообще, исследования голода в разных районах мира выявило интересную закономерность. Очень часто голод может быть вызван не отсутствием продовольствия как такового, а отсутствием дохода и покупательной способности, поскольку в рыночной экономике лишь доход дает право на получение продовольствия. Эту особенность мы и наблюдаем в наше время. Цитата: «Вывоз продовольствия из пораженных голодом районов — “естественная” характеристика рынка, который признает экономические права, а не нужды».
14. Переход к свободно-рыночным отношениям в сельском хозяйстве, после «инерционного» продолжения социалистического периода 1987-1990 г., к капиталистическим с 1991 по 2006 г. характерен длительным и глубоким спадом всех важных показателей производства и потребления продуктов питания (кроме картофеля и овощей), стойким ухудшением здоровья, ростом преступности, падением рождаемости и ростом смертности.
15. В погодных и пространственных условиях России (Империи, СССР, РФ) исторически opt по основным продовольственным показателям были годы 1965-1997; стратегический характер этих показателей, связанных с демографическими, здоровьем и безопасностью, требует возвращения к централизованному государственному регулированию отношений в этой сфере производства и распределения, в интересах общества в целом , т.е. социалистическому. Введение рыночных отношений в сфере производства зерновых оказалось губительным экспериментом, который необходимо прекратить.
16. При капитализме даже в странах с заведомо благоприятным сельхозклиматом (Зап.Европа, юго-восток Канады, северо-восток США) изредка бывают годы с крайне неблагоприятной погодой (указаны в работе), и тогда там наступает катастрофический неурожай и массовый голод. Т.е., голод не является особенностью лишь слаборазвитых или резко континентальных стран, а является спутником эгоистического сообщества (капитализм) и экономики с неразвитыми транспортными связями (как в СССР в 20-е – 30-е гг.).
17. Ныне в РФ одновременно сочетаются ВСЕ неблагоприятные факторы – и резко континентальный климат, и капитализм, пропаганда эгоизма, разрушение матер. базы сельского хозяйства, т.е. явная угроза безопасности.
18. Следовательно, целевой функцией сельского хозяйства должно быть вовсе не заработок инвалюты на мировом рынке и не натуральный объём экспорта, а натуральный объём потреблённого народом России (в пределах медицинских норм) продовольствия.
19. Теория Сорокина «пищетаксис как движущая сила истории» в общем случае неверна. Для него главной и даже единственной причиной социальных изменений выступал животно-биологический фактор — количество и качество питания. Мол, народ – «голодное стадо», неспособное на предвидение, планирование и соместное действие, отличное от поведения толпы.
Есть не только эта зависимость. Социальные изменения могут поднять дух народа,  поэтому он будет лучше трудиться, так возникает положительная обратная связь через материальное и духовное. 1) Сорокин мнит общество неразумным – представляющим собой сумму индивидуумов, а его поведение реакционным, считая, что народ может думать лишь на один шаг вперёд. На самом же деле, общество способно исправлять ошибочное мнения индивидуумов, может с некоторой вероятностью предвидеть будущее, откладывать спрос, планировать и добиваться лучших результатах, чем при безмозглых поведенческих реакциях. 2) по Сорокину нет положительных обратных связей материальное/духовное. Но что мы видим на самом деле? Яркий пример такой обратной связи ¬– оптимистические настроения народа в 1926-1930, 1938-1940, а особенно в 1946-1960 – послевоенные годы, когда наблюдался резкий прирост производства зерна на душу населения, но при этом абсолютное количество зерна на душу населения оставалась приблизительно на среднем уровне. Это противоречит теории Сорокина, у него бы этот рост остановился около 60-го года, достигнув среднего показателя на душу. В-третьих, Сорокин не заметил и отрицательной обратной связи между материальным/духовным.  Когда потребление возрастает настолько, что потребности становятся просто выше возможностей, начинается моральное разложение общества. Дело в том, что, когда возрастает потребление, возрастают и потребности. Если верить Сорокину, то высокий уровень потребления и производства в 60-80-е годы должен был приводить к безусловной поддержке населения, но видим мы иное. Постоянный высокий (а не систематический рост) потребления при пренебрежении моральной составляющей благосостояния приводит к падению морального уровня общества, а затем, поскольку существует положительная обратная связь, к падению и материального. Итак, мы видим, что теория Сорокина противоречит наблюдаемым  в течении 19-20 веков статистическим закономерностям и её следует признать в общем случае (в т.ч. коллективистических сообществ, социализма) ошибочной, верной лишь в частном случае эгоистического сообщества (капитализм).
20. Теория Бюхера тоже противоречит фактам даже в своих основных догматах, а именно, люди в России устойчиво отдают предпочтение не пищевым потребностям, а здоровью, достоинству, безопасности. Может быть, она верна в частном случае «западного» капитализма, но даже в условиях нынешнего капитализма не соответствует наблюдаемым фактам в СССР, России («восточный» капитализм с коллективистической моралью православного христианства и социализма).
Полезность работы: показано, что производство зерна до сих пор является ключевой, стратегической отраслью хозяйства, т.к. она взаимосвязана со всеми отраслями промышленности, с демографией и безопасностью, то итоги настоящей работы позволят улучшить положение в России с потреблением продовольствия, особенно белкового, улучшить внутреннюю и внешнюю безопасность, демографическую ситуацию.
Автор рекомендует правительству восстановить систему государственного централизованного регулирования и управления план-заказами, поставками сельхозтехники и топлива, удобрений, закупками, перевозками, хранением, распределением и розничные цены основных видов продовольственных товаров; это благоприятно скажется на экономических и социальных показателях.
Научн.рук. – Горшков А.В.


……………………………………………………………..

ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА, ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ КОДИРОВАНИЯ

……………………………………………………………..


1999-2000


Елсаков С.М. Программа «SLE» для решения неособенных и особенных систем линейных алгебраических уравнений методом проекций на выпуклые множества.
С целью численного решения больших и сверхбольших СЛАУ, в т.ч. с тензорами высоких рангов >2, как недоопределённых, так и переопределённых и несовместных, а также вырожденной (с линейно зависимыми уравнениями), когда «точные» методы типа Гаусса–Жордана применить невозможно или вих вычислительные затраты неприемлемо велики, применены и сравнены итерационные методы проекций на выпуклые множества, в т.ч. Качмажа, Бочека, Тараско, Фридена. Испытан метод Горшкова проекций на пары пересекающихся гиперплоскостей. Подробнее, метод  Качмажа с последовательным выбором уравнений (метод с абсолютной сходимостью), в том числе с релаксацией; метод Качмажа–Бочека с равновероятным выбором уравнений (метод со сходимостью по вероятности), в том числе с релаксацией; метод Бочека с не равновероятным выбором и вычеркиванием уравнений (метод с абсолютной сходимостью), в том числе с релаксацией; метод с проекциями на область пересечения пар последовательно выбираемых уравнений, в том числе с релаксацией; метод с проекциями на область пересечения пар равновероятно выбираемых уравнений, в том числе с релаксацией; метод раздвижения пар уравнений, в том числе с релаксацией (этот метод ещё разрабатывается и окончательно оформляется). Также испытана сверхрелаксация. В качестве тестовой прикладной задачи был выбран вариант трансмиссионной прямолинейной томографии для случая слабого поглощения.
Научн. рук. – А.В. Горшков.


2007


Горшков А.В. Инверсно-стойкий непрерывный неразделимый групповой код с ценой 2.
Работа относится к способам помехоустойчивого кодирования. Впервые построен инверсно-стойкий код в классе непрерывных без памяти неразделённых равномерных случайных групповых совершенно плотных кодов. Вероятность ошибки декодирования p2, при независимых помехах в канале с произвольной вероятностью искажения бита кода 0<=p1<=1, всегда 0<=p2<=1/2<1. Его значность L=2, цена Ц=2. Построить инверсно-стойкий код с меньшей L невозможно. Объяснён парадокс: «энтропия помехи и пропускная способность канала симметричны относительно p1=1/2 , но необходима избыточность на устранение возможной полной инверсии». Существует блочный противоинверсный код с  lim(Ц)=1 при информации И>>1.


2008
Горшков А.В. Логарифмически небольшое отличие скорости инверсно-стойкого мажоритарного каскада от пропускной способности в очень грязных каналах.
Работа относится к методам помехоустойчивого кодирования в грязных каналах (слабый источник, сильно поглощающая среда, большая дальность, сильные помехи). В литературе не обнаружены (из-за быстрого  роста вычислительных затрат) оценки верности декодирования в каналах грязнее -10..-20 дБ; например, для БЧХ при -10 дБ и вероятности ошибки в бите сообщения после декодирования Рбяк=10^-4 скорость оказывается порядка 10^-2, хотя при -5 дБ тот же порядок скорости достигается для  Рбяк=10^-12.
Из теоремы Котельникова–Зигерта об «идеальном» однопороговом приёмнике однократного сигнала следует, что для достижения максимальной верности приёма необходимо выбирать порог селекции равным половине значения сигнала.  Следовательно, при правильном выборе параметров однопорогового какого бы то ни было мажоритарного кодека скорость должна отличаться от пропускной способности канала асимптотически на отрицательное слагаемое, не хуже, чем гиперболически по его энергетической цене меньшее единицы. Т.е. отличаться делителем, растущим логарифмически медленно в зависимости от допустимой дискретизации порога мощности. В частности, у однопорогового «простого мажоритарного» кода (разновидности кодов с накоплением: с кодовым расстоянием m, значностью кодового слова 2m+1, ценой 2m+1, скоростью 1/(2m+1), избыточностью 1-1/(2m+1)) при неограниченном возрастании заданной верности скорость приёма стремится к 0, причём в относительно чистых каналах она меньше, чем у ряда других кодов; это порождает в литературе мнение о практической слабости использования такого кода; цель работы – показать ошибочность такого мнения для каналов -20 дБ и хуже.
Пусть: 1) пользователь желает сообщения с колмогоровской сложностью (или длиной после предельно экономичного кодирования) его независимых блоков И>=1, может быть и И приблизительно 1, и И>>1, получать с заданной 0<=Pбяк<<1/2; 2) возможно, действует максимально осведомлённый противник, желающий испортить (неприцельно невосстановимо исказить) хотя бы одну позицию двоичного сообщения после декодирования; 3) возможный противник способен создавать помеху любого рода с каким угодно распределением вероятности и зависимостями от чего угодно, в том числе с энтропией помехи на двоичную позицию передаваемого кода Н, сколь угодно близкой к 1, но Н не равно 1, причём придерживается оптимальной для себя стратегии (в частности, использует только искажения значений двоичных позиций, а не стирания); 4) абоненты используютметод Харкевича–Блоха–Рамсея ключезависимого перемежения/деперемежения на самом внутреннем коде, делающим усилия противника (без знания ключа перестановок) эквивалентными случайной независимой равномерно распределённой помехе; 5) ожидается помеха с вероятностью искажения двоичной позиции кода, введённого в канал, после деперемежения, <=p, где 0<=p<=1, но p не равно 1/2 ; 6) после введения кода в канал никакой обратной связи нет; 7) невзирая на предположение противника о наличии у получателя априорной информации о сообщении (например, признака, позволяющего получателю отличить аутентичное после декодирования сообщение от неаутентичного), в действительности у получателя её  нет.
Известен способ каскадного кодирования, при котором сообщение кодируют сначала («внешним») каким-либо малоизбыточным быстрым, а затем («внутренним») – каким-либо высокоизбыточным медленным; при этом параметры кодов согласуют с энтропией помехи таким образом, чтобы при заданной верности дезоптимизующие скачки скорости из-за внутреннего кода были бы пренебрежимы. Высокоизбыточную часть каскада составим из сначала противоинверсного кода, затем из простого мажоритарного кода, затем из перемежения всего блока длиной L=И;(2m+1). Чем грязнее канал, тем меньше скачки согласованного с ним кода и потребность в малоизбыточной составляющей меньше; пренебрежём ей. Сравним скорость приёма такой конструкцией с пропускной способностью канала с шумом.
Из теоремы Шеннона о канале с неконструктивным «идеальным наблюдателем» VШ=1-H , согласуя избыточность кода и H, получаем (правая часть равенства округлена до ближайшего большего или равного целого) Формула1. Обозначим плюс-минус эпсилон=1/2-p.  При И>>1 и модуле эпсилон<<1/2 получим  H(p) приблизительно -(p;log2(p)+(1-p);log2(1-p)) , H(эпсилон) приблизительно 1-2эпсилон^2/ln2  , и  Формула2 (1).
Если бы в каскаде не было противоинверсной составляющей, причём 0<=p<1/2, а было бы одно лишь простое мажоритарное декодирование, то  из биноминального распределения вероятности количества искажённых позиций i в кодовом слове Формула3, используя теорему Муавра–Лапласа в её области применимости (2m+1)p(1-p)>>9,
Формула4, соответствующей  достаточно «грязным» каналам, с критерием неуспеха Формула5 (2), где интегральное стандартизованное нормальное распределение Формула6. Нижняя граница Формула7 (3), а в качестве верхней границы области неуспеха, учитывая, что заведомо i<=2m+1, можно взять конечное значение Формула8 (4):
(При p=1/2 по смыслу точно a=0, Pбяк=1/2.) Задав имеющееся p и требуемую наибольшую допустимую Pбяк,  нетрудно рассчитать из уравнения (2) оптимальное a и, следовательно, оптимальное m, если m>>1, что верно в грязных каналах. Это можно сделать, например, простой итерацией, а именно, сначала задаём b:=+бесконечность, из  (2) находим через обратное интегральное стандартизованное нормальное распределение a: приблизительно F^-1(1-Pбяк). Первая итерация закончена. Отсюда с помощью (4) находим уточнённое b. Подставляем его в (2). Отсюда находим уточнённое a: приблизительно F^-1(F(b)-Pбяк). Вторая итерация закончена. И т.д. Такой итерационный процесс экспоненциально быстро сходится к решению уравнения (2) относительно a, причём при m>>1 быстрее, чем дихотомия. В практически интересном диапазоне высокой верности, т.е. не слишком близкой к 1/2 вероятности Pбяк (естественно задавать Pбяк<<1/2) достаточно обойтись первой итерацией, т.к. вычислительная погрешность a и b при вычислении F и F^-1 в области больших b оказывалась большей, чем желаемое итерационное уточнение a и b. Найдя так a(Pбяк,p), затем из (3) получаем: Формула9 (5). При И>=1 и в грязных каналах модуль эпсилон<<1/2 скорость приёма: Формула10  (6).
Она отличается от пропускной способности (1) лишь логарифмически медленно растущим (в зависимости от малости требуемой Pбяк) делителем : Формула11 (7).
Теперь рассмотрим противоинверсную составляющую каскада для произвольной Формула12. Пример 1, «бимажоритарный» («мажоритарно-зазеркальный»). Автором ранее описан код «инь-ян» («изнаночный», «чёт-нечёт», «зазеркальный») с ценой 2, переводящий вероятность ошибки позиции до декодирования 0<=p1<=1 в 0<=p2<=1/2 после декодирования, причём p2=2p1(1-p1). Если ошибочно сделать внутренний код – «инь-ян», а внешний – мажоритарный (т.е.  декодировать сначала «инь-ян», затем мажоритарный), то, подставив в (2-5) величину p2=2p(1-p) приблизительно 1/2-2;^2, видим, что скорость приёма была бы неудовлетворительной пропорционально эпсилон^4. Поэтому правильно выполнять внутренний код мажоритарный, внешний «инь-ян» (т.е. декодировать сначала мажоритарный, затем «инь-ян»). После декодирования «инь-ян»  должна быть заданная Pбяк=2P1(1-P1), где P1 – должная после мажоритарного декодирования. Отсюда необходимо Формула13. Заменяя в (2-5) Pбяк на P1 , получим аналогично (6-7) формулу Формула14 (8):
Пример 2, «свидетель инверсии». Выполним внешний код добавлением к информационному блоку И приставки – одного бита с заранее оговорённым (ключезависимым) значением, статистически независимым от сообщения, внутренний код – мажоритарным, самый внутренний код – ключезависимое перемежение всего. Сравниваем  оговорённое значение свидетеля и мажоритарно декодированное: если свидетель инвертирован, то инвертируем и мажоритарно декодированное сообщение; т.е. складываем по модулю 2 мажоритарно декодированное сообщение, мажоритарно декодированного свидетеля и оговорённое значение свидетеля. Обозначим вероятность ошибочного срабатывания инверснозащитной приставки Pсвид , тогда Рбяк=P1(1-Pсвид)+(1-P1)Pсвид , отсюда видно, что для незначительности ухудшения Pбяк по сравнению с Р1 необходимо Pсвид<=P1. Скорость приёма  Формула15 (9):
При И>>1 код со свидетелем быстрее, чем с «инь-ян». Из (6,8,9) видно, что (без учёта перемежения/деперемежения) необходимое количество двоичных операций приблизительно линейно по И; при кодировании приблизительно квадратично по 1/эпсилон, при декодировании ещё больше на множитель порядка –ln(эпсилон).В распараллеленных вычислителях необходимое количество тактов при кодировании единично, при декодировании логарифмически мало по 1/эпсилон. Это экономично по сравнению с другими известными методами; это означает, что слабый в чистых каналах простой мажоритарный код становится единственным (из известных) вычислительно доступным в грязных каналах. Для И=1 при Рбяк=0,1 и -12 дБ скорость 7*10^-3; при Рбяк=10^-8 и -12 дБ скорость 6*10^-4, при -34 дБ 6*10^-6; при  Рбяк=10^-15 и -12 дБ скорость 3*10^-4, при -34 дБ 3*10^-6, при -74 дБ 3*10^-10 .


Горшков А.В. Противоинверсные блочные и цепные неразделимые групповые случайные коды с ценой 2 и менее и их возможное применение в цифровом кодировании.
Объяснён парадокс «симметрии относительно p=1/2» – нечувствительности энтропии помехи и пропускной способности канала к инверсии передаваемого кода. Описан способ помехоустойчивого кодирования, создающий блочные (без памяти) или цепной (с памятью 1)  равномерный неразделимый случайный групповой код с ценой 2, стойкий к полной инверсии, переводящий произвольную входную вероятность независимого искажения двоичной позиции 0<=p<=1  в выходную 0<=p<=1/2, обладающий симметричной относительно p=1/2 скоростью приёма.
Построить противоинверсный двоичный блочный код с ценой меньше (1-H(pинв)/(И+1))^-1 , где И – информационная ёмкость блока, а H(ринв) – энтропия вероятности полной инверсии, невозможно.
Предложены новые методы цифрового кодирования:
1) Случайное двухтактное и четырёхтактное цифровое кодирование (С2T, С4T; S2T –  Stochastic 2Tact Encode, S4T) «Инь-Ян случайный», неполяризованный, двуполярный, 2 значения признака, нецепной, достигает предела, самосинхронный, Ц=2,
Uсредн=0; С2Т0 – неполяризованный, двуполярный, 3 значения признака, нецепной, не достигает, самосинхронный, Ц=3, Uсредн=0. С4Т – неполяризованный, двуполярный, 2 значения признака, нецепной, достигает предела, самосинхронный, Ц=4, Uсредн=0, без накопления.
2) Д2ТЦ «Инь-ян» детерминированный – неполяризованный, двуполярный, 2 значения признака, цепное кодирование, нецепное декодирование, достигает предела, самосинхронный, Ц=2, Uсредн=0.
3) И2ТЦ «Инь-ян» интегральный – неполяризованный, двуполярный, 2 значения признака, цепное кодирование, нецепное декодирование. достигает предела, самосинхронный, Ц=2, Uсредн=0, без накопления.
Эти коды обладают преимуществами перед известными: ОФМ (CDP) Петровича, NRZI, ФМ (PE) “Manchester” Найквиста.
Таким образом, метод цифрового кодирования (в частности, манипуляции физическим признаком) И2ТЦ окончательно решает техническую проблему построения инверсно-стойкого (неполяризованного) кода для произвольно малых (даже единичных) количеств передаваемой информации.
Объяснён упомянутый выше парадокс: с одной стороны, энтропия как функция от вероятности (по Колмогорову, 1938 г., Шеннону, 1948 г., Хинчину и Фаддееву) помехи симметрична относительно p=1/2, т.е. HШ(p)=HШ(1-p), и возможная (0<=p<=1) полная (т.е. всех бит) инверсия должна устраняться с избыточностью кода, возможно, зависящей от И или L, асимптотически (при И и L >>1, т.к «энтропия Шеннона» имеет смысл лишь в пределе при больших количествах информационной ёмкости И в блоке длиной L>>1) нулевой;  но, с другой стороны, при любых И>=1 необходимы некие затраты избыточного (Ц>1) кода на устранение возможной полной инверсии (p=0 ИЛИ p=1) по сравнению с гарантированной p=1 полной инверсией ЛИБО p=0 её отсутствием (Ц=1). Противоречие лишь кажущееся. Это разъяснено формулами аннотируемой статьи.
Следствие 1: в классе двоичных кодов, способных передавать единичное количество информации И=1 , наименьшая цена инверсно-стойкого кода Ц=2.
Следствие 2: не существует двоичного противоинверсного кода со значностью L<2.
Следствие 3: код «инь-ян» с И=1 и Ц=2 является кодом с далеко не наименьшей ценой обеспечения противоинверсности: существует не менее чем один противоинверсный блочный двоичный код с асимптотически (при И стремящемся к бесконечности) сколь угодно близкой к 1 ценой.
Построим пример такого кода. Пусть отправитель сначала сформировал блок длиной NИ>>1 , где N натуральное, затем снабдил его ещё избыточными позициями (инверсно-защитной приставкой, «свидетелем полной инверсии»), содержащими случайное значение, длиной h>=1, причём такой, чтобы L=NИ+h было бы кратно h; затем отправитель выполняет для каждой подпоследовательности длиной h из NИ/h подпоследовательностей последовательности длиной NИ сложение по модулю 2 соответствующих разрядов свидетеля и этой подпоследовательности. Пусть в канале полная инверсия возможна (p=0 ИЛИ p=1). Тогда при отсутствии инверсии получатель увидит в позициях свидетеля неинвертированное значение и должен декодировать сообщение как тождество принятому коду, исключая позиции свидетеля; а при полной инверсии получатель увидит в позициях свидетеля инвертированное значение и должен декодировать сообщение как инверсию принятому коду, исключая позицию свидетеля: другими словами, получатель должен выполнить для каждой подпоследовательности длиной h из NИ/h подпоследовательностей последовательности длиной NИ сложение соответствующих разрядов по модулю 2 со значениями соответствующих разрядов свидетеля. У такого кода Ц=N+h/И, причём при N=h=1 его Ц=Цmin. Все коды со свидетелем по построению разделённые, причём ошибка свидетеля скажется на всех тех значащих позициях, к которым он был применён.
Недостатком простейших противоинверсных кодов, рассмотренных в этой статье, является их невысокая стойкость к искажениям значений двоичных позиций, далёким от полной инверсии, например, при искажениях с p приблизительно 1/2; скорость достоверного приёма с их помощью не достигает пропускной способности канала; а достоинство в том, что их цена достигает наименьшего возможного значения в классе кодов, гарантированно исправляющих возможную полную инверсию (даже в наихудшем случае – равновероятности полной инверсии ИЛИ её отсутствия). Но известно, что существует способ кодирования, способный устранять помехи со сколь угодно высокой заранее заданной верностью при любом p не равном 1/2, даже если p приблизительно 1/2.


2010


Ваганов А.В., Горшков А.В. Исследование исправляющих свойств зеркального кода информационной емкостью не менее 4 (в т.ч. со свидетелем инверсии).
Работа относится к области помехоустойчивого кодирования.
Известен блочный разделимый бракующий «зеркальный» код (2И, И, min{4,И})2 (см. ниже), где И – колмогоровская сложность (или длина после предельно экономичного кодирования) независимых блоков текста.  Здесь обозначение (L, И, d)A, где L – разрядность кода, И – информационная ёмкость, d – кодовое расстояние, A – основание системы исчисления.
Кодовое расстояние для этого кода равно min{4,И}.
Задачей настоящей работы является исследование исправляющих свойств кодов, обычно используемых лишь как бракующие (обнаруживающие ошибки без исправления). А именно, покажем, что для зеркального кодера существует новый декодер, способный исправлять одиночные ошибки в блоке (т.е. работать в области малой вероятности p<<1).
Известны коды со свидетелем инверсии (один из вариантов блочного неразделимого противоинверсного «инь-ян» (2,1,1)2 и один из вариантов  исправляющий однопорогового мажоритарного кода со свидетелем инверсии (И(2n+1)+(2m+1), И, И(2n+1))2. Добавив свидетеля инверсии, мы получим ещё один вариант нового декодера, способный работать в двух областях: вблизи вероятности ошибки во внутреннем канале  p<<1, и 1-p<<1. (Это актуально для цифровых кодеков, подверженных «обратной работе» – полной инверсии, например, ФМН).
Новый зеркальный код со свидетелем инверсии. Данный код можно рассматривать как каскадный, у которого внутренний каскад представляет собой зеркальный код, а внешний – добавление свидетеля инверсии. Свидетелем инверсии мы называем заранее известную последовательность бит диной 2m+1, по которой мажоритарным или иным декодером судят о наличии либо об отсутствии инверсной работы внутреннего канала.
В статье показано, что при правильно исправленной полной инверсии (или её отсутствии) оставшиеся блоки зеркального кода могут исправить до одной ошибки в каждом из блоков. Представлен конкретный алгоритм декодирования.
Проведён вычислительный эксперимент методом Монте-Карло с аддитивной помехой типа испытаний Бернулли, доказавший работоспособность нашего декодера. В нём найдены асимптотические оценки вероятности пропуска ошибки и ложной тревоги.
Научн. рук. – Горшков А.В.


Горшков А.В. Противоинверсный неразделимый групповой цифровой кодек «Детерминированный Инь-Ян».
Усовершенствован метод цифрового кодирования «Инь-Ян» (случайная зеркальная 4-фазная манипуляция), а именно, устранена (хоть и экспоненциально малая, но ненулевая) вероятность срыва самосинхронизации.


Горшков А.В. Противоинверсный неразделимый групповой цифровой кодек «Интегральный Инь-Ян».
Предложен новый метод цифрового кодирования ИЗФМн, обладающий существенными преимуществами перед известными и свободный от их недостатков. Он решает (по-видимому, окончательно) техническую проблему построения инверсно-стойкого двоичного кода, достигающего потенциальной по Котельникову помехоустойчивости и наименьшей теоретически возможной цены, причём даже для единичной информации.


Горшков А.В. О наименьшей цене неполяризованного цифрового кода и о наименьшей цене противоинверсности.
Объяснён парадокс «симметрии относительно p=1/2» – нечувствительности энтропии помехи и пропускной способности канала к возможной инверсии передаваемого кода. Построить неполяризованный двоичный блочный код с ценой меньше (1-H(pинв)/(И+1))^-1 , где И – информационная ёмкость блока, а H(ринв) – энтропия вероятности полной инверсии, невозможно. Приведён пример кодека, достигающего этой границы – «код со свидетелем инверсии».


Горшков А.В. Единая теорема кодирования и частные следствия из неё.
Работа относится к области прикладной математики, а именно, к теории кодирования. Среди её проблем остаётся оценка предельно достижимых характеристик кода, удовлетворяющего заданным границам секретности, достоверности и скорости приёма информации при наихудших ожидаемых случаях – при наличии в канале разумного энергичного хорошо осведомлённого (в соответствии с принципом Керкхоффса) противника, ведущего радиоэлектронную или иную борьбу наилучшим для себя способом.
Семейство практических задач можно поставить как (в нестрогой, наглядной формулировке) «оценить возможности нелегального криптоанализа в сочетании с мешающими (изменяющими сообщение) воздействиями, самозванства, лжеавторства, лжекомпрометации при условии достаточно высокой скорости приёма информации номинальным получателем, близкой к предельно возможной».
Эти задачи актуальны для одновременно достаточно достоверного и достаточно секретного достаточно быстрого приёма информации с маломощных, удалённых источников через канал с высоким уровнем помех. Например, при управлении межконтинентальными баллистическими ракетами (МБР), космическими летательными аппаратами (КЛА), крылатыми ракетами (КР), беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), подводными лодками (ПЛ), для адекватного распознавания «свой-чужой» (см. неоднократное сбитие самолётов «своей» ракетой по ошибке),  безэкипажными подводными аппаратами (БЭПА), безэкипажными спускаемыми аппаратами (БЭСА), управляемыми боеголовками ракет и снарядов, при поддержании в боевой готовности и при приведении в действие закладок (в т.ч. фугасов) различного назначения, и др., и в иных случаях как информационного нападения (ИН) на противника, так и при мерах защиты от ИН противника, а также для осуществления защищённых электронных платежей, как специальной, так и гражданской сетевой компьютерной и мобильной телефонной связи, и др.
Цель работы – доказательство теоремы, более общей, чем известные классические, относящиеся, по отдельности каждая,  к частным ветвям кодирования – экономичному, секретному, достоверному кодированиям.
Введём для бесконечно длинных сообщений конструктивно построенную, потенциально бесконечную, «бригаду наблюдателей» (вместо одиночного шенноновского), сообщения каждого из которых подвержены воздействию в канале (фильтрации, шифрованию, помехам – по отдельности или вместе), где 1-й сообщает об изменениях в сообщении в канале, 2-й сообщает об изменениях в сообщении 1-го, и т.д.
Теорема (2008 г.). ЕСЛИ канал однонаправленный, получатель не располагает «априорным признаком истинности сообщения», мощность множества кодируемых слов натуральна, причём >1, конечна или бесконечна, постоянна и известна отправителю и получателю, удельная (на слово) энтропия этого множества 0<=Hслов;1, воздействие обладает удельной (на позицию кода) энтропией 0<=Hвозд<1, причём удельная (на позицию сообщения) энтропия ошибки «сообщения в целом после декодирования» 0<=HБяк<=1, ТО цена кода Формула1; НО ЕСЛИ (во изменение двух вышеуказанных условий) допустимая ошибка декодера неабсолютна HБяк не равно 1 и сообщение негарантированно Hслов не равно 0, ТО удельная скорость кода Формула2, И ЕСЛИ ПРИ ЭТОМ воздействие совершенное Hвозд=1, а HБяк не равно 1 и Hслов не равно 0, ТО Vкод=0.
Частные следствия: 1) лемма Котельникова–Новикова о невозможности гарантированного исправления всех ошибок в общем случае со сколь угодно большой избыточностью в ДСК; 2) теорема Шеннона (1948 г.) о пропускной способности канала с помехой и формула Котельникова–Шеннона для неё; 3) формула Мак-Кея – о скорости помехоустойчивого приёма с необязательно гарантированным исправлением помех (была известна в частном случае независимых помех в ДСК); 4) теорема Котельникова (1946 г.) о невозможности совершенно достоверного приёма без избыточности с ненулевой скоростью при Hпомех>0; 5) теорема Шеннона–Фэно об экономичном кодировании; 6) криптографическая теорема Котельникова (1941 г.) – Шеннона (1945 г.); 7) теорема Симмонса о сочетании секретного и достоверного кодирований; 8) и другие практически важные для задач криптографии, аутентичности сторон, помехоустойчивости, сжатия, сверхразрешения сигналов и изображений, дискретизации и восстановления по отсчётам.


……………………………………………………………………………..

ПЕДАГОГИКА: ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ

……………………………………………………………………………..


2004


Горшков А.В. Предварительные заметки об особенностях подготовки школьников к письменным докладам научно-исследовательского содержания.
ФМЛ №31 в лице своих учащихся регулярно участвует в различных научно-исследовательских конференциях и конкурсах уровня от городского до международного, где вышеупомянутые учащиеся за последние несколько лет столь же регулярно добиваются определённых успехов, в т.ч. первых мест по России в своих секциях. Одним из необходимых, обязательных этапов подготовки учащегося к докладу является написание им развёрнутого текста с подробным описанием своей исследовательской работы. Как и всякое деяние, процесс сей неоднозначен, способен принести как вред, так и пользу. Нам почему-то предпочтительнее польза. Как её максимизировать и при этом минимизировать вред? Что лучше делать – сначала изо всех вариантов действий выбрать группу минимально вредных и уже из этих – выбрать максимально полезный, либо сначала выбрать группу максимально полезных и уже из этих – выбрать минимально вредный? Вопрос сложный, но ещё древний мудрец сказал: "Истинный философ должен искать не столько увеличения наслаждений, сколько уменьшения страданий человечества". Итак, в чём вред и в чём польза, как достичь пользы и избежать вреда? Вот предварительные размышления на основе систематизации и обобщения моего более чем скромного (порядка десятка школьников, доведших свои работы до письменного состояния и публикации) опыта.
Вред:
1. Изъятие из жизни учащегося времени, которое могло бы быть использовано на дела более полезные для человечества вообще и для него самого в частности, а также расход времени жизни и т.д. преподавателя (научного руководителя).
2. Гиподинамия и повышенные нервно-психологические нагрузки, связанные с написанием произведения, существенно выходящего за куцые рамки стандартной общероссийской школьной программы по предмету.
3. Потенциально отрицательные эмоции в случае недостижения претендентом победы на конкурсе.
4. Расход канцелярских принадлежностей и ресурса оргтехники, почтовые и организационные, транспортные расходы. А в это время в Африке негры голодают. А на Дальнем Востоке другие ни в чём не повинные люди замерзают. А бизнесмены ездят на старых мерседесах и никак не могут наскрести деньжат на новые, и им поэтому очень грустно.
5. Поскольку проще всего создавать сии произведения с помощью не пишмашинки или чернильного пера, а ПЭВМ, то возникает нехорошая зависимость успехов учащихся от степени овладения им ЭВМ, причём и от факта наличия оной ЭВМ дома или в школе. Следовательно, кроме сопряжённой с этим профессиональной вредности, возникает наркоманоподобная привязанность к определённой аппаратно-программной платформе, что в условиях хронического (более 13 лет) глубокого (падение производства во много, в отдельных отраслях даже десятков, раз, падение потребления в подавляющем большинстве в 2-3 раза) рыночно-демократического экономического, культурного, образовательного и социального кризиса, количественно соответствующего войнам и разрухе 1914-1922 и 1941-1945 гг., является "слабым местом" России и может быть использовано в качестве рычага давления на Россию извне (см. 11 апреля 2004 г. принятое в США решение о запрете поставок компьютеров в Беларусь). Также учащийся вынужден часть своих способностей вместо постижения фундаментальных наук направлять на вымышленные человеком утилитарные "правила" работы с ПрЭВМ, что, по моему собственному опыту, чудовищно отупляет.
Польза:
1. Вместо того, чтобы "водку пьянствовать и безобразия нарушать", а также смотреть порнофильмы и дегустировать наркотики, молодой человек озабочен познанием объективной истины на благо человечества, страны родной и себя в том числе, причём не в пределах лишь одного учебного предмета, а в совокупности межпредметных связей и жизни вообще.
2. Крайне редко, но иногда действительно возможно получение научного результата или технического решения, обладающего абсолютной мировой новизной.
3. Поддержание чести и достоинства школы, города, области, страны родной и своих в том числе.
4. Дополнительный повод для благоприятного восприятия нудных микро-лекций о пользе спорта и вообще здорового образа жизни.
5. Потенциально положительные эмоции в случае достижения претендентом победы на конкурсе, например, всероссийском и международном; также дополнительная польза в личной жизни (стимулирующий аргумент: "девушки любят победителей", оказался очень эффективен в 2000 г.).
6. Ликвидация пустопорожнего простоя и морального старения оргтехники. Опыт деловой и канцелярской переписки, оплаты, сознание ответственности за кажущиеся мелочи.
7. Иногда у бизнесменов РФ частично просыпается совесть и они теоретически могут спонсировать те или иные организационно-транспортные и канцелярские расходы, что явно полезнее для Родины, чем устроение фонтанов пива или публичного стриптиз-шоу, а также плакатов с лицемерными надписями типа "мы [любопытно, кто здесь имется в виду? – примеч. А.В.Г.] вернём себе Россию".
8. Главная же польза и цель состоит в том, что при правильном подходе к написанию текста это упорядочивает собственные мысли юного исследователя. Разберём подробнее пути достижения положения этого, главного, пункта.
Известно, что в последние несколько лет из школьной программы с настойчивостью, достойной лучшего применения, из школьной программы РФ (за исключением отдельно взятых лицеев, гимназий, школ) руководителями Минобра  очень старательно изгоняется фундаментальные, целостные, всеобъемлющие действительность – математика, а также физика и другие естественные науки (и даже, как ни странно, история), и вместо них навязываются рутиноподобные и субъективизированные "практические предметы", выдаваемые за "целостное гуманистическое мировоззрение", в действительности же являющиеся лишь лоскутной мозаикой из слабосвязанных отдельных фактов, правил, а то и даже вымысла – в лучшем случае из области изящной словесности, а в худшем – злонамеренного и антгуманного деструктивизма. Парадигма классического образования времён Российской Империи и СССР "почему так происходит в природе вообще и в человеческом обществе в частности", т.е. исследовательская и творческая, квазистатически, последовательно, неуклонно замещается примитивным частным рабски-практическим случаем "как полагается сделать по мнению определённого круга авторитетов, чтобы достичь такого-то заданного итога", т.е. рутиной, выдаваемой за якобы пользу.
В частности, вместо творческого действия – СОЧИНЕНИЯ по литературе – в подавляющем большинстве школ РФ принудительно вводится лишь изложение, пересказ, "рецензирование", реферирование и т.п. принципиально НЕТВОРЧЕСКИЕ действия учащегося. Предлог, что якобы катастрофически ослабшее здоровье школьников якобы неспособно родить сочинение, и вообще ослабление здоровья и морали вызвано якобы чрезмерной нагрузкой по математике, естественным наукам и истории, неудовлетворителен. Потому что, во-первых, по моим воспоминаниям, мне было тошно писать изложение в пределах соответствующего прокрустова ложа предъявляемых к изложению требований, но иногда было приятно писать сочинение, если тема не была слишком жёстко ограничена, а во-вторых, по объективным цифрам Госкомстата потребление продовольствия, здоровье, социальное положение в стране в начале 21-го века в 1,5 , 2 , а по отдельным позициям – в 100 и более раз хуже по сравнению с серединой 80-х гг.  (когда умственные нагрузки на учащихся были заведомо не меньше, чем сейчас), это и является причиной ухудшения здоровья учащихся. Тем более непонятны на фоне хоровых причитаний о непосильной нагрузке факты увеличения в госпрограмме часов гуманитарных, причём субъективных, предметов, в т.ч. введение в школах РФ "изучения" основ религии с перспективой перерастания в основной предмет (см. план "Барбаросса").
Произведения науки охраняются в РФ федеральным законом об авторском праве и смежных правах, в котором и расписаны признаки таких произведений. Публикация учащегося по итогам НИОКР сродни сочинению по заданной теме об определённом событии или литературном произведении, или даже венку сонетов. С одной стороны, всё это это есть творчество. С другой стороны, и то, и другое пишется по строгим правилам. Но, в отличие от сонетов, произведение науки пишется по правилам, возникшим не по эстетической прихоти, но по многовековой необходимости, оптимизированной до состояния добровольно-целесообразной традиции, впрочем, допускающей некоторое разнообразие. Во-вторых, сонет есть субъективная форма мыслей, чувств, образов, ассоциаций и т.п. (см. учебник по литературе), а за субъективной формой произведения науки раскрыто его содержание – описание  объективно существующих явлений, свойств, закономерностей, или описание технических решений. Но научная статья не может в школе заменить собой сочинение по литературе, хотя у них обоих есть общее свойство: совершенствование самостоятельного мышления автора.
Я не нашёл  ничего более умного, чем взять за основу моей практики в ФМЛ №31 обычный (по собственным впечатлениям как бы подопытного кролика) алгоритм действий правильного научного руководителя из ВУЗа (например, из МФТИ) или НИИ (например, из НИИТП или ФИАН) при подготовке студента к первому отчёту по научно-исследовательской или опытно-конструкторской работе, к научной публикации или к дипломной работе, – но приспособив, существенно облегчив его для выполнения школьником.
1. Поэтапное выполнение учеником собственно НИОКР. В ходе работы требуется, чтобы ученик вёл журнал – и сопутствующие лекции руководителя, и прорешанные учебные задачи, и решённые творческие и исследовательские задачи, и журнал экспериментальной работы. Всё это – в произвольной форме. Также в конце каждого этапа руководитель предлагает описать в произвольной форме цель, ход и главные результаты очередного этапа работы; иногда ученики это делают, иногда – игнорируют, и последним далее приходится труднее.
2. Ознакомление ученика с отчётами, тезисами, статьями, докладами других авторов. Иногда ученики это делают, иногда – игнорируют, и последним далее приходится труднее.
3. Присутствие или участие (в качестве добровольно-принудительных оппонентов) учеников на семинаре, конференции, докладе других, более опытных и старших, авторов. Иногда ученики это делают, иногда – игнорируют, и последним далее приходится труднее.
4. Явное, под диктовку, изложение перед учеником основных требований, предъявляемых к подробному отчёту по НИОКР или большой статье. Состав, типовые словесные обороты, простейшие общепринятые обозначения и прочие условности, правила, стандарты. Сей пункт необходим, попытка пренебречь им приводит к пустой трате времени и "бегу на месте". Популярные статьи со свободным и красивым неограниченным парением мысли ученик напишет когда-нибудь потом.
5. Несколько дней (обычно 1 неделя) на попытку самостоятельного, но обязательного, краткого описания с последующим контролем исполнения независимо от степени готовности. Кто проигнорировал, зацикливается на этом пункте алгоритма, и у него возможны 3 исхода:
• острая или вялая потеря интереса и прекращение работы,
• продление времени на исполнение п.5 (бывало и на полгода, и на год),
• в экстренно срочных, но уважительных случаях переход на п.6.
6. Критика написанного или ненаписанного и "развешивание вешек" – совместное с учеником, взаимно критическое,  составление 2-го, подробного, плана статьи. Назначение времени на исполнение каждой части. Перечень нужных схем, графиков, фотографий и др. иллюстраций.
7. Когда ученик закончит свой первый вариант введения (область, цель, задача, обзор известного, аннотирование нового ещё не написанного), проверить и максимально строго вдвоём отредактировать в ходе обсуждения. Это будет задавать терминологию и общее направление всего последующего текста.
8. Поэтапное, логически последовательное, построение основной части статьи (текст, формулы) школьником с регулярным контролем и исправлениями руководителем. Здесь желательно (скорее уж необходимо) предоставить (и даже железно, эпизодически допустимо не в самой ласковой форме, требовать) автору максимум самостоятельности. Потому что:
• это работа ученика, а не руководителя;  да и "не царское это дело" – MS Equations  насиловать;
• если будет часто писать глупости , то будет часто их принудительно переделывать и постепенно volens nolens избавится от бездумного бренчания по клавишам , будет писать умно и лаконично;  ну прямо как я, самый умный и лаконичный на свете  :-)  да ?
• заодно освоит в совершенстве текстовые редакторы, электронные таблицы, графические редакторы, средства связи – ибо нет худа без добра;
• бывает так, что ученик превзойдёт учителя и напишет, сформулирует то, что учителю в голову даже не приходило, а это чрезвычайно ценно! Прецеденты уже есть;
• ученик поймёт, что сочинение гораздо приятнее и полезнее, чем тупое изложение;
• руководитель, будучи свободен от регулярной текущей помощи в написании текста, а "большое видится на расстояньи", обдумывает не тактику (это забота ученика), а стратегию (это забота руководителя).
9. Вставка иллюстраций учеником по образцу, указанному руководителем, по его примеру выполнения.
10. Вставка совместно руководителем и учеником ссылок на публикации и иные использованные источники информации по ГОСТ.
11. Проверка подробная, в 2 или более проходов, основного текста.
12. Исправление введения (при необходимости), в т.ч. то, что оказалось не предусмотрено заранее, но возникло в ходе написания текста.
13. Также перспективы дальнейшей работы.
14. А теперь самое важное – выводы (заключение). В противоположность написанию основной части, сначала доверить написание их "плана, заготовки" ученику, и лишь затем тщательно и подробно вместе с учеником, на свежую голову (в отдельный день) просматривая весь текст от начала и до конца, споря и критикуя, дополнить выводы, сократить, переставить, переформулировать и т.д., не смущаясь от того факта, что конечный (совместный) вариант выводов похож на первоначальный (строго ученический) не более, чем лягушка на головастика, причём делать эти выводы либо до посинения обоих лиц и тошноты, либо пока не появится подобное мании величия ощущения удовлетворения от создания совершенной, как Вселенная, работы как минимум гениальной. Выпить чаю с вареньем и разойтись по домам.
15. Утром вновь вместе сокращать и править тот тупой и дырявый водянистый бред, что был написан вчера вечером. Повторить пп. 14 и 15 до достижения квазистационарного состояния выводов.
16. Перед тем как распечатывать, ещё не менее одного раза проверять, сокращать и править. Как говорил один древний философ, "подвергай всё сомнению". Когда сомнения временно прекратятся, можно распечатывать.
17. Проверить – на следующий день – распечатку. Потом отдать её на проверку ученику.
18. Потом – случайному прохожему (от студента-лаборанта до академика), ни в чём не повинному, подсунуть почитать на досуге (без титульного листа, в процессе питья чая) под видом перевода из последних новостей заграничной науки, и, слушая всё, что он думает по поводу "этой ереси и ахинеи, авторы коей подлежат анафеме и остракизму", изображать равнодушие, краснеть дальней стороной лица, затем вновь сокращать и править в соответствии с отечески мудрыми ценными замечаниями и указаниями академически успевающего студента 1-го курса. Потому что академик посмотрит с упрёком и уйдёт; вам же лучше – больше варенья останется. В школе – в отличие от МФТИ – наблюдается некоторый дефицит академиков и студентов и вообще п.18 есть полезная фантастика.
19. Заставить ученика (потому что он будет сильно против) построить аннотацию. Потом не жалеть для него похвал.
20. Затем – как бы призовая игра – научить ученика, как по мерке прокрустова ложа для тезисов гибридизировать аннотацию и выводы. При этом топоры, ломы и ножи заранее спрятать подальше от ученика, становящегося уже похожим на магистральный паровоз на Транссибе в 30-е гг. Когда сделает тезисы, ещё больше не жалеть похвал.
21. Потом обрадовать его тем, что надо делать плакаты. Показать примеры плакатов опытных, старших учеников. Составить перечень, приблизительно обсудить содержание и назначить срок порядка недели.
22. Очень приятно и интересно предложить учащемуся распределить плакаты по общему листу. Это очень творческий процесс, нельзя мешать ребёнку играть в игрушки, ставшие уже любимыми. Но когда наиграется, спросить, почему он именно так разместил их. К сожалению, в 100% случаев приходится 70-80% плакатов перекладывать на новые, более правильные, места директивно.
23. Предложить ученику составить план устного доклада. Исправить его. Заслушать в коллективе первый доклад, не допуская того, чтобы во время критики дежурными оппонентами в руки докладчику попадали бы предметы опаснее линейки.
24. На следующий день предложить ученику сделать 2-ю попытку устного доклада. Иногда ученики это делают, иногда – игнорируют, и последним далее приходится труднее.
25. Потом ещё раз прочитать написанный текст со введением и выводами, аннотацию и тезисы.
26. Теперь работу можно отправлять на публикацию.
Любопытно, что по окончании этого процесса развития письменной речи, независимо от возраста и достигнутых успехов и премий, одни ученики начинают "прятаться" (например, Г.-ин, С.-ух, К.-ов, К.-ёв, А.-ев, Ш.-ри, большинство девушек), появляясь на занятиях лишь эпизодически или перед очередной конференцией начиная бурную работу;  хотя это коррелирует просто с их занятостью по нефизическим предметам, или гуманитарными предпочтениями, но зато другие ученики начинают чаще являться чаще, равномернее, даже вне всякого обычного расписания (например, Ку.-в, П.-ов, С.-ин, У.-ев, В.-ёв), есть и такие, которые в течение 2-х – 3-х лет занятий плавно перекочёвывают из подмножества "прячущихся авральщиков" в подмножество "равномерно сверхактивных" (например, З.-ов, У.-ик, К.-ев и др.).
На основе моего опыта я полагаю, что учеников, по возрасту соответствующих классу младше 8-го (даже если он вундеркинд, учащийся в более старшем классе) не следует пытаться привлекать к написанию статей по исследовательским темам, обходясь краткими (около 1 стр.) РУКОПИСНЫМИ заметками и рисунками, где сущность показана в произвольной форме. Иное не приводило ни к чему хорошему, ибо, по-видимому, "спешка нужна лишь в 2-х случаях:  при  ловле блох и при диспепсии".
Начиная с 8-го класса можно допустить предложение написать построенный по всем правилам отчёт или статью, причём выполненную на ЭВМ, но её объём рекомендуется ограничить порядка 5 страниц, т.к. уже объём в 10 страниц вызывал у школьников большие затраты времени, усталость и временную (полгода-год) потерю интереса.
Однако в 9-м – 10-м  классах ученики (особенно писавшие "научные сочинения" в 8-м классе) с минимальными, привычными усилиями успешно пишут тексты с иллюстрациями объёмом около 10-ти – 15-ти страниц.
Что касается 11-классников, занимающихся на спецкурсах по физике не первый год, то написание текста от них следует решительно требовать сразу, ещё с осеннего семестра, и тогда в начале весеннего семестра у них без особых затруднений обычно готов текст объёмом 15-25 страниц с 10-20 листами иллюстраций. Заодно у них явно повышаются критические (и аналитические, и синтетические) способности в области литературы, поэзии, изобразительного искусства; что касается их творческих способностей в этой области – то я не считаю себя достаточно компетентным в ней, чтобы судить об этом.
Стоит повторить тезис, что главная польза и цель состоит в том, что при правильном подходе к написанию текста статьи НИОКР это упорядочивает собственные мысли юного исследователя или изобретателя; но произведение науки в школе не может заменить собой сочинение по литературе, хотя у них обоих есть общее свойство: совершенствование самостоятельного творческого мышления автора. Они  гармонично дополняют друг друга. Этот опыт любой преподаватель мог бы повторить и в любых других учебных учреждениях нашей Родины, но ...
Научн. рук. – Сереженко Е.Д.


2004–2009


Горшков А.В. Формирование углублённого понятия о полупроводниках средствами элективного курса для 8-11 классов.
В известных российских курсах физики для средней школы понятие о полупроводниках сформировано недостаточно и нуждается в развитии. Для решения актуальной проблемы приближения понятия «полупроводник» в учебной физике к современному научно-физическому предложена и опробована в 1999-2009 гг. для 8-х–11-х классов схема углублённого и расширенного изучения основных понятий квантовой физики через промежуточные, опорные физические аналогии. Узловой элемент курса – зонная модель. На её основе строится современное понятие об отличии полупроводников от металлов с классификацией веществ на 8 групп.
Труд и время, затраченные учащимся на изучение дополнительных, по сравнению с традиционным углублённым школьным курсом физики, понятий и тем, компенсируются понятностью, сочетаемой с бОльшим соответствием физической науке, многочисленными связями с различными разделами классической и квантовой физики (механика, термодинамика, электромагнетизм, оптика и атомная физика, ядерная физика) и математики, и позволяют, по принципу «долго запрягать – зато быстро ездить», изучить с единых позиций сразу широкое и актуальное множество явлений, свойств и закономерностей физики конденсированного состояния и найти им многие известные и новые практические применения.
Этот элективный курс  «Термоэлектрические явления и их применение в экологически чистой энергетике» был разработан на основе деятельностного и развивающего подходов с применением метода разветвлённого ретроанализа, метода опорных физических аналогий и метода опережающего применения элементов математики.
В ходе педагогического эксперимента в 1999–2009 гг. в Челябинском физико-математическом лицее №31 показано, что учебная часть курса является доступной и полезной для учащихся 8–11 классов, формирует их готовность к проектной и исследовательской работе. Проектная и исследовательская части курса привели к появлению технических решений и установлению объективно существующих явлений, свойств, закономерностей материального мира, обладающих новизной, изобретательским и научным уровнем и получивших высокие оценки компетентных комиссий от городского до всероссийского и мирового уровней включительно.
Текущий контроль показал достаточное понимание, знания, умения, навыки у учащихся 8–11 классов. Интерес к изучению, исследованию и проектированию сохранялся у части первоначального контингента в течение 1-го–2-х, а у отдельных учащихся – и 3-х–4-х лет (подряд или после годичного перерыва). По темам проектной (прикладной) и исследовательской части курса многие учащиеся 8-11 классов успешно защитили свои работы на очных конкурсах научно-технического и научно-исследовательского творчества, в т.ч. Всероссийских (16 первых мест и дипломов 1 й степени, 2 вторых, 2 третьих) и всемирных (3 приза). Темы исследовательских и проектных работ, выполненных учащимися курса, можно найти на сайте Лицея.
Опубликованы несколько десятков статей в сборниках соответствующих конкурсов, выставок и сборниках конференций молодых учёных: «Юность науки» (Обнинск), «Юность, наука, культура» (Обнинск), «Современный физический практикум» (Самара), «Шаг в будущее» (Челябинск, МГТУ, МГУ), «Восточные ворота России» (Челябинск), «First Step to Nobel Prize in Physics» (Варшава), «Актуальные проблемы современной науки» (Самара), «Старт в науку» (МФТИ), «Юниор – Старт в науку» (МФТИ+МИФИ), «Юнистарт», «Юниор» (МИФИ), «Перспектива и развитие» (МФТИ), «Интеллектуалы ХХI века» (Челябинск), «Всероссийская научная конференция студентов-физиков» (Красноярск, Екатеринбург и др.), «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск), «Созвездие» (Звёздный городок, Королёв), «Бережём планету вместе» (Челябинск), «Интел–Юниор», «Intel International Science and Engineering Fair» (Индианополис), «Основы эксперимента и моделирования физических процессов» (СПбГУ), «Байкал» (Слюдянка), «Всероссийская политехническая олимпиада» (МГТУ).
Показано, что дидактический элемент «зонная модель в физике конденсированного состояния» обладает высокой учебностью 0,81 плюс-минус 0,04 в условиях ФМЛ №31. Он является узловым: с одной стороны, для его изучения требуется значительная подготовительная работа, интегрирующая все изученные к тому времени ветви физики, и, с другой стороны, из него логически следует большое количество явлений, свойств, закономерностей, применений. На вопросы «Нужно ли изучать? Можно ли научить? Сможем ли научить?» ответы получены положительные. Ожидается, что после более широкого педагогического эксперимента её высокая учебность будет подтверждена и для условий иных профильных и непрофильных средних учебных заведений и, как следствие, она будет включена в стандарт среднего (полного) образования.
Список литературы 36 наименований.
For approach of Concept "Semiconductor" in the educational Physics to scientifically-physical the Scheme of the Profound and expanded Studying of the basic Concepts of quantum Physics through basic physical Analogies is offered and tested in 1999-2009 for 8-th–11-th Classes. A central Element of a Course – the Model of Zones. It possesses an Indicator “Educationality” 0,81 and can be added in the secondary education Standard. Through it it is possible to explain wide and actual Set of the Phenomena, Properties, Laws of Physics of the condensed State from uniform Positions.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


Горшков А.В. Схема формирования углублённого понятия о полупроводниках средствами элективного курса.
Узловой элемент курса – зонная модель. На её основе строится современное понятие об отличии полупроводников от металлов с классификацией веществ на 8 групп.
Этот элективный курс  «Термоэлектрические явления и их применение в экологически чистой энергетике» был разработан на основе деятельностного и развивающего подходов с применением метода разветвлённого ретроанализа, метода опорных физических аналогий и метода опережающего применения элементов математики.
В известных курсах физики для средней школы РФ тема «полупроводники» (8–10 классы) не опирается на тему «основы квантовой физики» (11-й класс), явное определение ключевого тематического понятия «полупроводник» отсутствует, к этому понятию там приближают, как принято в технической литературе, через сравнение количественных свойств электропроводности, концентрации носителей заряда и через сравнение закономерностей зависимости электропроводности от температуры у металлов и полупроводников. Это представляется не раскрывающим сущность полупроводников, т.к. рост проводимости с температурой является не причиной, а следствием описываемых далее процессов в этих веществах. Добросовестного ученика это приводит к ошибке второго уровня усвоения типа диффузии одного понятия на другое по этому второстепенному признаку, т.к.: 1) у полуметаллов (см. далее) электропроводность тоже растёт с температурой, как и у полупроводников; 2) у бесщелевых полупроводников (см. далее) известны области не только увеличения, но и уменьшения электропроводности с температурой, как и у металлов; 3) у 2-валентных жидких металлов существует минимум  электропроводности в зависимости от температуры; 3) при различных воздействиях вещества могут переходить из одной такой группы в другую, например, Ge, Si, CaSb, богатый теллуром Te+Se становятся металлами после плавления, неметаллы H, P, C, B становятся металлами при достаточно высоком давлении.
В физической специальной литературе, в т.ч. в учебнике нобелевского лауреата А.А. Абрикосова, различие между металлами и диэлектриками проводится основательно: по тому признаку, где лежит уровень Ферми при температуре Т=0: либо внутри разрешённой энергетической зоны (металл), либо на краю или вне её (диэлектрик). По Д.В. Сивухину, «Никакого качественного различия между полупроводниками и изоляторами нет. Различие – чисто количественное», по ширине запрещённой зоны. Д.В. Сивухин рекомендует проводить такую границу по 2 эВ. По В.Ф. Гантмахеру и И.Б. Левинсону, «разница между металлом и полуметаллом лишь условная», полуметаллы – вещества, у которых существует “слабое перекрытие валентной зоны и зоны проводимости”, причём уровень Ферми расположен внутри области такого перекрытия, это и приводит к возрастанию проводимости с температурой уже при малых температурах.
Понятие «дырка» даётся в технической литературе и в школьных учебниках как вакансия в ковалентной связи. Но в физической литературе «дыркой» называют квантовую вакансию в 6-мерном пространстве координат и импульсов внутри поверхности Ферми, или, менее точно, «квантовое состояние, не занятое электроном в энергетической зоне ниже уровня Ферми». Описывать, иллюстрировать понятие дырки как вакансии можно на примере ковалентной связи, но нельзя сводить определение дырки к вакансии только в ковалентной связи. Действительно, есть полупроводники с ковалентными (элементы 4-й группы), частично ионными (соединения элементов 3-й группы с элементами 5-й группы, элементов 2-й группы с элементами 6-й группы), преимущественно ионными (соединения элементов 6-й группы с переходными металлами) связями.
Кратко излагая содержание и связь между дидактическими единицами курса, отметим жирным единицы, отсутствующие пока ещё в учебных курсах России, стран Западной Европы, США, признанные необходимыми в курсе.
«Вводно-квантовая» часть: надбарьерное отражение и аналогия водяной волны (что позволит пояснить один из механизмов рассеяния носителей заряда), нулевые колебания, незапираемость в слишком мелких и узких ямах (что позволит объяснить появление свободных электронов); пространство и подпространство в математике, 6-мерное фазовое пространство, фазовый объём, ссылка на теорему Лиувилля в классической механике; примеры: мешка жидкости, движений заряженных частиц в электрических и магнитных полях, дифракции; для отличников по математике 11-го класса – понятие о Фурье-спектре функции; на этой основе – введение соотношений Гайзенберга; статистика и ссылка на распределения Больцмана, Ферми–Дирака, Бозе–Эйнштейна; уровень Ферми.
Часть «Твёрдое тело»: сдвиг и расщепление энергетических уровней в 2-атомных и более сложных кластерах, проведение аналогий с колебаниями: связанные подвесные маятники, связанные пружинные маятники, электрические колебательные индуктивно или ёмкостно связанные LC-контуры,  скользящие шайбы на упругой плёнке, большие поплавки в конечном сосуде с идеальной жидкостью; естественная ширина уровня энергии, слияние уровней и образование разрешённых энергетических зон (полос); зоны основных и возбуждённых уровней; возможность появления «свободных, обобществлённых» электронов; объяснение принципиальной разницы между металлами+полуметаллами и полупроводниками+диэлектриками при Т=0 на основе зонной модели и распределения Ферми–Дирака: зоны валентная и проводимости, поведение электронов и проводимости в металлах и чистых полупроводниках при Т>0; понятие о «дырках» как вакансиях в пространстве координат и импульсов ниже уровня Ферми (в валентной зоне), физические аналогии «шагающая очередь» и «обезьянки на конвейерах», объяснение удобства рассмотрения движения дырок вместо электронов ниже уровня Ферми; подвижность электронов и дырок, понятие об эффективной массе; элементарные процессы взаимодействия электронов с дырками, электронами, фотонами, фононами и др.; собственная и примесная проводимости, донорные и акцепторные примеси и уровни, электронная и дырочная проводимости; органические полупроводники; подробная классификация веществ на основе зонной модели.
Табл.1.
«Специальная часть» : контактные, термогальванические, термоэлектрические явления (концентрационная, фононная и квантовая модели термоЭДС Зеебека, Бриджмена, обратимое выделение теплоты Пельтье, градиентный перенос теплоты Томсона, дискуссия о возможности термоЭДС в цепи со сверхпроводником), фотопроводимость и фотоЭДС, термоэлектронная эмиссия, полевая электронная эмиссия, эффект Шоттки, эффект Франца–Келдыша, прямой и инверсный эффекты Ноттингема, автоионизация, магнитоэлектрические, термомагнитные явления; механизмы теплопроводности, закон Видемана–Франца–Лоренца; возможность перехода вещества из одной группы в другую (например, из диэлектриков в металлы) под влиянием некоторых внешних воздействий; изотопические, гравитационные эффекты, эффекты границы, формы, размеров, размерности и другие; полупроводниковый диод, туннельный диод, стабилитрон, полупроводниковый варикап, кристодин (биполярный транзистор), полевой транзистор, лазерный диод и др.; схемы стабилизированных источников постоянного напряжения, постоянного тока на ламповых и полупроводниковых элементах. Теоремы Пригожина, Кюри, Онсагера.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


2005–2008


Горшков А.В. О некоторых отрицательных явлениях, сопряжённых с ранним приобщением учащихся к научно-исследовательской деятельности, и о способах их избежания.
Начну с известной, ни к чему не обязывающей гипотезы: почти все новорожденные от природы всесторонне (кстати, и положительно, и отрицательно) одарены или «одарены»; следовательно, задача воспитания – во-первых, подавить дурные способности и, во-вторых, не позволить отмереть хорошим; чем больше и лучше хороших, с точки зрения воспитателя, способностей удастся сохранить у растущего и взрослеющего ребёнка – тем лучше. А теперь об обязательных фактах.
Человек, «взятый отдельно», ограничен. Поэтому «малая» семья принципиально не может воспитать гармоничную, всесторонне развитую, общественно значимую и полезную личность, хотя во многих случаях создаёт достаточно хорошее приближение к таковой.
Семья «большая» – группа детского сада с воспитателем, друзья детства и их родители, школа, ВУЗ, общество в целом – может ли образовать гармоничную личность ? Начнём с общества в целом: скорее нет, чем да, потому что с кем попало (агрессивные недоумные СМИ и т.п.) ребёнок просто «собезьянничает» их наиболее «заметные, выдающиеся на общем фоне» – чаще антиобщественные, чем героические или всеобщей полезности – свойства. ВУЗ – навряд ли: его главная задача – профессиональное образование. Итак, школа есть вторая (после детского сада) и последняя возможность стать симфоничной личностью, последнее «зеркало лица и души своей»; дальше исправлять их будет уже некому. Следовательно, главное назначение школы – в отличие от ВУЗа и ПТУ – должно быть не «профессиональная профилизация» (она есть грубейше ошибочная тенденция в нынешнем Министерстве образования) и не «самореализация личности» (на то есть прочий дружеский коллектив), и уж не «трудовое воспитание» (ибо на то есть семья и, для особо запущенных случаев, колония строгого режима). Всё-таки главное назначение Школы (в т.ч. и по печатно высказанному мнению докт.пед.н., историка, директора школы, депутата ВС РСФСР и Челябинского ОблЗакСобрания А.С. Бароненко) – Образование Гармоничной Личности, с широким кругозором и с неутраченными способностями, с высокими моральными качествами. Так что творчество в области искусств и научные исследования имеют право быть в школе, но НЕ это главное в школе, ибо пока что «учиться, учиться и ещё раз учиться» всему лучшему, что успело понять или создать человечество – вот главная задача ученика школы.
Важно рассмотреть влияние опыта исследовательской деятельности учащихся средних и старших классов Челябинского ФМЛ №31 на их интерес к математике и естественным наукам, в т.ч. тех из них, которые традиционно, но не очень основательно относят к «гуманитарным» (психология, социология, экономика), а также на их общественные и моральные качества.
Кун Фу-цзы говорил: «Изучать что-либо и не задумываться над изученным – бесполезно. Но задумываться над чем-либо, не изучив предварительно предмет раздумий – опасно». Например, типичной грубой ошибкой чрезмерно самонадеянных начинающих исследователей и даже их руководителей в области естественных наук (в т.ч. каковыми должны стать психология, социология и экономика, см. выше) является неспособность оценить достоверность «обнаруженных» ими явлений, свойств, закономерностей, отбросить недостоверное и принять условно-достоверное... приближение к объективной истине.
Более того, академики Л.Д. Ландау и Арцимович условно делили ветви науки на «неестественные (математику) и естественные, кои, в свою очередь, делятся на физику и коллекционирование марок»; однако за истекшие более чем полвека химия (на основе атомной и квантовой физики) и биология (на основе химии) тоже стали науками в полноценном смысле этого слова, вырастя из состояния «преднаук» (систематизированных коллекций фактов). Нельзя убеждать младшеклассников, что преднаучная деятельность типа «сбор коллекций и отдельных наблюдений» якобы и есть наука, даже если детям нравится ощущать себя учёными: «единожды солгавшему кто поверит вновь?!” – разочарование детей в своих несбывшихся надеждах безмерно.
Математика (по моему якобы «еретическому» мнению) – не естественная наука; но нечто более важное и категорически необходимое: она, как лаконично сказал Гиббс, «язык науки», точнее, «общенаучный язык с однозначно определёнными правилами выведения следствий» (С.В. Илларионов); «Математика есть прообраз красоты мира» (Иоганн Кепплер); «Ни одно человеческое исследование не может называться истинной наукой, если оно не прошло через математические доказательства» (Леонардо да Винчи).
Философия – также не наука: это, по моему скромному мнению, логически обоснованное искусство нахождения, построения наиболее общих и взаимосвязанных непротиворечивых Вселенной высказываний. А разум есть способность из хаоса сделать космос.
Оценка достоверности невозможна без, во-первых, достаточно широкой жизненной и научной эрудиции (преднаука, «коллекция») и способности сопоставлять «якобы разнородные» факты, во-вторых, без уверенного владения общенаучным  математическим языком (как минимум, двоичной Аристотелевой и троичной Диогеновой логикой, алгеброй, основами математического анализа, основами теории вероятностей и математической статистики). Следовательно, начинать более или менее серьёзную (не в шутку, не как игру) исследовательскую деятельность учащийся может, во избежание профанации и, как наиболее вероятное следствие, антинаучности, не ранее чем в старших, 9-10, (в редчайших, уникальных случаях – в средних, 7-8) классах школы при необходимом условии грамотного руководства им, то есть когда начинающий исследователь в состоянии сопоставлять воедино в своём сознании явления, свойства и закономерности, кажущиеся на первый взгляд разнородными («материальные и нематериальные», к примеру). Как сказал д.фил.н. и к.ф.-м.н., профессор МФТИ С.В. Илларионов, «Познание есть процесс и результат выделения инвариантов окружающего мира».
Экс-ректор МФТИ, председатель ВАК РАН Н.В. Карлов говорил: «Образование – это не сфера услуг, а способ сотворения будущего». Поэтому во множество целей обучения входит формирование жизненных ценностей, в том числе отношение к личному и общественному знанию как одной из них. Следовательно, юный исследователь должен приобрести положительное отношение к науке; но действительная – не «игра в науку» – исследовательская деятельность трудна и умственно, и эмоционально (успех здесь НЕ гарантирован и НЕ МОЖЕТ быть гарантирован – да и ещё вопрос, что, собственно, считать успехом-то?), затратна по времени жизни; в этом главное противоречие научной деятельности в школе.
Наука едина, «разных наук» не бывает. Однако на древе науки начинающий не может обозреть всё сразу, и для его понимания сие дерево указывают как состоящее из ветвей. Листья – отдельные факты – без ствола и ветвей – лишь куча мусора; и голый ствол без живой листвы и ползающих по ним букашек – лишь телеграфный столб, точимый червями.
Яблоня не цветёт (и уж тем более не плодоносит) на первом году жизни. Нельзя тянуть её «за уши»: оторвётся от «фундаментальных корней». Если же требовать цветов и плодов на первом же году, то … из того же семейства розоцветных на эту должность годится земляника, но долго она не живёт, и ягодки у неё невелики. А если кому-то хочется ещё быстрее, то есть и такой кандидат: бамбук, шустрый и длинный, но пустой внутри. А ещё бывает черешня: скоро, сладко и душисто, но быстро слабовато и гниловато. А теперь учтём для ясности, что мы занимаемся не продажей фруктов-да-ягод, а созиданием будущих людей.
Автор сего доклада с 1999 г. руководил прикладной (и изредка фундаментальной) научной деятельностью нескольких десятков учащихся. Области исследований – прикладная математика, общая и теоретическая физика, физика плазмы, физика твёрдого тела, аэрогидродинамика, социология. Есть многочисленные призёры городских, областных, региональных, всероссийских и всемирного конкурсов. Тезисы и работы полностью опубликованы в сборниках трудов этих конференций и конкурсов, в т.ч. международных, и в Internet http://www.fml31.ru , см. в разделе «Наука».
Удалось составить статистическую сводку возрастной динамики интереса учащихся к исследовательской деятельности и выявить приблизительные закономерности. Эмпирическая количественная мера интереса оценивалась как некоторая несложная функция от объективных посещаемости, внеклассной работы, самостоятельности и созидательной активности во время занятий, степени творческого подхода к поставленным задачам, и также от субъективного морального состояния учащегося. Обращаю особое внимание, что формальный успех (призовые места на конкурсах и т.п.) в совокупность аргументов этой эмпирической меры интереса НЕ входит.
Итак, где же – судя по названию статьи – те «грабли», на которые автор рекомендует  другим людям не наступать? И как же автор рекомендует действовать? В связи с небольшим объёмом статистической выборки (неск. дес. чел.) – вкратце:
Проведение естественно-научного, психологического или социологического эксперимента повышает интерес к учебному предмету и теме исследования в среднем более, чем лекция, в т.ч. с наглядным материалом, компьютерная модель или решение задачи; предположительно, это связано с полнотой действительного эксперимента или наблюдения, выходящего за рамки любой, сколь угодно мощной, модели; однако грамотное истолкование сложного явления в наблюдении или опыте нереально без предварительного освоения простых опытов и соответствующей теории.
Независимо от пола 6-8-классники резко дифференцированы на «быстро становящихся безразличными и ушедшими» и «чрезмерно увлекающихся», то есть «тянущих лямку» среди них НЕ БЫВАЕТ, причём из числа «увлекающихся» значительная часть ухудшает свои успехи в учёбе по другим предметам, и поэтому им приходится принудительно ограничивать «право исследований» на 1-2 года, следовательно, существует нижняя возрастная граница допустимости занятий наукой «всерьёз»: это 8-9 класс. Предположительно, это связано с окончанием недисциплинированного, эмоционального и математически малограмотного «переходного возраста».
Из тех 6-8-классников, кто успехи в учёбе почему-то улучшает (предположительно, «симбиотический, синергетический» эффект), около половины впоследствии (в 10-11 классах) самопроизвольно меняют область интересов (либо просят себе новую тему по тому же учебно-научному предмету, либо молча меняют предмет) и «с новой силой» развивают и её. Среднее характерное время сохранения интереса учащегося к одной теме – около 2-х лет; а те, кто занимаются одной тематикой 3-4 года подряд, «привыкают к ней, насыщаются», достигают успехов, но без видимого интереса, «по инерции, тянут лямку», однако очень эмоционально переживают случаи неудач (они их обычно стимулируют на «спортивные подвиги» типа «догнать и перегнать», см. далее как не очень хорошее явление).
Даже в специализированной школе (ФМЛ), где искусственным (экзаменационным, конкурсным) отбором в 5-й класс повышена концентрация «грамотных» по учебным программам, учащиеся 6-7 класса, достигшие высоких формальных успехов на конкурсах научно-исследовательских работ учащихся, в 100% случаев, а учащиеся 8-9 класса – порядка половины случаев, а в единичных случаях и в 10-м классе подвержены общеизвестной «звёздной болезни», в т.ч. завышенной самооценке и мнению о необязательности для себя общих правил, в т.ч. правил поведения. Длится она различное время: у 6-8-классников – порядка 2-х лет (и нуждается в «лечении» длительным строгим воспитанием), у старшеклассников – несколько месяцев и для «лечения» достаточно строгого замечания; а у 11-классников и у меня, как мне кажется, порядка 2-х суток и проходит самопроизвольно или «излечивается» лёгким намёком.
В отличие от 6-8-классников, 9-11-классники дифференцированы по мере своего интереса гораздо менее резко. Если уж они ходят на занятие, то будут добиваться результатов, причём обычно разумно распределяя время и не заваливая учение по остальным школьным дисциплинам; но иногда и у старшеклассников это, увы, не так.
Зависимость интереса от формальных успехов (повторяю, что в число аргументов эмпирической меры интереса они НЕ входят) также «логарифмоподобная», быстро (около 2-3 побед одного уровня, или около 5-ти побед любого уровня) насыщаемая. Следовательно, учащегося, занявшего высшие места на конкурсе, полезно отправить на конкурс более высокого ранга, с более сильной конкуренцией, по пословице «молодец среди овец, а на молодца и сам овца».
Случаи неудачи же: около половины учащихся – «выбивают из колеи надежд» надолго: на полгода-год или до окончания школы («отрицательная мотивация»), но у некоторых (и «м», и «ж») неудачи, напротив, эмоционально стимулируют жажду соревнования; однако соревновательность искажает дух постижения истины и интерес к науке как таковой, подменяя его «спортивностью или шоу», поэтому злоупотреблять ей (а такая тенденция в РФ, увы, есть) нельзя.
Принуждение учащихся к посещению НОУ, НИР, спецкурсов, в сколь бы мягкой форме это не делалось, приводит либо к пренебрежению, либо к ненависти учащихся к занятию, теме, преподавателю, школе и образованию вообще и посему недопустимо.
В частности, введение обязательности или «формальных очков рейтинга» за посещение спецкурсов или НОУ приводит не только к стимуляции посещаемости, но и к «паразитированию» псевдо-активных псевдо-учащихся на созидательных учащихся, к ухудшению условий деятельности последних и посему как стимул нецелесообразны. Достаточно иных способов повышения мотивации и потребности. Однако такие очки могут (и должны) «спасать от гнева» или служить смягчающим вину объяснением (но не оправданием) при временном «завале» учения по школьным предметам.
Учащийся НИР должен быть ПОНИМАЮЩИМ сущность, а не лаборантом, подставляющим цифирки в формулу. Школа (в т.ч. высшая, университет, хоть бы и «технический») должна помочь ответить на фундаментальный детский вопрос «почему» так является в природе и обществе; если человек знает «почему», то он легко найдёт сам, без особого обучения, ответ на прикладной прагматический вопрос «как» сделать так, как хочется-и-возможно; обратное же в общем случае неверно, то есть научив только прикладным знаниям, общество рискует дотла растерять фундаментальные; посему политика министерства образования нуждается в исправлении. Поэтому, хотя и у некоторых людей есть мнение, что якобы «8-й класс – это уже поздно для начала занятий исследовательской деятельностью», я считаю, что как раз наоборот: 8-й класс – это ещё рано для начала занятий серьёзной, без скидок на возраст, полноценной исследовательской деятельностью. Даже ПРОСТАЯ исследовательская работа должна быть ПОЛНОЦЕННОЙ, строго научной, а не профанацией. И оцениваться на конкурсах она должна так же строго, как и для взрослых – будь то хоть прикладная работа, хоть фундаментальная.
Другое дело, что для занятия как художественным творчеством, так и преднаукой (коллекционированием и систематизацией фактов природы и общества), и уж тем более самой интересной для познающего мир ребёнка игрой со всеобщими, совершенно строгими и посему справедливыми правилами – математикой – нижнего возрастного предела мне не известно, там, как мне пока что кажется на основании собственного жизненного опыта, чем раньше, тем лучше. Но нельзя, повторю ещё раз, выдавать искусство или преднауку за якобы «науку».
ИТОГИ.
1. Главное назначение школы – образование гармоничной, полноценной личности.
2. Для начала занятий художественным творчеством и преднаучной деятельностью (хотя бы то на уровне созерцания) автору не известно никакой нижней возрастной границы.
3. В научно-исследовательской деятельности так называемый «успех» принципиально не может быть гарантирован: совершенная свобода поиска сочетается с совершенной цензурой объективной истины.
4. По собственному опыту руководства НИР и НИОКР учащихся ФМЛицея продолжительностью 6 лет в количестве несколько десятков человек по 4-м спецкурсам в области физики и социологии, на основе предварительного статистического анализа этой выборки утверждаю, что во избежание профанации начинать научно-исследовательскую деятельность можно начиная лишь с такого возраста учащегося, в котором выполняются ряд условий: во-первых, достаточно уверенное владение математическим инструментарием, во-вторых, достаточно обширная жизненная, преднаучная, философская эрудиция, в-третьих, положительные моральный облик и сущность, антиэгоистическая идеология, в-четвёртых, хорошее здоровье, в-пятых, устойчивая успеваемость в учёбе, в-шестых, грамотное руководство начинающим исследователем со стороны опытного взрослого – и «направляющее»,  и «ограничивающее»,  и «поддерживающее», в-седьмых, есть добровольное желание к познанию нового и творчеству. Эти семь условий выполняются одновременно крайне редко. Во-первых, это нельзя начинать слишком рано, в некритично воспринимающем (без здорового скептицизма) разные мнения возрасте до 8-го класса, иначе это влечёт за собой отрицательные жизненные последствия для ученика, от «звёздной болезни» до более тяжких. Рекомендуется в обычных случаях начинать исследования в 9 плюс-минус 1-м классе школы (около 14 лет плюс-минус 1 год).
5. Характерное время поддержания интереса учащегося к одной теме 2 плюс-минус 1 года. По истечении этого срока рекомендуется предложить учащемуся новую тему исследования, не просто более сложную, но вообще из другой, не похожей с виду, области. Иначе возможна его деградация.
6. Представляется наилучшим начиная с 9-го класса вести НИР и НИОКР преимущественно на «познавательно-лабораторном» уровне, поддерживая ростки творчества (но не торопя  их «цветение» и «плодоношение». Иначе вместо «яблони» вырастет чего-то вроде краткоживущей «клубники». Или даже «бамбук»); затем, в 10-м классе, наиболее ярко первое «цветение» верными научными и изобретательскими идеями; затем, в 11-м классе, основательная работа по методически правильному исследованию (НИР или НИОКР), первое «плодоношение» и доведение работы до «взрослого» представительного уровня, то есть отработка способности учащегося донести плоды трудов своих до общества и правильно воспринять его оценку.
7. Чрезвычайная редкость сочетания одновременно 7-ми обязательных условий полноценного научного творчества влечёт за собой следствия: во-первых, необходимость всеобщего охвата детей и юношества полноценным образованием и моральным воспитанием, во-вторых, заметные результаты возможны только в великой державе с достаточно большим по численности и разнообразным народом (лоскутные государства способны лишь «поставлять человеческое сырьё и полуфабрикаты на мировой рынок»), с положительным общественным мнением о науке и новой технике (сейчас остриё удара информационно-идеологической войны, как легко заметить по СМИ, направлено в основном против науки, изобретателей, врачей, учителей и исполняющих свой долг перед обществом государственных служащих), в-третьих, с отсутствием перед желающим получить полноценное отечественное образование барьеров (в т.ч. финансового, административно-территориального), отличных от умственного. В отличие от сферы материального производства, где копирование экземпляра блага затратно, в сфере нематериальных ценностей (например, знаний) копирование экземпляра блага (обучение) относительно малозатратно по сравнению с чудовищно затратным получением НОВОГО для общества знания. С учётом биологических фактов и наследственности, и изменчивости, очевидно, что для общества в целом необходимо триединое условие только действительной  (а не «наследственной») элиты – всеобщие (а не узко-кастовые) равные приём и обучение, строгое соревновательное испытание, беспристрастный отбор НА СЛЕДУЮЩУЮ, БОЛЕЕ ТРУДНУЮ И ОТВЕТСТВЕННУЮ, СТУПЕНЬ обучения с пользой для общества в целом. А не количество денег в кармане у персонального абитуриента.
8. Математика может и должна вводиться как часть воспитания ребёнка с наименьшего возможного возраста как интереснейшая, увлекательная ИГРА, но игра со строгими правилами. Политика нынешнего министерства образования по сдвигу курса математики на старшие возрасты (по дурному образцу неудовлетворительной системы образования США и Латинской Америки, не способных обеспечить простое воспроизводство в тамошней науке и образовании иначе, как паразитическим или хищническим импортом готовых «мозгов» из Азии и России) глубоко ошибочна. Ещё более ошибочна политика по введению курса экономики с младших классов на «догматическом» псевдонаучном уровне, не соответствующем действительным явлениям в обществе.
9. Важная цитата (от референта Минобразования): «Образование – это область национальной безопасности». Поэтому «рыночная», меркантильная идеология из сферы образования должна быть наискорейше исключена, иначе народ России (в широком смысле последнего слова) ожидают тягчайшие последствия в виде деградации отечественного народного образования до полудебильного уровня нынешней «сегрегационной», т.е.  расщеплённой на массовую+элитарную, школы США, практически лишённой базиса потенциальных талантов, способных преодолеть финансовый барьер образования.
10. Образование в школе должно быть преимущественно фундаментальным, помогать отвечать на познавательный основной вопрос «почему [это] происходит» в природе, и тогда учащемуся легко самостоятельно находить ответ на прагматический прикладной вопрос «как и что сделать, чтобы получить [то-то и то-то]». Обратное действие – зная «как сделать по мнению авторитетов, чтобы получить заданный результат», понять «почему [нечто] происходит в природе» – чрезвычайно трудоёмко и почти невозможно, влечёт за собой несамостоятельность, зависимость вплоть до политической. Политика министерства образования по введению в школе утилитарно-прикладного обучения вместо классически-фундаментального, в том числе обязательная ранняя «профилизация» школы (увязанная с поступлением в профильный ВУЗ), глубоко ошибочна.
11. Важная цитата из Российской Академии наук: «Образование – не сфера услуг, а способ сотворения будущего».
Научн. рук.  – М.Д. Даммер.


Горшков Алексей Владимирович. Оценка наименьшего допустимого возраста готовности к началу научно-исследовательской деятельности учащихся как необходимого условия избежания вредных последствий для них.
Проблема: современные тенденции в образовании противоречивы. Декларацию о «стремлении к высоким технологиям» (к передовой науке ли) кое-где сочетают с практикой редукции образовательных программ до «лоскутного» состояния, в частности, до подмены «политехнизма» (естественно-научных основ технологий) суммой отдельных частных приёмов действий и устройств, до подмены «фундаментальности» лишь ощущением глубины, до подмены «положительной обратной связи эксперимента и теории» то голой схоластикой, то голым и частным экспериментом. Восстановившееся в последние 10 лет похвальное желание предоставить учащемуся возможность научно-технического творчества оказалось, как обычно, доведено кое-где иногда до абсурда: в исследователи записывают младшеклассников, и у них создаётся неверное мнение об исследовательской деятельности, потому что они к ней не готовы.
Целью настоящей работы является приведение в соответствие наших желаний в отношении развития детей с их возможностями. Задачей сей работы является выявление содержания понятия «готовности» учащегося к учебно-научной и научно-исследовательской деятельности, а также характерного и наименьшего возрастов готовности.
Автор вкладывает в понятие «готовность», на основании принципа всеобщности, следующий состав, представляющийся необходимым:
1. Готовность физическая – здоровье, периферийная и центральная нервная система, зрение, слух, способные стойко, без повышенного вреда для здоровья, переносить повышенные нагрузки.
2. Готовность нравственная – неантиобщественное целеполагание, осознание ответственности и общественного долга, стойкое перенесение случаев неблагодарности общества за совершенное для него добро, желание делать добро.
3. Готовность умственная – достаточное владение общенаучным математическим языком, владение исследуемым предметом как минимум в пределах текущего учебного курса, достаточное и комплексное владение сопряженными предметами.
Важно рассмотреть влияние опыта исследовательской деятельности учащихся средних и старших классов Челябинского ФМЛ №31 на их интерес к математике и естественным наукам, в т.ч. тех из них, которые традиционно, но не очень основательно относят к «гуманитарным» (психология, социология, экономика), а также на их общественные и моральные качества.
Оценка достоверности невозможна без, во-первых, достаточно широкой жизненной и научной эрудиции (преднаука, «коллекция») и способности сопоставлять «якобы разнородные» факты, во-вторых, без уверенного владения общенаучным  математическим языком (как минимум, двоичной Аристотелевой и троичной Диогеновой логикой, алгеброй, основами математического анализа, основами теории вероятностей и математической статистики). Следовательно, начинать более или менее серьёзную (не в шутку, не как игру) исследовательскую деятельность учащийся может, во избежание профанации и, как наиболее вероятное следствие, антинаучности, не ранее чем в старших, 9-10, (в редчайших, уникальных случаях – в средних, 7-8) классах школы при необходимом условии грамотного руководства им, то есть когда начинающий исследователь в состоянии сопоставлять воедино в своём сознании явления, свойства и закономерности, кажущиеся на первый взгляд разнородными («материальные и нематериальные», к примеру).
Автор сего доклада с 1999 г. руководил прикладной (и изредка фундаментальной) научной деятельностью нескольких десятков учащихся. Области исследований – прикладная математика, общая и теоретическая физика, физика плазмы, физика твёрдого тела, аэрогидродинамика, социология. Есть многочисленные призёры городских, областных, региональных, всероссийских и всемирного конкурсов. Тезисы и работы полностью опубликованы в сборниках трудов этих конференций и конкурсов, в т.ч. международных, и в Internet http://www.fml31.ru , см. в разделе «Наука».
Удалось составить статистическую сводку возрастной динамики интереса учащихся к исследовательской деятельности и выявить приблизительные закономерности. Эмпирическая количественная мера интереса оценивалась как некоторая несложная функция от объективных посещаемости, внеклассной работы, самостоятельности и созидательной активности во время занятий, степени творческого подхода к поставленным задачам, и также от субъективного морального состояния учащегося. Обращаю особое внимание, что формальный успех (призовые места на конкурсах и т.п.) в совокупность аргументов этой эмпирической меры интереса НЕ входит.
1. Рекомендуется в обычных случаях начинать исследования в 9 плюс-минус 1 классе школы (около 14 лет плюс-минус 1 год).
2. Характерное время поддержания интереса учащегося к одной теме 2 плюс-минус 1 года. По истечении этого срока рекомендуется предложить учащемуся новую тему исследования, не просто более сложную, но вообще из другой, не похожей с виду, области. Иначе возможна его деградация.
3. Представляется наилучшим начиная с 9-го класса вести НИР и НИОКР преимущественно на «познавательно-лабораторном» уровне, поддерживая ростки творчества (но не торопя  их «цветение» и «плодоношение»); затем, в 10-м классе, наиболее ярко первое «цветение» верными научными и изобретательскими идеями; затем, в 11-м классе, основательная работа по методически правильному исследованию (НИР или НИОКР), первое «плодоношение» и доведение работы до «взрослого» представительного уровня, то есть отработка способности учащегося донести плоды трудов своих до общества и правильно воспринять его оценку.
4. Математика может и должна вводиться как часть воспитания ребёнка с наименьшего возможного возраста как интереснейшая, увлекательная ИГРА, но игра со строгими правилами. Политика нынешнего министерства образования по сдвигу курса математики на старшие возрасты (по дурному образцу неудовлетворительной системы образования США и Латинской Америки, не способных обеспечить простое воспроизводство в тамошней науке и образовании иначе, как паразитическим или хищническим импортом готовых «мозгов» из Азии и России) глубоко ошибочна. Ещё более ошибочна политика по введению курса экономики с младших классов на «догматическом» псевдонаучном уровне, не соответствующем действительным явлениям в обществе.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


2009


Горшков А.В. Использование понятия «диалектическое противоречие» при подготовке занятий в профильной и высшей школе, проводимых с целью формирования готовности учащегося к исследовательской деятельности в области физики.
1. РОДОВЫЕ И ВИДОВЫЕ ПРИЗНАКИ ДИАЛЕКТИЧЕСКОГО ПРОТИВОРЕЧИЯ
Понятие «противоречие» буквально означает резкое рассогласование в речи, в высказываниях о некотором предмете. То есть родовым признаком противоречия является совокупность трёх существенных признаков: 1) наличие двух или более различных высказываний, 2) наличие общего предмета этих высказываний, 3) значительность различия этих высказываний. Обращаем внимание на то, что среди этих трёх признаков не содержится требования истинности хотя бы одного из данных высказываний о предмете. «Высказывания» здесь и далее понимаются не в лексическом, а в математическом смысле слова, то есть формализованные представления некоторых сущностей, в т.ч. отношений между сущностями.
Основная задача диалектики — выявление и разрешение противоречий. Не всякое противоречие является диалектическим противоречием. Диалектические противоречия (ДП) есть подмножество противоречий. Каковы видовые признаки ДП?
По Гегелю, «диалектическое противоречие есть взаимодействие противоположных, взаимоисключающих сторон и тенденций предметов и явлений, которые находятся во внутреннем единстве и взаимопроникновении, выступая источником самодвижения и развития» (выделение наше – А.В.Г.). Видим, что такое определение обладает всеми тремя признаками противоречия как родового понятия. Сформулируем здесь видовые признаки ДП предмета, каждый из которых необходим; их нетрудно извлечь из этого определения Гегеля:
1) высказывания понимаются в смысле сущностей предмета, в смысле существенных сторон и тенденций предмета, независимо от того, были ли они когда-либо отмечены каким-либо субъектом, независимо от способа формализации сущностей, но, тем не менее, эти сущности рассматриваются нами в некоторой единой системе понятий (понятийном базисе) как способе отображения объективной действительности;
2) значительность различия высказываний, а именно, до степени противоположности (мы не согласны с термином «взаимоисключение», возникшем, вероятно, вследствие вольности перевода, т.к. это противоречит по логико-математическому смыслу со следующим признаком «взаимопроникновения») хотя бы в пределах этого предмета;
3) взаимопроникновение высказываний до степени их внутреннего единства хотя бы в пределах этого предмета;
4) совокупность высказываний, образующих это ДП, является хотя бы одним из достаточных источников движения, развития этого предмета.
Гегель также постулирует в своих комментариях, что не только развитие, движение неотрывно от ДП, но и ДП неотрывно от развития, движения; т.е. фактически Гегель неявно, за пределами своего определения, вводит ещё и 5-й постулат (или философскую гипотезу):
5) совокупность высказываний, образующих это ДП, является хотя бы одним из необходимых  источников движения, развития этого предмета.
Действительно, 5-й постулат логически никак не выводим из постулатов 1–4. Таким образом, с математической точки зрения, возможно построение как минимум 2-х систем диалектики – А) более узкой, содержащей 5-й постулат, и Б) более широкой, не содержащей 5-го постулата. Здесь и далее мы ограничим себя лишь традиционной «узкой» диалектикой, содержащей и 1–4-е, и 5-й постулаты обязательно.
2. ОБСУЖДЕНИЕ И ПРИМЕРЫ ДИАЛЕКТИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ В МАТЕМАТИКЕ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ, С УПРАЖНЕНИЯМИ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ.
По Энгельсу, свойства, высказывания, которые частью общи, частью различны или даже противоположны друг другу, но в этом последнем случае они распределены между различными предметами, не содержат в себе никакого ДП; действительно, при этом родовой признак 2 не выполняется.
ДП – это определённый тип взаимодействия различных до степени противоположности сторон, свойств, тенденций в составе той или иной системы или между системами, процесс столкновения противоположных стремлений и сил.
Совершенно тождественных предметов не бывает: они различны и внутри себя, и между собой. Различие имеет свои степени: оно может быть несущественным и существенным. Предельным случаем существенного различия является противоположность. Обращаем внимание читателя на то, что «противоположность» и «взаимоисключение» – это два различных понятия. Противоположности есть ни что иное, как взаимообусловленные и взаимодействующие стороны ДП. По Гегелю, это «своё иное».
О противоречии можно говорить, когда «разности», противоположности есть части какой-либо цельности, общего предмета. Определение ДП предполагает наличие его сторон и их единство в предмете. Противоположности, не образующие единства, не имеющие единого взаимоотношения, не являются диалектическими. Противоположности ДП образуют целое, в котором одна из них так же необходима, как и другая.
В.И. Ленин писал, что «диалектика есть изучение противоречия в самой сущности предметов». Если в предмете «А» есть ДП «Б», а два философа с именами Аз и Бука, диалектически спорят о «А», выдвигая словесные высказывания «А.А.» и «А.Б.» соответственно, то они рассматривают ДП «Б», но различия между «А.А.» и «А.Б.» не обязательно являются ДП. Но если предметом другой дискуссии является не «А», а совокупность «А.А.» и «А.Б.», то есть новый предмет «В» – модель предмета «А» в сознании философов, то некоторые стороны этой совокупности могут образовывать ДП.
Гегель и Кант поясняли: не все конфликты, несоответствия, противоречия, обнаруживающие себя в тех или иных областях действительности, являются выражением глубоких диалектических противоречий. Это могут быть дисбалансы различных факторов, рассогласования, столкновения тех или иных сил, тенденций, оказавшихся помехой друг для друга. Такие явления тоже называют противоречиями (как родовое понятие); нелепо, однако, говорить о них как об источнике развития. Они скорее являются реальными аналогами логических противоречий, нарушающих связность, последовательность размышлений, делающих их неполноценными.
Деление ДП по степени охвата действительности включает: 1) общедиалектические, охватывающие материальную и духовную действительность, «феноменологические и эссенциалистские»,  и 2) специфически-диалектические, которые, в свою очередь, делят на две разновидности: а) предметные – противоречия материальных систем и б) ДП познания.
Выделяются также противоречия: 1) внешние и внутренние, 2) необходимые и случайные, 3) действительные и возможные. Одно и то же явление (противоречие) может быть одновременно и внутреннее и внешнее: в одном отношении внутреннее, в другом – внешнее.
3. РАЗВИТИЕ ДИАЛЕКТИЧЕСКИХ ПРОТИВОРЕЧИЙ И ИХ ПРЕДМЕТА
Противоречия (в общем смысле слова) двух математических высказываний не обязательно являются источником развития чего-либо. Но они, такие высказывания, не обязательно НЕ являются источником развития чего бы то ни было, т.е могут являться источником развития чего-либо. Действительно, ЕСЛИ оба они являются выводимыми следствиями разных причин (совокупностей гипотез), то несоответствие, противоположность этих высказываний считается следствием неполноценности, «ложности» исходной причины противоречия (совокупности совокупностей гипотез), но ещё ничего не говорит о неполноценности их (исходных совокупностей гипотез) по отдельности. ЕСЛИ оба они являются выводимыми следствиями общей для них причины (совокупности гипотез), то несоответствие, противоположность этих высказываний считается следствием неполноценности исходной причины (совокупности гипотез) и, следовательно, влечёт за собой отвержение её, во всяком случае, в пределах принятой системы аксиом, но это ещё не есть развитие, а всего лишь отвержение нового. ЕСЛИ же оба они являются выводимыми следствиями общей для них совокупности аксиом, то несоответствие, противоположность этих высказываний считается следствием неполноценности исходной причины (совокупности аксиом) и, следовательно, влечёт за собой отвержение их, замену новыми, то есть развитие. ЕСЛИ хотя бы одно из высказываний невыводимо из системы аксиом, то противоречие высказываний не обязательно ведёт к отвержению системы гипотез или системы аксиом, но может приводить к построению более общей системы аксиом.
Аналогично можно утверждать для физической теории внутри её самой (принцип непротиворечивости Пуанкаре).
Физика не исчерпывается физической теорией, есть ещё наблюдение и эксперимент. Трудно сказать, кто из классиков впервые выдвинул принцип соответствия физической теории и физического наблюдения и эксперимента, но, во всяком случае, Галилей его уже применял.
В философских источниках пишут, что «конечной причиной развития любой конкретной системы является взаимодействие в форме ДП между различными сторонами как внутри предмета, так и между предметами», также «ничто не движется вперёд вне противоречий».
«Единство» противоположностей ДП как признак устойчивости объекта и сами противоположности являются преходящими (философы иногда используют не вполне удачный термин «относительными»); «борьба» же всё вновь и вновь образующихся противоположностей, ЕСЛИ мы рассматриваем развивающийся предмет, вечна.
Сами по себе противоречия еще не обеспечивают переход к новому качеству, т.е. развитие. Чтобы быть источником развития, противоречия должны «разрешаться», то есть взаимодействовать с результатом – изменением в предмете.
Ошибочно понимать под «развитием» только расширенные, умноженные, положительные, созидательные, прогрессивные изменения. Противоречия могут обусловливать и коллапс (сжатие, сокращение), вред, регресс, разрушительные (деструктивные) процессы.
Кроме того, было бы ошибкой считать тождественностями пары понятий «созидание = положительность», «разрушение = вред», т.к. понятия «положительность» и т.п., «вред» и т.п. несут, кроме объективной, ещё и субъективную, оценочную, аксиологическую составляющую, зависящую от принятой системы ценностей личности.
Как пишут философы, «Источником развития являются внутренние и внешние противоречия системы при ведущей роли в формировании качественной основы системы внутренних противоречий». Является ли этот тезис истинным?
По Гегелю, возникновение, а также познание противоречий, проходит 4 стадии: 1) тождества, 2) различия, 3) противоположности и 4) диалектического противоречия.
В развитии ДП можно выделить следующие состояния: 1) гармонию, 2) дисгармонию, 3) конфликт. Гегель писал: «Нечто жизненно, только если оно ... в состоянии вмещать в себя ... противоречие и выдерживать его» [выделение и сокращение наше – А.В.Г.].
1) В состоянии гармонии ДП («единству и борьбе противоположностей») свойственно взаимоукрепление.
2) Дисгармония ДП связана с «расшатыванием» системы их существования, с развитием одной стороны ДП за счёт другой.
3) При конфликте состояние ДП достигает такого предела, что угрожает самому существованию развивающейся системы, особенно материальной.
Мы считаем, что называть эти состояния «этапами», как делают в некоторых философских источниках, было бы несколько ошибочно, т.к. в развитии ДП возможны любые переходы между этими состояниями, что не вполне соответствует определению понятия «этап» в языке.
В гармоническом типе развития разрешение противоречий достигается путём соединения противоположностей, путём их гармонизации.
Существуют противоречия конструктивные и деструктивные. Деструктивные противоречия могут обретать черты антагонистических противоречий. Антагонистические противоречия — это взаимодействие между непримиримо враждебными силами (например, в обществе – классами, социальными группами и т. д.); в обществе они, как правило, заостряются до конфликта. При антагонистическом типе развития «консервативная» противоположность преодолевается.
Любое разрешение противоречия есть существенное качественное изменение в бытии (философы употребляют термин «отрицание» прежней взаимосвязи). Основные формы разрешения противоречий действительности:
1) переход противоположностей друг в друга, соответственно в «более высокие» формы их;
2) «победу» одной из противоположностей, прекращение или полное подчинение другой;
3) исчезновение («гибель») обеих противоположностей вследствие коренного преобразования системы и др. т.п. процессов.
Разрешение противоречий может быть: 1) по полноте – полным либо частичным, 2) по длительности – разовым либо постепенным (поэтапным, продолжительным).
Логика (есть такая часть математики) и диалектика (есть такая часть философии) вовсе не антагонистичны друг другу, а действуют совместно.
Антиномия (а также апория, парадокс, дилемма) — не дефект системы, а острая форма постановки проблемы, требующей своего решения. Логические противоречия в антиномиях служат сигналом того, что принятая на данном этапе развития система понятий (аксиомы, правила вывода) неприменима для описания некоторых явлений, которые допустимо рассматривать в системе.
Например, парадокс Ксенона «Ахиллес и черепаха» привёл к появлению в математике новой ветви – анализа и синтеза бесконечно малых величин (Ляйбниц и Ньютон), «парадокс лжеца» и «парадокс брадобрея» – к 2-м леммам Гёделя и конструктивной ветви математики. Наличие парадокса не означает ложности системы аксиом, это означает лишь невыводимость или неопровержимость введённого извне высказывания в данной системе аксиом.
Таким образом, антиномии являются конструктивными ДП, приводящими к развитию системы путём построения более общей теории, охватывающей старую как свой частный случай. Старая система (теория) при этом не становится «ложной» (внутренне опровержимой) в пределах своей области применимости.
Антиномия относится к внутренним, необходимым, действительным, гармоничным, ДП познания.
Достигнутая в развитии цель переходит в новое качество: она становится средством достижения новой цели. То есть противоположности ДП могут переходить друг в друга.
Выделим постулаты 1–5 в описании «закона единства и борьбы противоположностей» (его же называют «закон взаимного проникновения противоположностей»), которое есть в философской литературе, в формулировке: «Развитие объективной реальности и процесс её познания, все формы человеческой активности, осуществляются путём раздвоения единого на различное и противоположное, а взаимодействие противоположных сил, с одной стороны, характеризует определённую систему как нечто единое, а с другой – составляет внутренний импульс её изменения, развития». Объединение здесь объективной действительности и её отображения в процессе познания и бытия вообще, все их составляющие и существенные отношения между ними соответствуют нашей формулировке постулата №1. Раздвоение здесь единого на различное и противоположное соответствует нашей формулировке постулата №2. Характеристика здесь системы как некоего единого соответствует необходимому признаку понятия «система» и нашей формулировке постулата №3. К сожалению, из фразы «составляет внутренний импульс её изменения, развития» нам не удалось понять определённо, что имел в виду автор цитируемой формулировки закона «единства и борьбы противоположностей» – необходимость ДП (т.е. аналог постулата №4) для развития или достаточность (т.е. аналог постулата №5), или и то и другое одновременно. Напомним, что традиционно диалектика рассматривается в «узком» смысле, т.е. одновременно вводятся постулаты 4–5.
Не всякое «противоположное» в системе является парой «противоположных сил», упомянутых в формулировке закона, являющихся объединяющим части в систему и являющееся «внутренним импульсом её развития». Действительно, рассмотрим усилия двух мух, покрашенных добрым художником в противоположные цвета «цветофизиологического круга», сидевших в диаметрально противоположных точках гранаты Ф-1 «лимонка» до взрыва, причём головами в противоположные стороны и имевших два противоположных мнения о запахе цветущего сада, а после взрыва усилиями своих крыльев пытающихся тормозить разлетающиеся в противоположных направлениях два своих осколка упомянутой гранаты; очевидно, что ни одна из упомянутых здесь противоположностей не является ДП и не «проникает взаимно», не обнаруживает ни малейших признаков «единства и борьбы».
Итак, в содержании так называемого «закона единства и борьбы противоположностей» (он же «закон взаимопроникновения противоположностей») не выявлено ничего, выходящего за пределы постулатов 1–5, взятых вместе.
Следовательно, было бы нелогично рассматривать этот «закон» как некую выведенную в теории (диалектике) «новую» закономерность, т.е. логическое следствие постулатов (аксиом, основания теории) 1–5. По нашему мнению, этот «закон» является всего лишь иной формулировкой определения понятия «диалектическое противоречие». Никаких новых сущностей по сравнению с определением ДП, включающего постулаты 1–5, этот «закон» не выявляет. По нашему мнению, его можно рассматривать как эмпирическую основу для введения понятия о ДП.
"Единство" противоположностей ДП разносторонне (разноаспектно).
1) Единство – как взаимодополняемость противоположностей ДП, связь их в составе целостной материальной системы, как «тримурти» индуизма, «триады» Гегеля, «троицы» Бахтина и др.: «тезис–антитезис–синтез».
2) Единство – как, по существу, динамическое равновесие (как пишут философы, «уравновешенность, равное действие») этих противоположных составляющих жизнеспособной системы.
3) Единство – как возможность перехода одной противоположности в другую (в смысле изменения положения в составе системы).
4) Единство – как возможность, даже в условиях разнонаправленности в состоянии полярности и конфликтности, хотя бы временного, объединения, «союза».
Некоторые противоположности (причём большинство философов верят в их объективное существование или вводят их в качестве аксиом в свои философские системы)  представляются, как пишут философы, «неустранимыми противоречиями и вечной движущей силой» в соответствующих отношениях (следовательно, являются примерами ДП).
Нам трудно сказать, как соотносятся два понятия – «неустранимость» и «конструктивность» (или «гармоничность»). Мы полагаем здесь, что «неустранимые» ДП есть подмножество «жизненных» ДП, причём таких жизненных ДП, для которых логически возможно «доказать» (логически вывести) невозможность их прекращения или хотя бы доказать «неопровержимость» (невозможность вывести отрицание) их неограниченного существования.
Назовём некоторые из таких, достаточно общепринятых в философской литературе, пар.
1) «Материальное и духовное» (впрочем, мы предпочитаем называть эту дихотомию иначе и, как нам кажется, естественнее – «материальное и нематериальное»).
2) «Многообразие и единство» (впрочем, мы предпочитаем разделить эту пару на две разных дихотомии – «единичное и единое», «особенное и общее»).
3) «Индивидуально-личностное и общественно-историческое» (мы согласны с такой парой, но лишь до тех пор, пока существует во Вселенной более одной личности).
4) «Хаос и  Космос» (впрочем, мы толкуем эту дихотомию не как объективную сущность бытия, а как субъективное двухаспектное отображение единой Вселенной в сознании познающего субъекта).
5) «Добро (хорошо) и зло (плохо)» как либо объективные сущности (первая версия), либо субъективные оценки в данной системе ценностей (другая версия); впрочем, мы согласны с третьей версией – этическим тезисом Бертрана Рассела о целесообразности определения  этического аналога математической «аксиомы порядка», а именно, целесообразности введения упорядочивающего отношения «лучше/хуже» через общенаучное понятие «непротиворечивость», а именно, через непротиворечивость совокупности  желаний (или целей, или ценностей).
6) «Непрерывность и раздельность (дискретность)» (впрочем, отдельные авторы в физике (да и в математике) ставят эту дихотомию под сомнение наличием трёхзначной логики Диогена и «конструктивной логики», отрицающей принцип «исключённого третьего»).
Известны и другие ДП, считаемые философами неустранимыми.
Современная физическая теория до сих пор содержит ряд противоречий. Неясно, являются ли они антиномиями (об антиномиях см. выше) либо дефектами физической теории? Рассмотрим важные примеры.
ПРОБЛЕМА 1. Основания квантовой физики. (В статье подробно.)
ПРОБЛЕМА 2. Обоснование критериев отбора («физически допустимых») решений. (В статье подробно.)
ПРОБЛЕМА 3. Неубывание энтропии по вероятности и иные следствия из оснований физики. (В статье подробно.)
ПРОБЛЕМА 4. Гипотеза нейтрино. (В статье подробно.)
ПРОБЛЕМА 5. Основания релятивистской физики. (В статье подробно.)
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


2009–2011


Горшков А.В. Готовность человека как педагогическое понятие.
Выделены необходимые существенные признаки, обеспечивающие безошибочное разграничение и применение понятий «готовность» и «компетентность» в педагогике.
Приемлемо понятие «готовность» субъекта деятельности как состояние, содержащее три необходимых и достаточных в совокупности признака: «объективная годность», «субъективное стремление», «своевременность».
Результатом формирования готовности учащегося к какой-либо деятельности являются: новообразование в интеллекте – объективная годность к ней, новообразование в свойствах личности – субъективное стремление к ней, новообразование во временнОм положении – своевременность для неё.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


A.V. Gorshkov. Readiness of the person as pedagogical concept.
The necessary essential Signs providing faultless Differentiation and Application of Concepts "Readiness" and "Competence" in the Pedagogics are allocated.
The Concept "Readiness" of the Subject of Activity as a Condition containing three necessary and sufficient in aggregate Signs is comprehensible: “the objective Validity”, “subjective Aspiration”, "Timeliness".
Result of Formation of Readiness of the Pupil to any Activity are: a new Growth in Intelligence – the objective Validity to it, a new Growth in Properties of the Person – subjective Aspiration to it, a new Growth in time Position – Timeliness for it.
Sci. adv. – M.D. Dammer.


Горшков А.В. Формирование готовности к исследовательской деятельности как необходимое явление в живой недетерминированной общественной системе.
Современная деятельность человечества всё больше уходит от простого воспроизводства вещей и знаний – к открытию новых знаний, к изобретению новых технических и общественно-организационных решений. Нужно ли создавать эти новшества? Если да, то что такое готовность к созданию этих новшеств – к исследовательской и изобретательской деятельности, и чем она отличается от компетентности? Какие препятствия необходимо преодолеть в первую очередь нашему обществу для формирования такой готовности?
В настоящей статье: 1) описана концепция исследовательской деятельности как необходимой живой сигнальной подсистемы живого общества; 2) указаны родовые и видовые признаки понятий «готовность» и «компетентность» и показана предпочтительность формирования в общеобразовательной школе не «компетентности», а «готовности» к НИИД; 3) указаны возможные и актуальные пути формирования благоприятных для НИИД и важнейших конечных благ общества в целом обратных связей, значительно отличающиеся от существующей тенденции; 4) обоснована возможность перенесения положительного опыта «системы Физтеха» в старшие классы общеобразовательной школы (Лицей №31), прежде всего в формировании самовоспроизводимости системы формирования готовности к НИИД, в  актуальности посильных исследовательских и изобретательских задач, опережающем изучении математического инструментария, компетентного руководства учащимися и защитой ими своих результатов перед достаточно беспристрастными компетентными комиссиями (т.е. с высоковероятным дополнением свойства «готовность» свойством «компетентность») с публикациями и внедрением в практику.
В наших предыдущих работах и здесь предлагается определение педагогического понятия готовности человека, субъекта деятельности, к этой деятельности, в соответствии с результатом выделения автором обобщённых разграничивающих (видовых) признаков, содержащее 3 необходимых признака: 1) отношение объективной годности, то есть объективно и достоверно проверяемое удовлетворение определённому набору требований; 2) отношение субъективного стремления, то есть положительное субъективное отношение, желание, целеустремление, направленность; 3) отношение своевременности, то есть, и достаточно заблаговременно (выражает состояние завершённости), и достаточно ново (злободневно, выражает состояние наготове, возможность совершить нечто новое).
В статье указаны результаты формирования готовности учащегося к какой-либо деятельности. Указаны отличия понятия готовности от компетентности. Указаны отличия понятия готовности от годности. Таблица 1: Существенные  признаки (левый столбец) различаемых понятий (верхняя строка).
В статье указаны пути формирования обратных связей, желательных для исследовательской деятельности как живой подсистемы общества
Целевая ориентация нынешнего образования на интересы преимущественно зарубежные (как правило, антагонистичные нашему обществу), например, ориентация на «болонскую систему» и «конвертируемость дипломов любой ценой» как очередную «сверхценную идею» (например, отечественный специалитет, фактически превосходящий, во всяком случае, в ведущих вузах России, по качеству образования западную магистратуру, поставлен ниже магистратуры), создаёт отрицательную обратную  связь «образование–выпускники–наука-и-практика–база образования» и ведёт к подмене целей и ценностей нашего общества иностранными в ущерб собственным, далее к полному «перевариванию» нашей системы образования и науки чужой системой, к утрате независимости, к утрате способности оптимально реагировать на изменившиеся внешние условия и к смерти общества.
Реальность творческих задач – верный путь повышения не только самооценки, но и эффективности обучения. Такой путь был более 50 лет тому назад избран в МФТИ. Система Физтеха доказала свою эффективность в условиях жёсткой глобальной конкуренции, быстрого развития и смены наиболее актуальных направлений науки и техники, коллективной идеологии, государственной и общественной поддержки науки, техники и образования. Обоснована методика введения (наряду с учебными творческими задачами) реальных творческих задач (проектных, и, в последние десятки лет, исследовательских по ряду конкретных тем в пределах отдельных учебных предметов) в учебную практику в школе. Мы видим путь развития таких методик в перенесении положительного опыта «системы Физтеха» и в общеобразовательную школу (тем более что автор и сам выпускник МФТИ), прежде всего – в актуальности творческих исследовательских и изобретательских задач после овладения необходимым математическим и физическим инструментарием, в квалифицированном руководстве, в возможности экспериментальной проверки и публичной защиты перед компетентными специалистами, в ориентации на превышение мирового уровня в результатах.
В статье описан формирующий педагогический эксперимент по описываемой концепции и его основные результаты.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


Горшков А.В., Даммер М.Д. Что мы можем принять во внимание в итогах международных тестов.
 ВВЕДЕНИЕ
Известны, в немалом количестве, тесты общего и среднего образования, называемые международными, например, PISA, TIMSS и другие. По итогам этих тестов их аналитики предлагают рекомендации по содержанию и методам образования… Принимать ли их, и если да, то в какой мере? Сделав обзор образцов упомянутых тестов, методических рекомендаций по их проведению, официальных их итогов и частных мнений различных аналитиков, мы пришли к ряду выводов, которые и предлагаем вниманию уважаемых  читателей.
КАДРЫ
Начнём с начала начал, то есть заказчика тестов. В интернет-статьях о них пишут: тесты составляются «…с учётом международных приоритетов». Какое толкование здесь у слова «международных», применяемого ныне в СМИ в разных значениях – от правильного до политанекдотических («политкорректных»)? Ведь мы эти тесты не заказывали. Их заказывали не мы. Значит, не вредно бы и посомневаться: наши ли это приоритеты названы «международными», соответствуют ли действительные цели и задачи этих тестов нашим коренным интересам? Один референт министерства образования  РФ высказал правильную мысль, что «образование – отрасль стратегическая». Следовательно, любое воздействие из-за рубежа на нашу систему образования, на детей нашей страны, должны быть либо под нашим полным контролем, либо вообще отсутствовать.
«Принимающие страны» имеют к полным совокупным базам данных и итогам анализа вышеупомянутых тестов доступ весьма ограниченный. В частности, местные методические управления образования лишены доступа даже к непосредственным ответам тестированных здесь учащихся! Лицам, непосредственно выполнявшим проведение, как минимум, одного из этих тестов на местах, было запрещено, причём под расписку, оставлять себе каким бы то ни было способом копию ответов и даже список вопросов и задач, заданных учащемуся. Почему уровень секретности превосходит служебный, ведь если вопросы уже заданы ребёнку, то разве могут они составлять какую-либо тайну?! Почему педагоги (да и родители) лишены возможности контролировать, в частности, адекватность вопросов и задач психологии и нравственности ребёнка?
В методическом руководстве по проведению TIMSS-2008 (авторства Г.С. Ковалёвой) особо отмечается, что тесты составляются «…ведущими специалистами мира с участием российских специалистов». Верить? Однако их имена скрыты от общественного контроля педагогов, полный список плодов их труда, то есть вопросов и заданий тестов, скрыты тоже.
Отметим также, что на проведение этих тестов в масштабах России расходуется из госбюджета порядка миллиона «иностранных рублей» в год, причём амортизируя без компенсации нашу материальную базу и вырезая сутки из учебного процесса. Что получает Россия взамен? Никакого контроля вопросов, никакого контроля ответов, никакого контроля методики обработки данных, лишь несколько десятков страниц усреднённых (по всем областям и автономиям немаленькой и разнообразной страны) итогов и рекомендаций аналитиков. Верить на слово, как абсолютной истине, или, по архиепископу Тертуллиану, «Credo qwe absurdum»?
Итогом этого параграфа является сомнение в адекватности тестов их номинальным целям.
НЕОБХОДИМОСТЬ УСИЛИТЬ ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД И ОЦЕНКУ ПОГРЕШНОСТЕЙ
В опубликованных итогах есть замечание о том, что наши учащиеся плохо воспринимают условие задачи, представленное в виде экспериментального графика или набора экспериментальных точек с погрешностями, описываемого приближённо какой-либо неканонической кривой. Есть ли новизна в этом указании? На это обстоятельство уже давно обращали внимание такие выдающиеся деятели отечественного образования, как В.Г. Разумовский, А.В. Усова и другие. Следовательно, можно и нужно порекомендовать и даже обязать разработчиков учебных пособий и учителей чаще, чем сейчас, формулировать условия задач в виде набора экспериментальных точек или эмпирически аппроксимирующих их линий. Один из соавторов этой статьи, инженер-физик, подтверждает, что это действительно распространённая на практике ситуация. Но и злоупотреблять этой формой условия задачи нельзя.
Для адекватного восприятия учениками такой формы представления данных мы представляем необходимым снабдить курс физики для школ любого профиля, может быть, даже начиная с этапа пропедевтических курсов, понятием о случайных событиях и величинах, наглядными показами процесса появления и накопления ошибок – дискретизации (округления), систематических, случайных. Превосходно годится здесь доска Гальтона; также ученики охотно выполняют лабораторную работу по стрельбе в размеченную 2-координатную мишень из игрушечно-лабораторного пружинного устройства, зафиксированного под определённым углом; по студенческому опыту 1-го курса МФТИ одного из соавторов, очень красива лабораторная работа по регистрации космических лучей с помощью автоматического счётчика Гейгера как пример случайной величины, фиксируемой практически достоверно. Снабдить правилами и приёмами представления экспериментальных точек на графиках; основами теории оценки погрешностей измерений и расчётов. Ежегодно, по мере расширения математического аппарата, владеемого учащимися, эту тему можно уточнять, рассматривая всё более сложные вопросы.
Однако уровень задач, на которых авторы теста были намерены «проверить» наших старшеклассников на владение графическим методом представления данных, крайне низок и соответствует 5-6 классу или вспомогательной школе. В этом нетрудно убедиться по адресам в Интернет, где есть образцы заданий. По-видимому, авторы тестов под «владением графическим представлением данных» имели в виду далеко не то же самое,  что указанные выше уважаемые Разумовский и Усова.
Итак, задумаемся: неужели наши старшеклассники действительно владеют графическим методом хуже, чем равные по возрасту во вспомогательной школе?! Или глазам своим не верят, ищут, по привычке, «изюминку» в задаче того уровня, где её нет и быть не может, вчитываясь в не всегда хорошо (первоначально на иностранном языке, переведённое на русский) сформулированное условие задания?
АСТРОНОМИЯ И НАВИГАЦИЯ, АСТРОФИЗИКА, ГЕОГРАФИЯ И ГЕОЛОГИЯ
Судя по официальному анализу тестов, зарубежные учащиеся показывают вполне удовлетворительные знания по основам навигации и астрономии, а российские – нет, что вполне объяснимо фактом резкого сокращения в программах тем астрономического и навигационного содержания в школах и даже ВУЗах России. Неужели астрономия, навигация и астрофизика, которые входили с начальных до выпускных классов СССР в состав курсов природоведения (естествознания) и физики, объективно не нужны нашим ученикам?
За рубежом эти темы изучаются в курсах, как правило, только географии, т.к. учебного предмета «Астрономия и астрофизика» там, как правило, нет. Подражать ли нам этим странам?! По-видимому, не стоит: объекты астрономии, навигации, астрофизики, мягко говоря, выходят за пределы Земли. Но эти знания должны быть тогда во многих курсах: и в курсе природоведения (как объекты окружающего мира), и в курсе физической географии (применительно к навигации на планете Земля), и в курсе математики (планиметрия, стереометрия, в т.ч. сферическая геометрия Римана), и в курсе физики (механика, термодинамика, оптика, физика плазмы, атомная и ядерная физика, астрофизика и космология), и в курсе химии (неорганическая и органическая химия, плазмохимия), и в курсе биологии (протобиологическое вещество и структуры, живые организмы в экстремальных условиях, с перспективой возможного, в обозримом уже будущем, появления темы «методы искусственного создания живых организмов»).
Не всегда оправдана практика (в разнообразных тестах) задавать слишком грубо округлённые значения констант ради удобства вычислений в тесте (угол наклона оси вращения Земли, ускорение свободного падения и др.).
Педагогически неверно требовать от знающего ученика фальсификации знаний в угоду тесту, рассчитанному на уровень «средний». Например, в физике известно, что атом в высоковозбуждённом состоянии может иметь размеры на несколько порядков больше тех, которые названы в учебнике как «типичные», и что на внутриядерные процессы заметно влияют не только высокоэнергичные воздействия или потоки нейтронов, но и низкоэнергичные (от десятков кЭв до единиц Эв на атом). Таким образом, физически правильно ответивший ученик (знающий факты свыше учебника) будет таким тестом квалифицирован как неправильно ответивший.
Итак, неудачные ответы наших школьников могут быть вызваны вырезанием астрономической компоненты в школе (под предлогом перегрузки) или неточными формулировками условий задач.
В любом случае, школа явно нуждается в восстановлении предмета «Астрономия и астрофизика», причём и во включении отдельных таких тем, задач в состав курсов природоведения, математики, географии, физики, химии, биологии, обществоведения (ведь существуют юридические аспекты, международные договоры о космических объектах – надо ясно представлять себе объект договора во избежание нелепых казусов), и в виде отдельного учебного предмета (собственно астрономические факты, методы, связи с иными ветвями науки и предметами математического, естественно-научного и гуманитарно-общественного циклов). Это очень интересный учебный предмет, причём и дающий собственные знания, и служащий крепчайшим связующим звеном между учебными предметами, кажущимися школьнику, на первый взгляд, «разными науками».
Геологические знания школьников ограничены рядом картинок в младших классах, по естествознанию. Между тем вполне возможно сделать геологию ещё одним крепким связующим звеном между математикой (кристаллография, группы Фёдорова и др., геодезия и топография), физикой, химией, биологией, географией (физической, экономической, политической), астрономией (навигация) и др. вплоть до физкультуры (походы с участием профессиональных геологов, геодезистов, гравитометристов) и НВП.
ЭКОЛОГИЯ И ВАЛЕОЛОГИЯ
Аналитики теста отмечают слабое владение учащимися экологическими и валеологическими темами. Это связано, во-первых, с тем, что темы эти объективно в высшей степени многосторонние, и просто «за пять минут» дать какую-либо рекомендацию в реальных ситуациях невозможно.
Пример 1. Уверяют, что якобы промышленные выбросы СО2 являются главной причиной глобального потепления, но, во-первых, его выброс вулканами и ночным океаном на порядки больше, а во-вторых, молекулы воды, обладая меньшим «эффективным сечением» рассеяния ИК излучения, имеют большую концентрацию в атмосфере, и вклад воды и углекислого газа сопоставим, в-третьих,  есть мнение, что у катастрофического потепления есть и внеземные (солнечные) причины. Следовательно, все задачи на тему сокращения выбросов углекислого газа, особенно игнорируя тот факт, что США дают около 40% всемирных промышленных выбросов этого вещества и не намерены присоединяться к Киотской конвенции (ограничивающей права развития слаборазвитых стран и практически никак не стимулирующей страны – владельцы лесов), будут далеки от действительности.
Пример 2. Уверяют, что необходимо запрещение производства фреонов (хладонов) из-за «озоновой дыры», но, во-первых, сечение плазмохимического процесса «прилипание» электронов к молекулам воды хотя и на порядки меньше, чем у фреонов, но концентрация воды в атмосфере на порядки больше, чем фреонов, следовательно, вклад фреона в необразование и в разрушение озона сравним со вкладом обыкновенной воды, во-вторых, фреон как газ тяжёлый концентрируется преимущественно в нижних слоях атмосферы, между тем как озон эффективно образуется преимущественно в верхних. Препятствие плазмохимическим реакциям, образующим озон, и катализ разрушения озона производится многими органическими молекулами, а также SF6 (электроизоляционным газом), но никто не думает запрещать его применять. В-третьих, «озоновая дыра» временно увеличивалась в связи со снижением ионизирующей активности Солнца, это образование временное и вызывает ужас лишь в условных цветах на экране монитора впечатлительного гуманитария. В-четвёртых, шум и гам насчёт «фреоновой опасности» был вызван производителями холодильных агрегатов на аммиаке и углеводородах с целью устранить «фреоновых» конкурентов, а также конкурентами производителей военных и бытовых высокоэффективных фреоновых огнетушителей. Существуют огнетушители на гексафториде серы, но это газ, который ещё труднее, чем фреоны, разлагается или фиксируется в природе и ещё больше тормозит реакции образования озона. В химчистках фреоны можно заменить на вещества с меньшим сродством к электрону. А в холодильных агрегатах, герметичных десятками лет, фреон совершенно безопасен и высокоэффективен технически, выше КПД; технология утилизации и разложения фреона (например, электронно-пучковая) известна. В-пятых, в годы повышения ионизирующего излучения от Солнца концентрация озона (газа ядовитого с ПДК приблизительно таким же, как и у синильной кислоты) в верхних слоях атмосферы возрастает, стерилизующая способность УФ излучения от Солнца снижается, и резко возрастает количество эпидемий остроинфекционного происхождения.
Пример 3. Известны громкие крики на тему «не допустим переброски части стока рек с севера на юг» и «кто продаёт или покупает воду, всегда будут бедными». Но технические, экономические, экологические расчёты и моделирование (например, проект Зорина о стратегических трубопроводах Иртыш–Средняя Азия, Обь–Средняя Азия, Каспий–Арал) говорят, что при себестоимости воды вполне выгодной экономически переброска единиц % стока Оби в Среднюю Азию не нарушит, а улучшит экологические условия не только в Средней Азии и Афганистане, но и в Казахстане, на Южном Урале, на юге Западной Сибири и в Южном Поволжье, т.к. из-за господствующих сезонных ветров испарившаяся в Средней Азии вода появится в виде осадков в России во влагонедостаточных местностях и будет способствовать единству с Россией вышеупомянутых республик. Но, вопреки расчётам, учащегося обязывают считать все такие проекты бредом и экологическим вредом. Тем не менее, недавно Китай начал, в своих интересах, реализацию проекта, технические решения и основные параметры которого тождественны проекту Андрея Зорина. Всё произошло как обычно: засилье невежества и отсутствие политической мудрости в России.
Если бы авторы тестов рискнули включить в свои тесты расчёт вредоносности эрзац-продуктов, расчёт демографического ущерба в России за 1991–2007 гг., вред здоровью от тотальной и принудительной компьютеризации школ с начальных классов, вред головному мозгу от радиоизлучения мобильных телефонов, вред от алкоголизации и никотинизации, вред от гиперфармакологизации, расчёт загрязнения, вызванного затратами горючего на вывоз мусорных мешков с обыкновенными опавшими листьями и сжиганием этих мешков на свалках, по сравнению со сжиганием его в кострах, расчёт вредоносности индивидуальной автомобилизации в городах по сравнению с общественным транспортом, особенно подземным, то можно было бы говорить о безвредности тестов по экологии в среднем. Но направленность почти всех заданий тестов по экологии одинакова – привить школьнику подсознательные фобос и деймос (страх и ужас) перед развитием науки, техники и промышленности, представляя его чуть ли не как абсолютное зло. Но при этом, парадоксально, ни одно из предприятий развитых капиталистических стран критике не подвергается. Напомним про то, что одни лишь США (около 5% человечества) создают около 40% промышленных загрязнений всего мира.
В заключение этого параграфа замечание об одной из задач TIMSS-1995. Про сверчков, верещащих с частотой, якобы зависящей от температуры – это была в ряде научно-популярных журналов, в т.ч. в «Наука и жизнь», такая первоапрельская шутка. Зачем шутку выдавать за факт, то есть вбивать чей-то бред в головы учащихся?! Ведь многие поверят «учёным с мировым именем», авторам TIMSS… Может быть, это и есть одна из целей такого «теста» – вбивать в подсознание детей заведомо ложные факты?
МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧАЩЕГОСЯ КАК ОДНО ИЗ НЕОБХОДИМЫХ УСЛОВИЙ ГОТОВНОСТИ, СОЦИАЛЬНЫЙ И ПОЛОВОЙ СОСТАВ
Тесты проводились как не столько образовательный, сколько разведывательно-социологический эксперимент, и собирали массу сопряженной информации об участниках, их родителях, образе жизни, нравственности, образе мышления и общей эрудиции. Это позволило, кроме прямых целей теста (сбор информации по регионам об интеллектуальном, социальном и моральном положении, внедрение определённых стереотипов в мышление тестированных, навязывание определённых рекомендаций нашей системе образования и др.), выявить прямую корреляцию между уровнем материального благосостояния учащегося и его баллом на этих тестах. К сожалению, в официальных итогах не назван коэффициент сей корреляции и даже не сказано, какая она по порядку величины – слабая, средняя, сильная? Выражение «прямая корреляция» малоинформативно. Мы и без того давно знаем, что, с одной стороны, «голодной куме всё хлеб на уме», с другой стороны, «сытое брюхо к учению глухо».
По длительности эти тесты не охватывают времена СССР и поэтому, в связи с объективным фактом нынешнего падения благосостояния общества в разы по сравнению с 70-ми – 80-ми гг., не могут иметь выводом о том, хороша или плоха образовательная программа СССР. Тем не менее, отдельные аналитики итогов этих тестов, критикуя нынешнее положение с образованием в РФ, безосновательно принимаются винить в этом образование в СССР. Примеры тому мы увидим далее.  По итогам «тестов», США с 1995 по 2003 г. улучшили свои показатели по критериям этих тестов, а Россия – ухудшила; винить в этом СССР абсурдно, это коррелирует с продолжающимся «стабильно» низким уровнем жизни, судя по базам объективных статистических данных.
Судя по таблицам итогов олимпиад по физике и математике, где первые места занимают Китай и Россия, а по физике США конкурирует с Ираном, причём в этих таблицах ещё недавно очень хорошо шли Югославия, Венгрия, Польша, Чехословакия, а сейчас опустились далеко вниз, выявленной корреляции как прямой можно верить. Толковать её следует, по мнению автора, так: хорошая материальная обеспеченность является необходимым условием учебно-научных успехов, но не достаточным. Также необходимыми являются материальная база школы и хорошая зарплата учителей, правильные учебные комплексы, позитивное нравственное отношение к учению и науке.
Контингент, пригодный к исследовательской работе, то есть владеющие сложными абстрактными понятиями, успешно и систематически применяющие знание законов природы для решения задач и т.п., по итогам тестов, невелик – около 6%; впрочем, такой порядок величины не содержит новизны и соответствует уклонению от среднего более чем на 2-3 стандартных отклонения в лучшую сторону. Различие итогов у базовых школ и у специализированных , в относительных величинах, не более 10-15% , причём между сельскими и городскими – ещё меньше. Это аргумент в пользу тезиса, очевидного  автору, что для успешного развития науки необходима не формальная, а «истинная элитарность», то есть всеобщий и бесплатный охват образованием средним, строгие испытания с нелицеприятным отбором, перевод на новую ступень обучения большей трудности – перевод отобранных, то есть готовых к восприятию более сложного, чем средний учащийся, и вновь аналогичный цикл на более высоком уровне, и т.д. Общество затрачивает на образование в десятки раз меньше, чем получает вследствие него: действительно, тиражирование знаний обходится на порядки дешевле, чем их первичная добыча. Образование не должно приносить прибыль непосредственно – это было бы смешение понятий, подмена целей. Образование – это богатство общества в целом. И учащийся должен понимать, что общество заинтересовано в его работе на благо нашего общества, а не чужого. Но это выходит из области методики образования в область воспитания. Тем не менее очевидно, что слабое финансовое состояние учащегося не должно затруднять получение им образования. Иначе мы лишимся науки. Лишь при максимально широкой социальной базе, лишь при всеобщем охвате образованием мы будем получать хотя бы малое количество пригодных к рывку вперёд в науке и технике, тех считанных единиц людей, кто способен добыть новое знание и при этом предоставить его на благо всего нашего общества. Ради этих, готовых к созданию нового знания, людей, можно и нужно затрачивать больше ресурсов, чем в среднем. Разница в широте и глубине знания даже в 10% на одном этапе образования растёт в геометрической прогрессии с увеличением количества этапов. При этом важно учитывать, что из-за случайных причин – несчастные случаи, болезни, разное иное – у каждого конкретного человека качество знания колеблется по времени значительно сильнее, чем на 10%. Поэтому ни один из этапов образования не должен быть для него закрытым навсегда. Но открываться вход на очередной этап образования должен лишь тогда, когда учащийся готов к этому этапу. Никакого отношения к способности заплатить деньги готовность к получению образования не имеет.
Аналитики отметили, что происходящее в школе РФ в годы существования тестов снижение средних баллов и по математике, и по естествознанию в России происходит преимущественно за счёт снижения результатов у наиболее подготовленных учащихся, причём особо сильно это по подмножеству мужского пола. Автор сих строк понимает это так, что деградация общества больнее всего бьёт по самым талантливым, причём особо больно – по мальчикам: им назойливее подсовываются через СМИ иные "ценности" и цели, внушается пренебрежение, презрение и отвращение к образованию, науке, изобретательству, творчеству и трудовой деятельности вообще. Девочки же, по данным исследований А.Егидеса и др., обладают значительно более узким распределением свойств – и физиологических, и психологиченских, и нравственных, и умственных, чем мальчики, следовательно, можно предположить, что девочки (как и взрослые женщины) являются преимущественно ядром устойчивости нашего общества, а мальчики – точнее, только положительное (в нравственном смысле) крыло распределений – преимущественно развивающей (в положительном смысле) силой его.
Поддерживая предложение авторов официального итога тестов об укреплении и повышении социально-экономического положения семьи, о помощи детям из бедных семей, надо осознавать, что бороться надо не только со следствием (бедностью), но и с причиной (законодательными условиями социального коллапса).
МАТЕМАТИКА КАК НЕПРЕМЕННЫЙ ЯЗЫК НАУКИ
Положительно характеризует тест соответствующий заслуживающим доверия источникам факт необычного для среднемирового высокого % учеников, которым нравится, причём успешно осваиваема,  математика, и в целом высокий уровень математической подготовки. Следовательно, Россия обладает уникальным (в разы выше остальных стран) математическим, а следовательно, и естественно-научным и передовым техническим потенциалом, а равно и потенциалом социально-экономических наук и практики. Следовательно, России следует особое внимание уделить полноценному и посильному, самоохотному развитию математических способностей, знаний, умений, навыков,  понимания с как можно более ранних лет учащегося. Математика – это и интересные игры, и пространственное воображение, и развитие логики и ясности понимания и риторики, и важнейший из инструментов объективного познания. То, что может без значительного ущерба обойтись без математики, наукой не является (иное – относится к искусствам, практикам и др.).
В TIMSS-1995 лучшие по математике – Франция, Россия, Швейцария. Но ведь то, что Франция, Россия и Швейцария, а также Великобритания, Германия, Польша, Венгрия раньше были среди лучших математических стран мира – мы давно знаем и без TIMSS. А что в Германии, Венгрии и США ныне математические успехи значительно хуже наших – неудивительно, мы знаем исторические события и моральное состояние этих обществ. Математика нравится 83% наших учащихся, причём 28% учащихся планируют заниматься математикой профессионально (в т.ч. в прикладных областях, связанных с инженерией, бизнесом, медициной, естественными науками). Для сравнения, во Франции математика нравится 80% учащихся, но заниматься ей (в тех же областях) планируют лишь 12%. Во всех остальных странах картина прискорбная – там будущих математиков (как «чистых», так и прикладных) лишь от 1 до 6%. Но это проблемы не наших стран. Не надо из их проблем делать наши.
Аналитики предлагают ввести в младших классах, для развития пространственного воображения, пропедевтическое обучение геометрии – хотя бы на уровне игры. Да хоть с детского сада! И не только геометрии! Я согласен, я сам помню, что даже арифметика, тем более конструирование фигур и основы геометрии и естествознания в дошкольном возрасте были одними из интереснейших занятий, чему немало способствовал журнал «Наука и жизнь», а также детсадовские игрушки, головоломки, конструкторы, занятия по изобразительному и скульптурному, музыкальному искусствам, несложные оптические и электрические, механические устройства и опыты и др.
Курс математики должен быть ежедневным, и не следует стесняться членить его на необходимые в школе составляющие под разными названиями – арифметика, алгебра, геометрия (евклидова планиметрия, стереометрия, и даже основы геометрии Римана и основы геометрии Лобачевского, потому что позже они будут использованы в географии и физике), аналитическая геометрия и линейная алгебра (резко упрощающие решение сложных систем уравнений, позволяющие резко упростить формулы физических закономерностей с участием векторов, скалярного и векторного произведений, комплексных чисел и кватернионов, винтов) комбинаторика и основы теории вероятностей, основы математического анализа, теория информации и кодирования, и некоторые другие направления в математике, при этом подчёркивая их математическое единство и взаимосвязь с различными предметами в школе. Внешнее разнообразие ветвей математики позволит не заскучать, является разновидностью активного отдыха и облегчит освоение математики в целом.
Это, в свою очередь, позволит резко облегчить учащемуся понимание ряда тем по физике, химии, биологии, психологии, обществоведению (в т.ч. экономике), ибо вместо громоздкого и неоднозначно воспринимаемого бытового понятийного инструментария можно будет использовать краткий, ясный, единообразно толкуемый математический понятийный и операционный инструментарий. Лучше долго запрягать – то есть с ранних лет неспешно и глубоко учить математике, –  зато быстро ехать – то есть ясно, чётко и мощно использовать общенаучный язык – математику – в естественно-научном, технико-экономическом, медицинском и даже, иногда, гуманитарном образовании, чем быстро запрягать, да долго и невнятно ехать.
В частности, я совершенно одобряю возвращение в школьную практику учебника математики, содержащего основы математического анализа, комбинаторики, теории вероятностей, что блестяще сделано в курсе авторского коллектива из Колмогорова, Виленкина и других, и основы стереометрии, что сделано в курсах Колмогорова и Александрова.
Математику в школе следует преподавать с умеренным опережением её применения в курсе физики, других естественных, а также и общественных наук (приблизительно на год, а в 11 классе – со всё меньшим и меньшей задержкой, тщательно согласовав с курсом математики курсы естественных и общественных наук). Начав преподавать физику, химию, биологию, психологию, общественные науки как разные учебные предметы, необходимо по ходу этих курсов указывать и закреплять их взаимосвязи – это почти общепринято и безусловно правильно.
В Венгрии и Японии алгебраические темы в выпускном классе не изучают. Неудивительно, что на олимпиадах по математике и физике за последние 18 лет Венгрия скатилась вниз, ближе к Японии. Хотя это и далеко не единственная причина их неуспехов.
В отчёте TIMSS-1995 г. в задаче требуют вычислить предел функции, зависящей только от h, при x, стремящемся к нулю; обратите внимание, что ни от какого x функция не зависит. Среди набора вариантов ответов правильного нет. Ученик должен догадаться, что автор задачи – халтурщик.
В задании 9, про «экспоненциальный» рост колонии бактерий, авторы задачи не подозревают, что экспоненциальной называют любую показательную функцию, а не только с основанием числа Эйлера е. Посредственный школьник задачу решит легко, а российский отличник должен будет предварительно догадаться, что автор задачи малокомпетентен. Если автор задачи сомневается в правоте сих слов, то пусть докажет, что якобы не существует таких чисел А и C, что exp(x)=A^x/C. Кстати, на самом-то деле колонии бактерий растут вовсе не по экспоненциальному закону. Знающему школьнику будет труднее решать примитивную задачу, чем полузнайке.
Курс макроэкономики необходимо значительно скорректировать, чтобы из схоластической псевдонауки она стала бы (см. направления в экономической теории «математическая экономика, физическая экономика») действительно наукой, описывающей, предсказывающей и управляющей действительными событиями, а не одними лишь модельно-вымышленными, приводящими общество к хронической катастрофе типа текущей ситуации в стране и в общем мире. Для этого следует вместо 5-го класса начинать его не ранее 9-го класса, т.е. лишь тогда, когда ученик владеет математическим инструментарием и достаточно крепок нравственно. И ещё необходимо «птичий» язык экономики (с извращённой системой координат, термины «предельная оценка» вместо «производная» и др. псевдонаучный сепаратизм) привести в единство с общенаучным языком – математикой. И вместо коллекции догматов не стесняться искать фундаментальные, всеобъемлющие теории, из которых следуют вышеупомянутые догматы лишь как частные случаи, даже если эти теории противоречат официальной политической линии. Это наглядно покажет преимущества математического метода в науках о природе и обществе по сравнению с «вдохновением».
Аналогично можно порекомендовать поступить и с общественными науками. В частности, методы управления в обществе могут и должны быть научно (прежде всего – математически и естественнонаучно) обоснованы. Такие исследовательские работы известны и признаны. Более того: известны даже начала логического обоснования нравственности (Бертран Рассел, Кун Фу-цзы и др.).
Цитата из официального анализа: «Традиционно сильные стороны российского школьного естественнонаучного образования, в значительной степени направленного на формирование основ наук (физики, химии, биологии и физической географии), не могли проявиться в данном исследовании, поскольку оно было направлено на реализацию других задач …». Я согласен с этими словами.
КРИТИКА АБСУРДНЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ОФИЦИАЛЬНЫХ АНАЛИТИКОВ
«… в большей степени ориентированных на требования современного информационного общества». Почему авторы  цитируемого анализа считают современное общество «информационным» (есть много модных теорий общества) – для меня загадка. Так их учили?! Вообще-то любое общество всегда было в той или иной мере информационным. И общество никогда не станет преобразовывать информацию одной лишь информации ради. У общества есть вообще-то свои собственные интересы… Я понял цитату так, что авторы анализа, вольно или невольно, грустят скорее о том, что Россия всё ещё не перешла на полное обслуживание чужих информационных интересов, отбросив свои сильные стороны.
Только что упомянутый в анализе факт высокого уровня математической подготовки учащихся России официальные аналитики тестов толкуют как … якобы «перегруженность» наших учеников математическими знаниями и рекомендуют курс математики в школах РФ обрезать! Удивившись такой логически безосновательной, даже абсурдной, трактовке, полюбопытствуем о списке лидеров и аутсайдеров списка  итогов… Там результат ещё более удивительный! Опережая ведущие математические и вообще научные державы мира – Францию, Великобританию, Россию, Германию, идут малые и удельно богатые страны, редко имеющие отношение к науке вообще и физике с математикой в частности. Это наводит на мысль о неадекватности если не теста, то трактовки его итогов. Вместо усиления единственного, хотя и давно известного, и в очередной раз выявившегося, даже по этим тестам, преимущества России в области математики – аналитики предлагают нанести удар как раз по нему. Чтобы посадить РФ на общую грядку в вышецитированных «международных интересах», вероятно?
Цитата: «Результаты выполнения международного теста по естествознанию выявили достаточно [подчеркнул я – А.В.Г.] низкий уровень естественнонаучной грамотности российских учащихся, не соответствующий основным требованиям, сформулированным ведущими специалистами мира в области школьного естественнонаучного образования, которые были реализованы в исследовании PISA-2006. Это означает, что российские учащиеся 15-летнего возраста уступают своим сверстникам из многих стран мира (33-38 место на международной шкале) в способности:
- осваивать и использовать естественнонаучные знания для приобретения новых знаний, для объяснения естественнонаучных явлений и формулирования выводов в связи с естественнонаучной проблематикой;
- понимать основные особенности естественнонаучных исследований;
- демонстрировать осведомленность в том, что естественные науки и технология оказывают влияние на материальную, интеллектуальную и культурную сферы жизни общества;
- проявлять активную гражданскую позицию при рассмотрении проблем, связанных с естествознанием.»
Здесь нужны, здесь совершенно необходимы комментарии к цитате.
В стране, где лет 20 слова «учитель, учёный, наука» в СМИ смешиваются с грязью, где даже в детском киножурнале «Ералаш» учитель предстаёт в виде то монстра, то маньяка, то ещё хуже, в стране, где двоечники и троечники стали жить и богатеть не по дням, а по часам, а отличники – подыхать на службе обществу в нищих больницах, в НИИ и КБ, в армии, в стране, где учёным в СМИ приписывают все существующие и несуществующие грехи, положительного отношения учащихся к математике и естественным наукам, как в официальной политике и господствующей идеологии, так и в бытовых предрассудках ждать не приходится. Это раз.
Является ли в таком содержании слово «достаточно» следствием невысокого знания авторами цитированного источника русского языка или является невольной оговоркой, автору сих строк кажется маловажным.
Что за загадочные «ведущие специалисты» из стран, где педагогика не признаётся за науку, зато науками признаются теология и астрология, я не знаю. Это два.
Как из приведённых в примерах тестов (опоздавших по возрасту года на 3) можно «приобрести новые знания», автору сих строк непонятно. Может быть, читатель поймёт? Вероятно, наши учащиеся смеются минут по 10 над каждой из задач, что мешает им набрать 100% результат, мысленно вообразив себя на месте типичного западного школьника. Я не заметил среди образцов тестов PISA, TIMSS заданий на глубокое понимание физики, химии, биологии, всё ограничено уровнем, далёким от выпускного класса.
В каком примере тестов PISA, TIMSS можно применить знания «основных особенностей естественнонаучных исследований»; или имеется в виду распространённое слабое владение методикой физического эксперимента из-за распространённой нехватки лабораторного практикума, пренебрежения к оценкам погрешностей или слабого владения ими – при широком, часто нецелесообразном, «засилье» компьютерных моделей («симуляций»), порой неадекватных (можно привести и примеры такие)?
Как «проявлять активную гражданскую позицию», по морали какой страны, какого народа; неужто выбирать между фильмом про «покемонов» и фильмом про «призраков замка», судя по содержимому тестов; или хвалить запрет экспериментов по клонированию живых существ под религиозными, буквально-юридическими и фантастическими мотивами, замалчивая главную причину такого запрета – возможность злоупотреблений клонированием?! Да и «старательно забыли» давным-давно клонированных впервые в мире, в СССР, и цельную морковь, и мышку Машку, жившую в г.Пущино, повсеместно в СМИ одна лишь несчастная овечка Долли. Фраза «я должен навещать бабушку» шокирует русского, татарина и др., но типична для американской морали, иных комментариев не имею.
Цитата: «Сравнение результатов России с другими странами явно показывает отличие приоритетов отечественного общего образования от приоритетов, характерных для многих стран. Результаты международных сравнительных исследований … свидетельствуют, что уровень предметных знаний и умений российских восьмиклассников не ниже или превышает …» Да, в нашей стране в образовании принцип – фундаментальность и цельность, «почему это происходит в природе вообще и обществе в частности»: поняв, можно объяснить и применить; за рубежом же школа, судя по единодушным очеркам разных авторов, поделена на массовую – низкого уровня, и элитную – уровня советских общеобразовательных и специализированных школ и, следовательно, принципом там является утилитарный и лоскутный – «как это и только это сделать практически»: отсюда никак не следует понимание, отсюда следует совокупность «кулинарных рецептов» и сумма частных случаев. То есть, вместо политехнического принципа, то есть дачи естественно-научных фундаментальных основ  и максимально обобщённых технических решений прикладных задач, для массовой западной школы («Болонская система» и т.п. эрзацы образования) характерен ремесленно-утилитарный, сумма рецептов. Но продолжение цитаты: «…в настоящее время, обеспечивая учащихся значительным багажом предметных знаний, российская система обучения не способствует развитию у них умения выходить за пределы учебных ситуаций, в которых формируются эти знания. Одна из причин этого явления – крайности в реализации академической направленности российской школы». Крайности, если они действительно есть, нужно исправлять, но при этом не впадать в противоположную крайность. Это три. Поэтому проверим, адекватно ли авторы теста считают свои задачи «практически важными», и, следовательно, поймём, правда ли в нашем образовании есть «академические крайности»…
В одной геометрической задаче (уровня старшеклассников США или наших 8-классников) некто натянул канат для подвесной дороги в струнку – и шокированы те (уровня 9-классников РФ), кто имеет хоть малейшее понимание о силе растяжения весомого каната с вагончиком, если канат вытянуть в прямую, и те, кто сам катался на подвесной дороге. Ничего общего! Автор задачи представления не имеет о подвесной дороге! Придумал бы он лучше аналогичную задачу про тень или про луч звезды…
В другой задаче учащийся мучительно думает об открывальщике заслонок на каналах – то ли он хочет и вправду найти неисправную, то ли издевается над земледельцами, старательно выбирая изо всех способов наихудший? Условие задачи нагромождено.
В третьей задаче российскому старшекласснику предлагают сделать выбор между просмотром фильма типа «Покемоны» и ещё несколькими такого же олигофренического типа.
В четвёртой – про размен валюты – нам становится наконец-то всё понятно: это примитивные задачки, но с бессмысленно запутанными до степени извращения условиями, образцово нелепыми формулировками задач. «Был ли обменный курс в пользу Мак-Лай, когда она снова обменяла?». Ах, она всё-таки обменяла, причём снова (ранее о состоявшемся первом обмене ни слова, более того, очень старательно у читателя было вызвано ощущение, что девушка-шотландка, носящая фамилию наподобие великого российского учёного и гуманиста, украинца Миклухо-Маклая, выдаваемого британцами повсеместно, особенно в Новой Гвинее, за шотландца, а на самом деле – потомка запорожского казака Степана «Макухи» «Махлая», жалованного во дворянство и решившего «облагородить» написание фамилии, валюту менять не решилась)… а в пользу – это по отношению к начальному состоянию или к промежуточному? О чём же спрашивает автор задачи, не дружащий с русским языком? Слава богу, у нас учат речи не маразматической, а ясно излагать свои мысли. Иное есть педагогический брак или из серии головоломок на досуге.
«Проблемы» покупки ненужных вещей – из этой же оперы.
Нас с детства учат любую практическую проблему – осознать, что есть она у кого-то и надо ли её нам решать на самом-то деле, и если надо, то ясно и общо сформулировать, выявить причины, мешающие её решению, и т.д. Но в критикуемых же тестах «проблемы» авторов тестов не являются проблемами с точки зрения наших учащихся. Так, с проблемой «покемонов» разумный школьник расправится просто – плюнет на них и уйдёт, ибо есть занятия полезнее.
Цитата: «… способствовать усилению практической направленности в обучении». По моему опыту преподавания в ВУЗе математики студентам квазигуманитарных специальностей (социологи, юристы, экономисты), попытки дать после абстрактных теорем и формул какие-либо практические задачи, связанные с теорией вероятности и её применением в экономике, обществоведении, криминалистике, наталкиваются на резкую морально-политическую поляризацию аудитории и серийные кляузы, сводящиеся к тому, что … преподаватель даёт прикладные задачи и делает из них практические выводы по методам управления безопасностью, экономикой и обществом в целом, вследствие чего заведующий кафедрой приказывает решать математические задачи лишь в абстрактной форме, категорически избегая малейшего намёка на отношение этих задач к общественно-экономической и общественно-политической практике. В качестве грустной шутки можно указать на то, что выражение «это политическое решение» давно уже стало означать «решение принято без малейшего научного обоснования и противоречит здравому смыслу подчинённых, но воспрепятствовать его осуществлению невозможно по административным причинам».
Я бы рекомендовал, по опыту своему и других коллег, «практичность» по физике реализовывать через развитие принципа политехнизма, то есть ни в коем случае не лоскутной суммы фактов, а фундаментального физического знания, являющееся основой современной техники, а все частные устройства и технологии, изобретения можно преподавать учащимся (с целью экономии совокупного времени) как решение конкретных, но достаточно общих практических задач по пройденной теоретической теме – с обязательным указанием впоследствии на то, кто, когда и где решил её впервые в мире, и где это применяется ныне. Заодно такой приём преподавания способствует общей эрудиции и патриотическому воспитанию учащихся, т.к. оказывается по статистике, что более 20% познавательно великих и практически важнейших открытий и изобретений мира сделали наши соотечественники, что ничуть не хуже, чем во Франции, Британии и Германии, и значительно лучше, чем в США и др. остальных странах мира. Более того, оказывается, что учащиеся физического профиля ФМЛ №31 после значительной практики, тренировки успешно решают и «экономически» сформулированные задачи, а также заданные в форме нерешённой задачи практически важные проблемы (из самых разных областей деятельности) даже с нечёткими условиями, с недостаточными условиями, с избыточными условиями, и даже – высший пилотаж – если проблема указана с наличием неверной цели (то есть иногда способны исправить ошибочную цель, сформулировать проблему заново и решить так исправленную задачу)! То есть, на физических, химических, биологических явлениях учащийся  способен набрать опыт в естественно-научных и математических методах их исследования и управления и применить их к иному объекту – индивидуально-психологическому, коллективно-психологическому, к обществу, в т.ч. международному, всемирному.
Цитата: «В то же время по естествознанию по ряду внепрограммных заданий российские учащиеся продемонстрировали очень хорошие результаты. Это свидетельствует как об информированности российских школьников, так и об их значительном интеллектуальном потенциале.» Здесь необходим комментарий: это свидетельство вовсе не информированности (т.к. невероятно случайно знать именно факты, «решающие» данное внепрограммное задание), а способности «с нуля» построить решение задачи исходя из самых общих, фундаментальных фактов. Следовательно, критика авторами официальных итогов тестов фундаментальности программы нашей школы есть антилогичность.
Далее авторы официальных итогов в очередной раз критикуют старинный российский обычай домашних заданий (97%) и настойчиво, очень настойчиво требуют от него отказаться под тем предлогом, что в мире этого почти нигде якобы нет. Между тем на «почти соседних» страницах того же документа выясняется, что он очень даже есть и в элитных школах Японии, быстро догоняющей Запад и Россию по уровню образования, и известно, что он есть в «действительно элитных» средних и высших учебных заведениях ряда стран мира, в т.ч. Западной Европы и США. Точнее сказать, домашнее задание есть всё-таки везде и составляет в мире в среднем 43%. А вот в массовой школе Японии (ориентированной на кодекс безусловного послушания старшему и на кропотливую работу на конвейере), а также в Корее, домашних заданий лишь 5%. Во-первых, в традиционном японском и корейском жилье с комнатушками площадью 2 татами с бумажными стенами делать без помех домашнее задание практически невозможно. Во-вторых, Япония, вопреки рекламе, не блещет объективными успехами в науке и технике, на всемирных предметных олимпиадах школьников занимает невысокие места (ниже южнокорейских), а промышленность Южной Кореи принадлежит в основном иностранцам; неужели это показатель высокого развития?! Навидавшись различных иностранных учебных курсов, например, США, в значительном количестве, могу на основании презентаций этих курсов утверждать, что они носят характер скорее вводный (развлекательно-познавательный), нежели глубоко познавательный. Если математический анализ в рядовых ВУЗах тех стран изучают начиная лишь со 2-го, а то и  3-го курса, а в Израиле таблицу умножения изучают лишь в 4-5 классе, то что же можно там изучить – есть у них домашнее задание или нет, всё едино. Итак, домашнее задание как одна из форм самостоятельной работы необходимо для закрепления пройденного материала, для осуществления ветвей обратной связи «ученик–учитель», позволяющий выявить ошибки понимания учеником и даже ошибки преподавания учителем. Иное есть традиции догматизма и развлекательности, т.е. создания «ощущения познания» без действительного познания. Не следует подражать США. Соединённые Штаты в последние несколько десятков лет не в состоянии обеспечивать сами себя научными и педагогическими кадрами в желаемом ими количестве и качестве. Современная система образования США не обладает свойством даже простой самовоспроизводимости. Ныне она компенсирует эти дефициты за счёт иммиграции. И вообще, лучше час делать домашнее задание, помогающее познать мир, и идти играть в хоккей во дворе, чем час смотреть «Бивиса и Батхеда», «Покемонов», «Симпсонов», «Масяню», «Чикагскую резню бензопилой» и т.д., и т.п., а потом подражать персонажам этих «шедевров» словом и действием.
Далее авторы официальных итогов предъявляют низкий показатель «компетентность в решении проблем» и уверяют, что это есть вина российской школы. Давайте разберёмся в сущности проблемы. Во-первых, проблемы из сих тестов лишь модельные. Упрощённые по сравнению с действительностью. Игры менеджеров. Как быть тому «несчастному» школьнику, который знает обстоятельства, о которых не ведает или умалчивает автор тестовой «проблемы»? Вы же знаете, есть даже в математике «некорректно по Адамару поставленные задачи» математической физики, у которых сколь угодно малое изменение граничных условий может привести ко сколь угодно большому изменению результата аналитического решения. А действительная жизнь ещё сложнее. Следовательно, мнение автора модельной «проблемы» и действительность могут расходиться сколь угодно далеко и учащийся, ответивший якобы неправильно, может быть ближе к объективной истине, чем автор «тестовой проблемы». «Успешное» решение модельной проблемы вовсе не обязательно ведёт к успешному решению действительной проблемы. Более того, иногда то, что выдаётся за проблему, таковой в действительности не является.
Тем не менее, следует возродить утраченную, славную ранее в СССР, традицию тренировочных «комплексных задач» и «загадочных картинок», бывшую в научно-популярной литературе в 50-е – 80-е гг., требующие внимательности, широкой эрудиции, а при её отсутствии – развивающие их!
В интернет-литературе некто Кононов по просьбам трудящихся раскрывает содержание термина «международные приоритеты» – это требования к выпускникам школы уметь «считать деньги, заполнять договоры, работать бухгалтером, иметь права на управление компьютером и понимать обращение на иностранном языке». Мне это очень напоминает прожект Адольфа Гитлера для «восточных территорий» – «арифметика, грамматика, закон Божий и понимать команды на немецком языке».
ИЗ ИНТЕРВЬЮ С Г.С. КОВАЛЁВОЙ, Г.КРАСНЯНСКОЙ И Э.ДНЕПРОВЫМ
«PISA дает объективную информацию о состоянии образования в стране. Ключевой вопрос исследования: "Обладают ли 15-летние подростки, получившие общее
обязательное образование, знаниями и умениями, необходимыми для жизни в
обществе?" То есть проверяется не глубина освоения школьных дисциплин, а
способность найти им применение. В этом наши ребята, к сожалению, слабы.»
Мой [А.В.Г.] комментарий: учитывая примитивизм предложенных задач и нехарактерность жизненных ситуаций для нашего общества, выражаю глубокое сомнение в каждом из вышеприведённых тезисов Г.С. Ковалёвой.
«Российский ученик может решить сложнейшую задачу, но проанализировать данные, увы, не в состоянии. Приведу пример. Одно из заданий PISA звучало так: "В
телепередаче журналист показал диаграмму и сказал, что в 1999 году по сравнению
с 1998-м резко возросло число ограблений. Считаете ли вы, что журналист сделал
правильный вывод?" Hужный ответ – "нет, такой вывод сделать нельзя, так как
представлена только небольшая часть диаграммы". Его дали лишь 3% (!) россиян,
97% ответили неверно или не полностью. Ученики купились на наглядность
диаграммы – видно, что правый столбик выше левого! Hо при этом не учли, что
число ограблений увеличилось за год всего на 8 (1,5%), что нельзя считать
резким ростом. Ребят подвела привычка слепо доверять тому, что написано в
книге, и неумение критически анализировать информацию.»
Мой комментарий: в нашем обществе с гуманными традициями даже +1,5% – это трагедия человеческих жизней. И ещё аргумент в защиту учащихся и в пользу неадекватности формулировок. Было, допустим, количество убийств где-то в разные годы 100, 101, 102, 101, 102, 101,  105, 104, 103 … Является ли переход от 101 к 105 резким или не резким, «куча это либо не куча»? Если Вы сидите в офисе и броневике с охраной, то не куча. Но если ходите по тёмным улицам тёмной ночью в тёмном городе, заполненным людьми с тёмным прошлым и тёмным настоящим, то Ваше мнение будет иным.
Тем не менее тренировать учащихся в навыке снятия показаний со шкал приборов и с графиков самого различного вида, а также учить ясно представлять свои данные – необходимо. Так делали в СССР десятки лет тому назад – даже в популярной, почти развлекательной, научно-технической литературе.
«– В школе, выходит, учат совсем не тому, чему надо?
– Hаше образование традиционно считается фундаментальным. В голову ученика
стараются впихнуть как можно больше знаний, не заботясь о том, пригодятся ли
они в жизни. Вот вы, скажем, что помните из школьной физики?
– Угол падения равен углу отражения...
– И все?
– Еще про буравчик и правило левой руки что-то было...
– Каждый российский учитель считает, что его предмет – главный, и потому
старается загрузить ученика "по полной". Hо через неделю формулы и теоремы из
головы улетучиваются...»
Мой комментарий: некоторые из нынешних журналистов и нынешних менеджеров «национальной образовательной программы и фондов» были неспособны освоить в школе даже правило буравчика, так что перед Вами только что беседовали два относительно успевающих выпускника школы. Как бы успешных в нынешнем обществе с «международными требованиями». Как известно, «нет ничего практичнее хорошей теории», сказал один нобелевский лауреат. Как говорил мой дед, «ломать – не строить: ума не надо». Не ломали бы, а, то, чего не понимаете, господа хорошие? А то каждый журналист считает, что его профессия – главная, и потому старается «загрузить» читателя по полной программе. Ветер подул в другую сторону – и газеты полетели тоже в новую сторону…
«В большинстве зарубежных школ метод иной. Главное – научить ребенка
думать и находить знания. В Японии, например, учитель математики обязательно
приведет задачу с несколькими вариантами решений.»
Так и было в СССР (моя учительница – Римма Григорьевна Зорева), пока в РФ не начали сокращать часы, выделенные на математику.
«Hа уроке объяснит один, а на
дом задаст найти другие. И на следующем занятии проверит только новые способы
решений. При такой системе никто не станет списывать, как принято у нас. Да и
на экзамене шпаргалки уже не помогут...»
Во-первых,  это выдумка журналиста, надеющегося, что бездумный читатель поверит в то, что у каждой задачи есть 20-30 способов решения, и все разные, и в классе все решения случайно окажутся разные. Дас ист фантастишь. Дас ист зер фантастишь, майне либере брудер унд швестер. Во-вторых, для учебных заведений Японии характерно не только «рабство» младшекурсников перед старшекурсниками, но и принуждение более сильными и властными учащимися своих одноклассников. Кто-то слабый, но умный, затерроризированный сильными, но глупыми, решает задачи для всех сильных и при этом ни разу не повторяет «новые способы решения». Повзрослев, он подчинит себе бывших «хозяев» либо – кто не покорится – уничтожит их. Была бы причина, а способ найдётся. Так рождаются банды ямагути-гуми.
«– Исследование PISA необходимо для того, чтобы идти в ногу со временем.»
Прошлым, причём чужим. Как может устареть таблица умножения, объясните мне, я тупой.
«– Благодаря ему были получены сведения о самых "узких" местах в отечественном
образовании. С этого года, например, в программы математики для 5-го и 7-го
классов включаются теория вероятности и статистика.»
Не смешите меня. В учебнике Колмогорова и Виленкина эти темы были изначально. Учебник выдержал уже 13 переизданий. Нас учили основам теории вероятностей – хотя и очень мало часов, хотя в нашем учебнике тогда теория вероятностей была исключена из программы ненавистниками Колмогорова. Но всё равно учили – сверх официальной программы. Ныне за такое своеволие учителю угрожают дисквалификацией.
«Российский ученик, по данным Министерства образования и науки РФ, занимается в среднем на 20-25% больше, чем его европейский сверстник, но умней от этого не становится. Может быть, пора что-то менять в отечественной школе?»
Они хотят, чтобы стали глупее. А я вижу, что всего лишь на 25% больше времени (зимой что делать – видеомонстров смотреть?!) приводит к тому, что наша страна – в пятёрке мировых лидеров науки и техники, образования, судя по итогам олимпиад, по энциклопедиям математики и естественных наук и по международному классификатору изобретений. Вообще господам журналистам и менеджерам не стоит свои «комплексы» приписывать всем сразу.
«Они обучены лишь воспроизводить заученное и решать задачи "по образцу".»
Но мы выше видели, что задачи PISA и TIMSS примитивны. Неужели наши школьники глупее глупого?! Забавно, что та же самая Г.С. Ковалёва писала в отчёте, что (см. выше) непредсказуемые задачи повышенной трудности, требующие «внепрограммных» знаний, умений, навыков, российские школьники решают чуть ли не лучше всех. Где же логика? Логика менеджера – в желании получить финансирование под очередной проект. В том числе ЕГЭ, генерирующий в части А задачи, тождественные по уровню «международным тестам», только с более грамотными формулировками.
«Истоки образовательных ошибок, которые вскрыли PISA и тому подобные
исследования, коренятся в школьной реформе 1964-1966 гг. Это была последняя в
прошлом веке попытка пересмотра содержания школьного образования. В принципе
это была контрреформа по отношению к хрущевской школьной реформе 1958 года –
Закону об укреплении связи школы с жизнью и о дальнейшем развитии системы
народного образования в СССР.»
Все тезисы в цитате ложны. Реформа 1964–1966 г. позволила СССР удержаться и успешно развиваться даже при всестороннем натиске стран НАТО (т.е. около 70% готовых интеллектуальных ресурсов мира), дала почти полвека мирного неба над головой. Следовательно, крики художественной интеллигенции с телеэкрана на тему «нагружать всё больше нас стали почему-то» идёт от вышепризнанных журналистом неспособностей понять что-либо сложнее простейших явлений, свойств и закономерностей. Может, учители плохие? Но ведь у тех же самых учителей ученики стали крупнейшими учёными и инженерами, врачами, сделавшие величайшие открытия и изобретения. Значит, всё-таки не учители виноваты. Кстати, был такой журнал – «Семья и школа». Помните?
А в конце 80-х и в середине 90-х прошли даже 2 школьных реформы, направленные на растяжение срока обучения и уменьшения математической и естественно-научной школьной программы под предлогом «гуманизации», оказавшейся всего лишь гуманитаризацией, кастрацией объективного знания в пользу субъективного.
«Меры, предпринятые в середине 1960-х, по существу, отрывали содержание
школьного образования от жизни и направляли его взоры к вузовской кафедре,
цементируя обнажившийся с 1930-х годов вузоцентризм нашей системы образования.
Фундаментом той реформы была установка, рассматривающая содержание школьного
образования как изучение "основ наук". Костяк комиссии по разработке содержания
среднего образования составили академики, ученые преимущественно естественно-
научного профиля. Они фактически подменили истинные цели, суть
общеобразовательной школы локальными, своеобразными задачами физматшкол. Как
если бы физическую культуру подменили большим спортом. И эта подмена до сих пор
остается фактом школьной жизни. Отсюда и перегрузка детей, и предельно
избыточный академизм школьных программ и учебников, когда даже родители,
специалисты с высшим техническим образованием, не могут помочь в решении
задачки.»
Хороший анекдот! То есть хвалёные «предельно связанные с жизнью» люди не в силах решить среднюю задачку?! В таких семьях воспитываются люди какой профессии? Да, читатель угадал.
А школа и не должна быть филиалом ПТУ. Если рассматривать лишь познавательную функцию школы, то это «узнать хотя бы кое-что, но о всём». Фундаментальность и политехничность позволяют – «наука сокращает нам опыты быстротекущей жизни» – быть готовым к восприятию после школы специальных дисциплин – «узнать всё хотя бы о кое-чём». Фундаментальность и политехничность позволяют «свернуть», кратко и обобщённо выразить море фактов общей закономерностью. Это позволяет владеть и дедуктивным методом. Для того, чтобы находить новое знание, необходимо владение и индуктивным методом. Это как две руки человека.
Лоскутное знание бескрайнего моря «практических фактов», настырно продавливаемое ныне в образование отдельными несознательными гражданами – верный путь к потере всех преимуществ, в аръегард, в хвост (или хуже того) человечества.
В отличие от физкультуры и спорта, где рекорды нам нужны лишь как всеобщий стимул занятия физкультурой, изобретения и научные достижения, делаемые каждый раз лишь наиболее готовыми единицами за счёт предварительного напряжения сил всего общества, должны полноценно тиражироваться и идти на благо всего общества. То есть физкультура может быть и без мировых рекордов и многомиллионных гонораров за них и «профессиональный спорт». Сэкономленные деньги можно пустить в образование и науку. А кто хочет биться в спорте за иную страну – не удержишь и гонораром, да это и не нужно. Повторить рекорд спортсмена другим человеком – это сделать всё заново. Повторить научное достижение или изобретение – на несколько порядков проще, чем сделать его впервые.
В последние лет 18 ситуация в России извращена: народ России бросает свои последние ресурсы (особенно умственные) – на экспорт, ничего не оставляя себе. За счёт бедных умников России, лишённых любой защиты, богатеют НАТОвские (да и российские) недоумные, но не стесняющие себя совестью.
«Сегодня содержание школьного образования представляет собой крайне
перенасыщенный механический набор сведений, предназначенный для формального
экзамена, а не для того, чтобы стать основой благополучной жизни.»
Купить-продать? Это смотря какой учебник. Если в хорошем учебнике журналист или менеджер не видит взаимосвязей и общих закономерностей, а видит лишь «механическую сумму», то плох не учебник, а читатель. К сожалению, бывают и плохие учебники. Но не в нашей школе (см. в подзаголовке).
«Если сравнивать школьные программы, то, к примеру, по физике наши учебники для 5-11-х классов содержат 1300 понятий, тогда как английские - 600, а американские - всего 300… Исследование Министерства образования РФ показало, что 50 процентов детей не усваивают более половины содержания дисциплин естественнонаучного цикла
(математики, химии, физики, биологии).»
Стакан наполовину пуст или наполовину полон? На кого равняться-то – на тех, кто из любого курса удосужился освоить лишь правило буравчика и один из частных случаев отражения? Подсчитаем: предположим, что англичане и американцы усваивают 100% своих курсов, тогда наши 50% – это 650 понятий, что соответствует около 110% англичанина или около 220% американца.
«Между тем нобелевских лауреатов по физике в США - 61, в Англии - 20, в России - всего 9.»
Как известно, Нобелевку дают из дивидендов акций, владеемых Нобелевким фондом, соответствующих предприятиям в основном в США, что произошло около 1941 года. Ещё известно, что очень часто Нобелевскую премию дают несправедливо. Если её дают гражданину СССР, России – то обязательно найдут подходящего иностранца для компании. Если такого в мире найти не удаётся – то гений до самой смерти не получит Нобелевской премии. Тогда её получит один лишь иностранец. Так без Нобелевки остались Лосев, Завойский, Жуковский, Кондратюк, Тимирязев, Седов, Опарин, Христианович, Раушенбах, Денисюк, Летохов, Власов, Бочек, Струминский и многие другие: премию дали не авторам открытий и изобретений, а лишь тем, кто их повторил на Западе. Можно гарантировать, что без Нобелевки останутся авторы многих крупнейших открытий и изобретений, принесшие крупнейшую пользу для человечества.
«Hаша школа катастрофически оторвана от жизни. Консервация содержания
образования, во-первых, заведомо закладывает неконкурентоспособность и
социально-экономическое отставание страны; во-вторых, разрушает генофонд нации
- здоровье подрастающего поколения. Базовыми принципами при разработке нового
стандарта общего образования, в которой участвовали и лучшие сотрудники РАО, и
представители вузов, и методисты, и многие учителя, стали принцип личностной
ориентации образования, востребованность его результатов в жизни, формирование
способности учащихся использовать усвоенные знания, умения, навыки и способы
деятельности в реальной жизни для решения практических задач.»
Понятно. Вышеприведённые «практические задачи», значит. Грамматика, арифметика, закон божий и умение понимать команду на иностранном языке с акцентом Брайтон-Бич. «В исследовании PISA-2006 одновременно реализованы несколько современных инновационных идей в измерениях: оценка функциональной грамотности, изучение отношений, интереса, мотивации и учебных стратегий.»… Красиво сказано. Но избави нас Бог от таких «стандартов», за которые ратует не особо авторитетная для меня газета, ссылающаяся на «лучших» специалистов, имена которых привести здесь – стесняется?
ЦИТАТЫ ИЗ PISA-2006
«…близкие к реальным проблемные ситуации, связанные с разнообразными аспектами окружающей жизни и требующие для своего решения не только знание основных учебных предметов, но и сформированность общеучебных и интеллектуальных умений.»
Помните народную притчу, заканчивающуюся словами «Мне бы ваши проблемы, Марья Ивановна» ? Вот без комментариев понятна причина брезгливого отношения учащихся к тестам.
«… лидирующих стран (Финляндия, Гонконг, Канада и др.)»
Без комментариев. Верят ли авторы отчёта по тесту в то, что пишут?
«В настоящее время начальная и основная школа постепенно переходят на работу по стандартам 2004 г., в которых выделено специальное требование к общеобразовательной подготовке учащихся – «использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни». Очевидно, что эта установка будет способствовать усилению практической направленности в обучении.»
Арифметика, грамматика и закон Божий?! Это мы уже проходили, в 1941-1945-м …
«Проведенная работа явно способствовала бoльшей успешности учащихся этих стран в исследовании 2006 г. (например, учащихся Эстонии, Литвы, Латвии, Венгрии, Польши).»
Вообще-то их «успехи» в PISA и TIMSS коррелируют с резким снижением их успехов на олимпиадах по физике и математике. Врагу своему такое не пожелаем. Лучше иметь умного врага, чем безумца.
ЧТО ДЕЛАТЬ В ОРГАНИЗАЦИОННОМ ПЛАНЕ
Существующие «международные тесты» не несут новой информации «принимающим тест странам», но несут обширную, комплексную разведывательную информацию странам, создающим тест и обрабатывающим ответы учащихся. Показательно, что эти тесты проводятся в России, судя по карте его проведения, в районах, пограничных с наиболее уязвимыми стратегическими направлениями, причём располагающих высокоразвитой оборонной промышленностью. Особенно густо на карте мест тестов помечены Южный Урал, Транссиб, Северо-Запад, Поволжье. Даже на этой карте выделяется Южный Урал. Стратегическим службам России следует выявить, каким образом и когда потенциальный противник намерен нанести по России очередной уничтожающий удар военного или иного характера, направленный преимущественно в области Южного Урала и Центрального Поволжья, и пресечь его деятельность.
Пора ли создавать свой, причём высококачественный, международный тест? Да, пора. Достаточно ли обойтись при этом уровнем ЕГЭ «А, В, С»? Навряд ли. Цель теста – как отмечено выше, стратегическая: раннее выявление, воспитание и защита наших потенциальных союзников, будущей истинной элиты своих обществ, об этом можно говорить отдельно. Следует привлечь не организаторов ЕГЭ, TIMSS, PISA, а совершенно иное общество людей, способных действительно находить людей с мышлением лучше среднего. Это люди – авторы необычных задач из журналов советских времён «Наука и жизнь», «Квант» и т.п., из оргкомитетов предметных олимпиад, всемирных научных конкурсов учащихся «First Step to Nobel Prize” и других, психологи детских садов и школ, истинные мастера воспитания, опытные учители школ всех направлений – от вспомогательных до физико-математических. Эти тесты должны проводиться открыто лишь в дружественных нам странах. В странах, проводящих враждебную нам политику, допустимо проводить их скрытно и иного содержания тестов.
Прекратить ориентацию образования в России на иностранные интересы. В том числе, выйти из Болонской конвенции и восстановить систему специалитета. Прекратить проведение иностранных «международных тестов» на своей территории. Прервать любые ставшие известными пути доступа спецслужб потенциального противника к информации о личности и образе мышления детей России.
Расширение времени и качества преподавания математики, физики и астрофизики, химии, биологии, истории, русского языка и литературы народов СССР, изобразительного искусства, музыкального искусства и пения можно произвести за счёт некоторого сокращения часов иностранных языков, основ местной религии, экономики, а для компенсации повышенной таким образом умственной нагрузки следует увеличить (сверх существующих ныне нормативов) часы физкультуры и уроков труда с соответствующим расширением штата и постройкой новых оснащённых мастерских, спортивных залов, хранилищ инвентаря, научно-учебных лабораторий, детских оздоровительных и спортивных лагерей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Уровень большинства заданий «международных тестов» PISA, TIMSS (далее «МТ»), судя по опубликованным примерам, соответствует, как правило, части «А» ЕГЭ, отличаясь иногда неудовлетворительным переводом на русский язык и нелепой запутанностью формулировок, выдаваемой за «практическую значимость» сей задачи.
2. Некоторые задачи МТ, как и около 1% задач ЕГЭ по физике, даже после формализации поставлены неудовлетворительно. Средний школьник их решит легко, умный решит их якобы неправильно. Взрослый профессионал их решит легко, представив себя глупым, как автор задачи МТ. Более того: среди опубликованных задач МТ обнаружены основанные на ложных сведениях (в т.ч. шутках), выдаваемых за факт.
3. Часть итогов МТ – хороший повод повторить давно известные и без МТ опубликованные факты: надо несколько разнообразить практические формы задания исходных данных в задачах, усилить умения оценивать погрешности измерений и расчётов, представлять экспериментальные данные наглядно, в т.ч. графически, восстановить курс комбинаторики и теории вероятностей, стереометрии, астрономии, геологии, усилить материальное обеспечение учителей, учеников, материальной базы школ, прежде всего учебниками по очень льготной госцене без права частной перепродажи, лабораторной базы, всеобщий охват средним образованием, бесплатный доступ к высшему образованию всех, прошедших этап вступительных экзаменов в избранный ВУЗ.
4. В 1995-2007 гг. уровень образования в России, по показателям МТ, снижается по сравнению со странами НАТО и Китаем. Наиболее снизились результаты у самых подготовленных учащихся, особо сильно – среди мальчиков. Вызвано это, по мнению автора сих строк, не плохими учебными программами по предметам, а общей экономической и политико-нравственной ситуацией в стране и мире. Как сказал Фёдор Фёдорович Каменец, декан ФОПФ МФТИ, «если не можете помочь людям, то хотя бы не мешайте им работать». Дайте возможность учителю (при условии личного опыта, творческого характера и разумной самокритики) использовать (или построить свой) учебный курс, который был бы объективно лучше обязательного минимума.
5. Математику в детском саду школе следует преподавать со значительным опережением применения математического инструментария в естественных и общественных науках.
6. Существующие «международные тесты» не несут новой информации «принимающим тест странам», но несут обширную, комплексную разведывательную информацию странам, создающим тест и обрабатывающим ответы учащихся. Все существующие МТ преследуют цели правительств стран – их заказчиков. Но, пока что, не наши цели. России пора создавать свой, причём высококачественный, международный тест.
7. Образование – благо не индивидуальное. Это благо общественное. Следует прекратить ориентацию образования в России на иностранные интересы.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


Горшков А.В., Даммер М.Д. Методическая концепция формирования готовности учащихся профильных классов к исследовательской деятельности в области физики.
Современная деятельность человечества всё больше выходит за пределы простого воспроизводства вещей и знаний – к открытию новых знаний, к изобретению новых технических и общественно-организационных решений. Исходя из современных тенденций и требований к образованию, отражённых, в частности, в руководящих документах (Концепция образовательной системы Министерства образования РФ, Приказ Президента РФ №843 от 21.05.2006 г., Перечень критических технологий РФ, Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу, Обращения к народу Президента РФ 2009 г. и др.), одной из важнейших задач системы среднего образования является формирование компетентности и готовности выпускников в решении актуальных проблем жизни общества, в т.ч. в области исследовательско-изобретательской деятельности (ИИД) в области приоритетных направлений науки, технологий и новой техники. Есть ряд старых и новых противоречий в системе образования. Среди них:
1) противоречие между необходимостью развития образования как живой системы, в т.ч. формирования готовности к исследовательской деятельности, и недостаточностью обратных связей, поддерживающих и усиливающих это развитие;
2) противоречие между потребностью в формировании готовности учащегося к исследовательской деятельности и отсутствием общепринятого понимания содержания понятия «готовность» и, как следствие, нескоординированность действий по формированию готовности учащегося к исследовательской деятельности;
3) противоречие между комплексностью, межпредметностью новых проблем жизни общества, в т.ч. указанных в правительственных решениях как приоритетные, и существующей тенденцией к ранней узкой специализации путём профилизации обучения в СООШ;
4) разнообразием теорий творчества и необходимостью для формирующей деятельности принятия или выработки одной теории, наилучшим образом соответствующей нашей поставленной цели формирования свойств личности.
5) противоречие между, с одной стороны, редкостью акта объективного творчества как следствия редкого сочетания ряда редких до сих пор условий в личности и в условиях акта творчества и, с другой стороны, широчайшей потребностью в нём, а также необходимостью создать средство объективного статистического измерения педагогического результата формирования готовности к объективному творчеству в малых неслучайно выбранных группах формирующего педагогического эксперимента;
6) противоречие между возрастающей длительностью срока подготовки учащегося к исследовательской деятельности и конечностью срока самоустремлённости человека к ИД;
7) противоречие между необходимостью подготовки по ряду направлений, являющихся ключевыми в современности (приоритетные), и отсутствием или недостаточностью в педагогической литературе методики формирования ЗУН, готовности и компетентности в этих областях, отсутствием дидактических материалов и лабораторно-экспериментального оборудования;
8) разнообразием теорий мотивации и необходимостью выработки методики формирования системы внешней и внутренней мотивации, соответствующей поставленной цели формирования свойств личности;
Таким образом, образовательная проблема формирования готовности учащихся средней (полной) школы к исследовательской деятельности по физике как основе ключевых направлений науки, технологий и техники РФ является полезной и своевременной, т.е. актуальной. Разрешение противоречий 1–8 велось нами по следующим взаимосвязанным направлениям педагогической деятельности.
Противоречие 1) разрешено созданием концепции системы обучения исследовательской деятельности (во всяком случае, в области физики) как живой подсистемы живой системы – общества, преимущественно на основе 60-летнего коллективного опыта организации предучебной, учебной и исследовательской деятельности МФТИ.
Противоречие 2) разрешено на основе теории А.В. Усовой формирования понятий путём анализа применения терминов «готовность» и «компетентность» в педагогической литературе, сравнением с нормами языка (на основе академических словарей русского языка) и выделения их родовых и видовых признаков с формулировкой общеприемлемого педагогического понятия «готовность субъекта деятельности к ней» и доказательством предпочтительности ориентации на критерий готовности, нежели на критерий компетентности, если речь идёт об исследовательской деятельности и при этом выпускниках средней школы.
Противоречие 3) разрешено путями, во-первых, пропедевтических занятий с учениками 5-го класса и старше, во-вторых, построением системы межпрофильных элективных курсов с теоретической и экспериментальной составляющими, а также экскурсии, в-третьих, выработкой ряда предложений, могущих быть положенными в основу организационных решений, в-четвёртых, реальностью задач ИИД, чтобы они располагались бы в зоне ближайшего развития не только субъекта творчества, но и всей отечественной и мировой физики, технологии, техники. Структура системы межпрофильных элективных курсов содержит в себе и ряд «узловых, ключевых» тем (более общих, более глубоких причин сущего, и соответственно, с целью уменьшения отрыва от практических потребностей, более мощных средств выведения следствий), требующих подготовки к их изучению длительнее обычного и при этом являющихся более мощным инструментом познания и преобразования действительности (прежде всего по ряду направлений, указанных в правительственных решениях как ключевые), чем в программе стандартного школьного предметного курса.
На стыке противоречий 2 и 3 видна одна из причин предпочтения критерия готовности перед критерием компетентности применительно к выпускникам средней школы: ведь из компетентности в учебно-исследовательской деятельности не обязательно следует компетентность в реальной исследовательской деятельности, но готовность к реальной ИД является необходимым условием к успешной, с использованием внутренней мотивации и актуальности, реальной ИД.
Противоречие 4) разрешено построением, с учётом опыта Юрьева, Альтшуллера и др., оригинальной теории и методики творчества, обладающей познавательными и продуктивными преимуществами перед  известными, как минимум в области естественных наук, прежде всего физики, и новой техники.
Противоречие 5) разрешено выработкой предложений, могущих быть положенными в основу организационных решений, направленных на снижение барьеров для исследовательской и изобретательской деятельности широких масс желающих учащихся и организацию их здоровьесбережения и для оформления результатов их ИИД в форме интеллектуальной собственности, а также путём создания методики сравнения эффективности методики обучения ИД через формирование не априорных, а апостериорных представительных групп сравнения.
Противоречие 6) разрешено путём опытов раннего начала посильной исследовательской деятельности и обнаружением оптимального биопсихологического и учебного возраста начала ИД, выработкой условий допуска учащегося ФМЛ к началу ИД по физике с учётом коллективного опыта МФТИ и личного опыта, прежде всего через постановку и решение реальных, актуальных объективно-творческих задач.
Противоречие 7) разрешено построением учебно-исследовательского комплекса, включающего ряд взаимосвязанных элективных курсов (соответствующих правительственному списку перспективных направлений, см. выше): «Преобразование энергии, термоэлектрические явления и энергосбережение», «Физика высоких напряжений, плазмы и пучков заряженных частиц», «Физические основы авиационной и космической техники», «Основы квантовой, атомной и ядерной физики», содержащего рабочие учебные программы, учебные пособия, набор нескольких десятков оригинальных лабораторных работ, список исследовательских и проектно-изобретательских тем, исследовательские экспериментальные устройства, и опробованием его в течение 1999–2009 учебных лет на нескольких десятках учащихся с формированием их готовности к ИД, проведению ИД, с доведением их до участия в конкурсах последовательно нарастающего уровня (включая международный всемирный) и признанием их компетентности в ИД компетентными комиссиями сответствующего уровня (хотя, повторим, мы ориентируемся на готовность, а не на компетентность выпускника средней школы в ИД).
Противоречие 8) разрешено критикой известных теорий мотивации и ценностей, оригинальным длительным проекционным социологическим опросом с открытым ответом и его анализом с выделением коренных жизненных благ в представлении респондентов (людей нашего общества) и построением такого критерия эффективности результата деятельности, который бы взвешенно учитывал бы эти коренные блага. Ими оказались (по убывающей): достоинство и честь; физическое, психическое и нравственное здоровье; безопасность; знания, умения, навыки; материальные блага.
Главным результатом работы в 1999–2010 уч. гг. стало формирование свойства личности – готовности к НИИД в области физики и технических наук – у нескольких десятков выпускников Лицея №31. Более 10 из них достигли заодно и уровня компетентности в частных областях такой деятельности, подтверждённой присуждением заведомо компетентными комиссиями призовых мест на очных конкурсах (по профилю) исследовательских работ Всероссийского и Всемирного уровней, включая много первых мест и 3 призёра Всемирных конкурсов. Среди выпускников этих элективных курсов значительно повышен процент поступивших в МФТИ, МГУ, МИФИ, МВТУ по сравнению со средним выпуском Лицея №31.
Созданный учебно-методический комплекс (включая экспериментальные работы) удостоен положительного отзыва (2010 г.) ИСиМО РАО.
Рабочие учебные программы этих элективных курсов курса дважды были удостоены 1-х мест на областных конкурсах.
Список и работы учащихся можно увидеть в сети по адресу http://www.fml31.ru/2008/node/3104 , там же указаны присуждённые на конкурсах места.
Ещё раз подчеркнём ключевые места концепции: положительная обратная связь между фундаментальностью образования (в особенности раним овладением математическим инструментарием) и прикладными задачами, реальность творческих (взаимосвязанных изобретательских и научно-исследовательских) задач, общественно-личностный баланс ценностей и целей, широкий максимально свободный доступ к началу обучения, компетентные руководство и оценка результатов творчества учащихся, ориентация преимущественно на готовность к НИИД.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


Горшков А.В. Подготовка учащихся к исследовательской деятельности средствами элективного курса «Физические основы авиакосмической техники».
Представлено назначение, содержание (лекции, решение задач и лабораторные работы) и элементы методики обучения по авторскому элективному курсу. На объективно-творческом (проектно-изобретательским и научно-исследовательском этапе) учащиеся создали ряд как известных, так и новых устройств и выполнили 2 научно-исследовательских работы. Результаты творчества учащихся получили на конкурсах уровня до всемирного включительно высокую оценку компетентных комиссий. Элективный курс обладает высоким коэффициентом учебности и может быть широко включён в учебно-методический комплекс российской предпрофильной и профильной школы.
К наиболее существенным проектно-изобретательским достижениям курса следует отнести: устройство для точного измерения коэффициента теплопроводности воздуха (А. Каманцев); дифференциальный горизонтальный гравиметр (А. Белов); эксизный проект аэрогеотермоконвекционной электростанции (Д. Карипов); эксизный проект аэросолнечной термоконвекционной электростанции (А. Ковалёв); проект и действующая модель вибротрибохода для экстремальных природных условий (А. Зорин); технико-экономическая оптимизация параметров проекта стратегических насосных водопроводов Каспий–Арал, Обь – Средняя Азия (А. Зорин); оптимизация параметров аэрозольного электрореактивного движителя и выяснение области его преимуществ перед иными ракетными движителями (Г. Субботин).
К наиболее существенным научно-исследовательским достижениям следует отнести: открытие 3-х режимов возвратного течения над периодической структурой стенки (В. Жебель); обоснование гипотезы о метеоритном происхождении линзовидных «Китайских неопознанных ископаемых объектов» расчётами и модельными экспериментами (И. Маслов).
По творческим результатам работы опубликованы, в соавторстве с учащимися, несколько десятков статей в сборниках конференций и в специальной литературе. По части курса создано учебное пособие (70 стр.).
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В. Ключевые положения методики формирования готовности учащихся профильных классов к исследовательской деятельности по физике.
Для обеспечения непрерывности профессионального образования, в особенности для формирования готовности к исследовательской деятельности в области физики (ИДФ),  необходимо соответствие учебно-физических понятий научным – «плазма», «энергетическая зона», «дырки», «металл», «полупроводник», «подъёмная сила» и причины и условия её возникновения. На базе Лицея №31 в 1999–2010 гг. разработана  методика формирования готовности учащихся профильных классов к ИДФ, проведены констатирующий, поисковый и формирующий педагогические эксперименты.
В итоге поискового педагогического эксперимента были приняты ключевые места методики: опережающее овладение математическим инструментарием, соответствие ключевых понятий учебной части курса принятым в физической науке, положительная обратная связь между фундаментальностью образования и прикладными задачами, реальность взаимосвязанных объективно-творческих (изобретательских и научно-исследовательских) задач, общественно-личностный баланс ценностей и целей, широкий максимально свободный доступ к началу обучения, компетентные руководство и оценка результатов творчества учащихся, ориентация на формирование преимущественно готовности к НИД, а компетентность как своевременное (отдалённое) следствие такого формирования.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В. Содержание ключевых понятий авторского комплекса элективных курсов по физике.
Представлено содержание тех важных методических и физических  понятий комплекса элективных курсов «Преобразование энергии и термоэлектрические явления», «Физические основы авиационной и космической техники», «Физика плазмы и пучков заряженных частиц», «Введение в ядерную физику», которые недостаточно освещены в учебной школьной литературе.
Кратко описана сущность методического понятия «готовность» субъекта деятельности к ней, а также обоснована необходимость и возможность усовершенствования изучения в профильных классах таких физических понятий, как «плазма», отличие «полупроводников» от «металлов» и переходных форм на основе зонной модели, «циркуляция» и необходимость указания на возможность низкоэнергичного управления ядерными реакциями.
Научн. рук. – Даммер М.Д,


Горшков А.В. Подготовка учащихся профильных классов к исследовательской деятельности в области физики средствами комплекса элективных курсов «Физические основы авиакосмической техники», «Физика плазмы», «Термоэлектрические явления».
Представлены ключевые позиции авторской методики подготовки учащихся предпрофильных и профильных классов физико-математического лицея №31 г.Челябинска к научно-исследовательской и проектно-изобретательской деятельности в области физики и технических наук средствами комплекса элективных курсов. В результате формирующего педагогического эксперимента около 20-ти учащихся стали призёрами Всероссийских и Всемирных конкурсов и поступили в профильные ВУЗы.
По творческим результатам работы опубликованы, в соавторстве с учащимися, несколько десятков статей в сборниках конференций и в специальной литературе. Созданы 4 полнотекстовых с иллюстрациями учебных пособия. Список и работы учащихся можно увидеть в сети по адресу http://www.fml31.ru/2008/node/3104 , там же указаны присуждённые на конкурсах места. Созданный учебно-методический комплекс по термоэлектрическим явлениям и преобразованию энергии (включая экспериментальные работы) удостоен положительного отзыва (2010 г.) ИСиМО РАО. Рабочие учебные программы двух элективных курсов были удостоены 1-х мест на областных конкурсах.
Главным результатом работы в 1999–2010 уч. гг. стало формирование свойства личности – готовности к НИИД в области физики и технических наук – у нескольких десятков выпускников Лицея №31. Около 20-ти из них достигли заодно и уровня компетентности в частных областях такой деятельности, подтверждённой присуждением заведомо компетентными комиссиями призовых мест на очных конкурсах (по профилю) исследовательских работ Всероссийского и Всемирного уровней, включая много первых мест и 3 призёра Всемирных конкурсов. Среди выпускников этих элективных курсов значительно повышен процент поступивших в МФТИ, МГУ, МИФИ, МВТУ по сравнению со средним выпуском физико-математического лицея №31.
Ещё раз подчеркнём ключевые места нашей методики: опережающее овладение математическим инструментарием, соответствие ключевых понятий учебной части курса принятым в физической науке, положительная обратная связь между фундаментальностью образования и прикладными задачами, реальность творческих (взаимосвязанных изобретательских и научно-исследовательских) задач, общественно-личностный баланс ценностей и целей, широкий максимально свободный доступ к началу обучения, компетентные руководство и оценка результатов творчества учащихся, ориентация на формирование преимущественно готовности к НИИД, а компетентность как своевременное (отдалённое) следствие такого формирования.
Научн.рук. – Даммер М.Д,


Горшков А.В. Элективные курсы в профильной школе в системе непрерывного профессионального образования.
Для обеспечения непрерывности профессионального образования, в особенности готовящего к исследовательской деятельности в области физики,  необходимо устранить значительный разрыв между содержанием некоторых ключевых понятий в стандартном учебном курсе физики для профильных классов средней школы и принятых в физической науке. Приведены рекомендуемые определения таких понятий, формируемых средствами комплекса элективных курсов: «энергетическая зона», «полупроводники и металлы», «плазма», условия возникновения подъёмной силы. Как элемент учебной физики они обладают высокой учебностью по В.В. Майеру. Опробование их в Лицее №31 сделано в 1999–2010 гг.
Табл.1. Признаки плазмы в сравнении.
Табл.2. Формирование признаков металлов и полупроводников.
Табл.3. Сравнение признаков годности, готовности и компетентности.
Врезультате формирующего педагогического эксперимента и выполнения творческих работ около 20-ти учащихся стали призёрами Всероссийских и Всемирных конкурсов и поступили в профильные ВУЗы; некоторые из них уже стали кандидатами физ.-мат. наук.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В., Даммер М.Д. Опережающее обучение математике, широкий охват учащихся и реальная научно-исследовательская и изобретательская деятельность – три кита авторских элективных курсов по физике в МОУ Лицей №31 г.Челябинска.
Принципы, на которых построена методика наших курсов.
Формирование готовности выпускников к исследовательской деятельности по физике мы проводили путём, сочетающим, во-первых, вместо адаптации понятий физической науки до степени расхождения понятий учебной физики с понятиями физической науки  – раскрытие их глубже и шире обыкновенного, до современного состояния, принятого в физической науке, средствами позволяющей это организационной формы обучения, во-вторых, обеспечение опережающего изучения необходимых для такого раскрытия инструментов – элементов математики, средствами позволяющей это организационной формы обучения, в-третьих, обучение приёмам проектно-изобретательской деятельности, формирование умения их применять и навыка проектно-изобретательской деятельности – как одной из составляющих научно-исследовательской деятельности; причём, в-четвёртых, формирование широкой (по охвату предметной области) и длительной (по сроку устойчивой сформированности самоустремления)  готовности к объективно-творческой деятельности в области физики важнее для будущей успешной деятельности ныне обучаемого и учащегося школьника, чем формирование конкретной актуальной сегодня (причём, возможно, только сегодня)  компетентности в объективно-творческой деятельности по физике, в-пятых, охват желающих учащихся к началу обучения и творчества должен быть максимально широким как необходимое следствие факта редкости сочетания условий, приводящих к акту объективного творчества.
В статье раскрыты важнейшие элементы обоснования нашего подхода. Описаны некоторые результаты осуществления наших методических принципов.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


2010


Горшков А.В. Безопасная демонстрация «Уральской змейки», «Линейного индукционного», искрового, барьерного, тлеющего, стратифицированного, дугового и других разрядов в лекционных демонстрациях по физике в профильной школе.
В 1999–2009 гг. в лицее №31 г.Челябинска сделаны, испытаны, защищены и ежегодно эксплуатируются в ходе фронтальных лекций и элективных курсов «Физика плазмы» ряд новых генераторов высокого напряжения и экспериментов по демонстрации различных форм разрядов в газе и жидкости, в т.ч. относительно новых. Один из них достаточно безопасен для человека и может быть эффективным средством повышения интереса учащихся к физике, а также иметь практические применения. Все устройства рассчитаны и сделаны учащимися и преподавателем.
«Искровой разряд» 3 кВ демонстрируется на бестрансформаторном (50 Гц) варианте умножителе напряжения Кокрофта–Уолтона с 5-ю каскадами ёмкостей 4 мкф . Элемент занимательности состоит в мощном звуке и яркой вспышке голубого цвета. Сопровождается лекцией о лавинно-стримерном механизме искрового разряда и высокоскоростной волне ионизации. «Разряд в проводнике» длиной 10-20 см демонстрируется на том же генераторе через углеродные нити, порождает «холодную» неидеальную плотную плазму, сопровождается яркой вспышкой жёлтого цвета и грохотом. «Коронный разряд» розово-голубого цвета показывается на том же генераторе в затемнённом помещении на концах углеродных нитей, удаётся наблюдать сферические страты.
«Низковольтный дуговой разряд» показывается на низковольтном (30 В) сильноточном (10 А) стабилизированном генераторе, собранном на 5-ти параллельных транзисторах с выравнивающими металлическими резисторами. После разогрева излучается яркий жёлтый свет с угольных электродов. Сопровождается лекцией о термоэлектронной эмиссии, взрывной эмиссии и эффекте Ноттингема. «Высоковольтный дуговой разряд» показывается на тандемном варианте нашей разработки с тремя выводами (+1,5 ; 0; -1,5) кВ симметричном 6-каскадном ёмкостном генераторе Грейнагера–Хейлперна с высокоёмким выравнивающим столбом Белогривцева. Легко зажигается и поддерживается розово-голубая дуга длиной до 2 см, в которой легко сжигать, испарять, плавить любые вещества, создавая пламя любого цвета. На поверхности воды образуется филаментированная струкутра (голубые шнуры с общим розовым кольцом). Инструментальные стали сгорают с образованием красивого веера искр.
«Тлеющий разряд» показывается в вакууммированном сосуде от любого из наших генераторов, сопровождается лекцией о вторичной эмиссии и ударной ионизации в объёме. Но особый интерес представляет регулируемый импульсный генератор 30..60 кВ, собранный на основе катушки зажигания и тиристора. Мощные световые и звуковые искры до 2 см бело-голубого цвета в наборе разрядников высокозанимательны для учащихся. Вариация давления и состава газа изменяет цвет разряда. Натекатель позволяет вводить пары жидкостей (например, ацетона). При повышении давления объёмный тлеющий разряд контрагируется и переходит в тлеющий разряд дугообразной формы (но не «дуговой разряд», т.к. ионизация преимущественно объёмная) длиной 15..20  см.  В достаточно низком давлении наблюдается «взрывная эмиссия»  в виде ярко-голубых бегающих звёздочек. При очень низком давлении разряд расслаивается на 20-40 тонких дискообразных страт. В промежуточном давлении воздуха интенсивная генерация закиси азота в виде бурого газа. Устройство снабжены программой для ЭВМ разработки учащихся для моделирования временной зависимости напряжения и тока на каждом из элементов цепи на основе дифференциальных уравнений в цепях нестационарного тока.
«Линейный индукционный разряд» демонстрируется внутри ферритового кольцевого индуктора с питанием от этого же генератора. «Барьерный разряд» вызывается в любых изолированных стеклянных вакууммированных колбах. Так же демонстрируется и «одноэлектродный» разряд (фактически с замыканием ВЧ цепи через воздух).
Устройства с частотным 14..140 кГц генератором импульсного высокого напряжения 3 кВ типа Румкорфа выполнены с транзисторным закрывающим ключом, управляемым от мультивибратора и стабилизированного источника питания. На нём показывается эффектный опыт «Уральская змейка» – ВЧ комбинированный барьерный+коронный разряд между изолированными скрученными электродами с фторопластовой изоляцией. Шипит, порождает интенсивную генерацию озона и ультрафиолетового излучения. Электроды эти можно наматывать на руку экспериментатора, как фиолетово-голубую светящуюся змейку. Надев напёрсток или взяв гвоздь, можно пальцем зажигать свечу, пропуская ток через себя, а барьерный разряд (с интенсивным свечением газоразрядных трубок) можно безопасно демонстрировать, пропуская ВЧ ток высокого напряжения через своё тело, прямо в голых руках.
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Оригинальные термоэлектрические устройства и опыт их применения на элективных курсах по физике в предпрофильной и профильной школе в 1999–2009 гг.
В 1999–2009 г. в физико-математическом лицее №31 изготовлены и использованы в учебном процессе  новые термоэлектрические устройства «Испарялка», «Симметрия», «Солнечный термоэлемент», «Гибридный фототермоэлектрический генератор», «ТермоЭДС в химически однородной цепи», «Уральские кубики №№1–5». В ходе многолетней эксплуатации детьми на лекционных демонстрациях, элективных курсах и общего физпрактикума они показали достаточно высокую надёжность и учебность. Тематика лабораторных работ вариативна для 6–11 кл. и содержит связи с темами «работа и энергия», «тепловые явления», «электричество», «квантовая физика», «полупроводники», а также межпредметные – с экономикой и физической географией. В статье описаны устройства, исследования и предполагаемые изобретения, сделанные с участием учащихся, испытанные и защищённые учащимися на конкурсах. Описаны задания учебного, исследовательского и изобретательского характера, проблемные ситуации и пути их разрешения.
Термоэлектрические явления можно считать темой школьного курса профильной школы, связывающей воедино ряд тем по физике. Также мы с учащимися считаем наши преобразователи семейства «Уральский кубик» перспективным направлением энергетики будущего. Мы вели ряд элективных курсов исследовательского и проектного направления по физике. К наиболее полезным в средней школе мы относим следующие.
«Термоэлектрическая испарялка» – генератор электроэнергии за счёт термоЭДС при испарении воды и других жидкостей при безветрии и на ветру. Служит для начального ознакомления с термоэлектрическими явлениями и выработки умений и навыков обобщённого измерения. Также с её помощью исследована зависимость теплового эффекта испарения ряда жидкостей в зависимости от скорости ветра и при безветрии. Установка со снятой противолучевой рубашкой высокочувствительна даже к теплу поднесённой руки, а с надетой рубашкой высокостабильна при безветрии и позволяет измерять тепловые эффекты с чувствительностью и точностью порядка плюс-минус 0,01 К.
«Термоэлектрическая симметрия» или «Преобразователь жары в холод, а мороза в тепло» – устройство для демонстрации перекрёстных термоэлектрических явлений Пельтье и Зеебека и для  демонстрации соотношений взаимности Онсагера,  в т.ч. соотношения Кельвина и принципа Ле-Шателье–Брауна. По существу, это знаменитый опыт 19-го века Э.Х. Ленца на полупроводниковой базе конца 20-го в.
"Солнечный термоэлектрический генератор" – устройство для преобразования потока видимого и инфракрасного излучения, по плотности потока приближенного к солнечному на поверхности Земли, в полезную работу. Содержит оригинальный высокочувствительный проточный калориметр, одновременно являющийся термостатом.
Двухкаскадный (гибридный) фототермоэлектрический генератор – устройство для повышения КПД и равномерности преобразования солнечного излучения в электроэнергию за счёт использования «тепловых отходов» фотоэлектрического каскада термоэлектрическим каскадом.
“Термоэлектрический эффект Бриджмена” – термоЭДС в химически однородной, но анизотропной цепи. Описаны опыты с изготовленной нами из доступного материала «графлекс» термоэлектричекой батареи из высокоориентированного пиролитического углерода с оптимизированными по размерам ветвями.
"Уральский кубик" (У.К.) – устройство, совершающее полезную работу за счёт тепловой энергии внешней среды, даже однородной по температуре. Это по замыслу устройство может стать практически вечным и невозмущающим экосистему преобразователем энергии. Описаны 5 различных экземпляров от простейшего до УК непрерывного действия, вырабатывающие от 65 до 250 мкВт полезной электричекой мощности.
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Опыты с «термоэлектрической испарялкой».
В статье описано устройство и экспериментальные задания (включающие разрешение проблемных ситуаций) генератора термоЭДС за счёт охлаждения жидкости при испарении, служащего в качестве первой лабораторной работы на факультативном курсе «Термоэлектрические явления».
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Усовершенствованный опыт Ленца и соотношения Онсагера.
Описано устройство и экспериментальные задания (включающие разрешение проблемных ситуаций) «Термоэлектрическая симметрия» и опыты с парой перекрёстных явлений переноса – Зеебека–Ленца и Пельтье, служащее для иллюстрации соотношений симметрии Онсагера.
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Солнечный термоэлектрический генератор.
Описаны устройство и экспериментальные задания (включающие разрешение проблемных ситуаций) «солнечный термоэлектрический генератор», включая технологию его изготовления.
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Гибридный фототермоэлектрический генератор.
Описано устройство, экспериментальные и проектные задания на его основании, обладающее преимуществами перед чисто фотоэлектрическими и чисто термоэлектрическими преобразователями по двум показателям, применяемое в ходе элективных курсов по физике.
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Как показать термоЭДС в химически однородной цепи в любой школе.
Описано устройство и экспериментальные задания с ним (включающие разрешение проблемных ситуаций) для демонстрации термоЭДС в химически однородной цепи (термоэлектрический эффект Бриджмена), составленной из высокоориентированного пиролитического углерода.
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


Горшков А.В. Уральские кубики.
Описаны 5 устройств (1985–1999), совершающие полезную работу за счёт тепловой энергии внешней среды, даже однородной по температуре (но изменяющейся во времени) – «уральские кубики». Указаны экспериментальные задания и способы разрешения проблемных ситуаций, описаны результаты проектных работ в рамках элективного курса «Преобразование энергии и термоэлектрические явления».
Научн. рук. – Сереженко Е.Д., Даммер М.Д.


2010–2011


Горшков А.В. Понятие о вакууме.
В профильной школе необходимо не только «бытовое», но и физическое понятие о вакууме. Такое определение позволяет ввести количественную меру, отличающую процессы в вакууме и невакууме. Рассмотрены интересные парадоксы, позволяющие лучше уяснить понятие вакуума в физической науке, отделить его от сходного «бытового».
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В. Понятие о плазме и плазменной частоте.
Приведены определения основных понятий физики плазмы, рекомендуемые в профильных классах: концентрация компонентов, квазинейтральность, радиус экранирования потенциала, плазма, плазменная частота, амбиполярная диффузия, поверхностное натяжение плазмы.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В. Безопасные опыты с опасным напряжением.
В профильной школе сделаны генераторы высокого напряжения 6 кВ, 40–170 кГц и демонстрационные опыты (с фрагментами лекций) с «уральской змейкой» – барьерным коронным разрядом во встречной витой паре. Её можно даже наматывать на руку во время её работы.  Показаны демонстрационные опыты в безопасной постановке с пропусканием электрического тока через тело человека, достаточного для зажигания свечи, бытовой газоразрядной лампы.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


2011


Горшков А.В. Анализ трудностей формирования понятия о подъёмной силе в старших классах профильной школы.
Упоминание в известных школьных учебниках терминов «циркуляция», «присоединённый вихрь»  в отрыве от их определений как математических величин приводит к подмене их бытовым представлением о круговращении частиц жидкости. Формулировки в наиболее распространённых школьных учебниках формируют и иные ошибки понятия о подъёмной силе. Разъяснены 5 таких существенных ошибок, выявленные в ходе констатирующего педагогического эксперимента.
В ходе локального констатирующего педагогического эксперимента была выявлена проблема: самостоятельная работа с параграфом о подъёмной силе (ПС) по известным школьным учебникам формирует у большинства даже хорошо успевающих учащихся 5–6 ошибок. Проанализированы источники их возникновения. Указаны основания считать ряд фигурирующих там формулировок неудачными, некоторые даже ошибочными. Была создана усовершенствованная методика изучения подъёмной силы, условий её возникновения, в профильной школе.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


A.V. Gorshkov. The Analysis of difficulties of formation of concept about carrying power in the senior classes of profile school.
The mention in known school textbooks of terms «circulation», «the attached whirlwind» in a separation from their definitions as mathematical concepts leads to substitution by their household representation about circular motion of particles of a liquid. Formulations in the most widespread school textbooks form also other errors of concept about carrying power. Such 5 essential errors revealed during ascertaining pedagogical experiment are explained.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


Горшков А.В. Понятие циркуляции при изучении подъёмной силы в профильных классах общеобразовательной школы.
Нуждаются в уточнении описания происхождения подъёмной силы с упоминанием терминов «циркуляция», «присоединённый вихрь» во многих учебниках для общеобразовательной школы. Упоминание их в отрыве от определения их как математических величин может приводить к подмене их бытовым представлением о круговращении частиц жидкости. Предложена опробованная в 2000–2010 гг. на элективном курсе «Физические основы авиационной и космической техники» методика обучения происхождению подъёмной силы для младшей и старшей учебных групп, включающая для старшей группы математическое определение циркуляции, её свойства и формулировку теоремы Е.Н. Жуковского о подъёмной силе, с простейшими задачами на её применение.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В., Даммер М.Д. Формирование понятия о подъёмной силе в профильных классах средствами элективных курсов.
Описаны ключевые положения разработанной и испытанной в 2000–2010 гг. на элективном курсе «Физические основы авиационной и космической техники» новой методики обучения происхождению подъёмной силы для младшей и старшей учебных групп, в т.ч. решению соответствующих задач. Методика представляется применимой в профильной и в общеобразовательной школе.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


M.D. Dammer, A.V. Gorshkov. Concept formation about carrying power in profile classes by means of elective courses.
Key positions developed and tested in 2000-2010 on elective course «Physical bases of aviation and space techniques» of a new technique of education to an origin of carrying power for younger and senior educational groups, including to the decision of corresponding problems are described. The technique is applicable in profile and in comprehensive school.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


Горшков А.В. Кинетическая  и потенциальная формы энергии и их связь с основными физическими сущностями.
Сделана попытка выбрать последовательность введения основных понятий физической теории – пространство, время, движение – изоморфно минимальной алгебре с бинарным оператором.
Табл.1.
Выбранный один (из 6-ти возможных) вариант таких оснований – движение+пространство и явление «время» в качестве алгебраической операции над ними – приводит к выводу о наличии двух наиболее основных форм одного из свойств движения (энергии), один из которых связан с самим движением (кинетическая), другой – с относительным полем в пространстве (потенциальная).
Другой выбор физических оснований, изоморфных минимальной алгебре, должен приводить к другим, соответствующим, формам энергии материи (части Вселенной, для которой выполняется принцип сохранения).
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Горшков А.В. Демонстрация возможности совершения полезной работы за счёт тепловой энергии внешней среды, по существу, однородной по температуре.
Описан ряд преобразователей случайных или периодических колебаний температуры окружающей среды в полезную работу, изготовленных в 1998–2008 гг. на основе полупроводниковых термоэлектрических модулей отечественного производства. Даны методические указания по демонстрации, лабораторным и учебно-исследовательским работам, учебные (бывшие ранее реальными) проектно-изобретательские задания на элективном курсе.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


A.V. Gorshkov. Demonstration of possibility of production the useful work from the of thermal energy of the external environment, which is, in the essence, with homogeneous temperature.
A number of transformers of casual or periodic oscillations of external media temperature in the useful work, made in 1998-2008 on the basis of semi-conductor thermoelectric units of a Russian production is described. Methodical instructions on demonstration, laboratory and study-research works, educational (former were real) design-inventive jobs are given in elective course.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


Горшков А.В., Жебель В.В. Картины обтекания тел (в т.ч. крыла) вязкой жидкостью, возвратное течение  в периодической структуре и три его режима.
Сделан ламинарный гидродинамический бассейн оригинальной конструкции. Исследованы среднеглубинное и придонное обтекание тел различной формы. Даны рекомендации по улучшению содержания параграфа о подъёмной силе в школьных учебниках. В периодической структуре барьеров открыто возвратное течение и 3 его режима, выведены закономерности его возбуждения и предложены их практические применения.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


Gorshkov A.V., Zhebel V.V. Pictures of a flow of bodies (including a wing) a viscous liquid, Contraflow in periodic structure and three its modes.
The laminar hydrodynamic pool of an original construction is made. Are investigated flow of bodies of the various form on the medium depth and a benthonic. Recommendations about improvement of the maintenance of the paragraph about the lifting force in school textbooks are made. In periodic structure of barriers the contraflow is opened, and three its modes, are deduced laws of its excitation, and also their practical applications are offered.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


Горшков А.В. Методика расчёта, изготовления и испытания одновиткового равномерного варианта пояса Роговского с линейным откликом на ток в наносекундном диапазоне.
Описана методика расчёта, способ изготовления и испытания гальванически бесконтактного измерителя переменных и импульсных токов – пояса Роговского. Показано, что оригинальная конструкция (15-летней давности) с единственным, распределённым вдоль тора, витком обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционной многовитковой конструкцией, в т.ч. более высокочастотную границу диапазона линейности.


Gorshkov A.V. The method of design, manufacturing and testing the one-coil variant of Belt Rogovsky with the linear response to a current in a nanosecond range.
The method of design, way of manufacturing and testing of galvanic contactless measuring instrument of variable and pulse currents – belt Rogovsky – is described. It is shown that the original design (15-year-old prescription) with the one, distributed lengthways tore, a coil possesses a number of advantages in comparison with traditional poly-coil construction, including more high-frequency limit of the linearity range.


Горшков А.В. Полупроводниковый термоэлектрический модуль – богатый возможностями инструмент учебного эксперимента.
Описаны осуществлённые в рамках элективного курса в МОУ Лицей №31 г.Челябинска в 1999–2010 гг. демонстрационные, лабораторные и исследовательские работы в области физики, химии, биологии и критических отраслей техники, ключевой частью  которых стал полупроводниковый термоэлектрический модуль. Показан достаточно высокий коэффициент учебности.
Научн. рук. – Даммер М.Д,


A.V. Gorshkov. The semi-conductor thermoelectric unit – the tool of study experiment rich with possibilities.
Demonstration, laboratory and research works in area of physics, chemistry, biology and critical branches of the technics the semi-conductor thermoelectric unit became which key part are described carried out in frames elective course in MEI Lyc;e of #31 of Chelyabinsk in 1999-2010. High enough coefficient studyness is shown.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


Горшков А.В. Оценка возможности экспериментального обнаружения электрического притяжения квазинейтральных макроскопических классических тел друг к другу.
Сделаны оценки установившихся сил индуцированного электростатического притяжения двух квазинейтральных малых шаров на большом расстоянии в 3-х случаях: «монопольно-поляризационный», «дипольно-поляризационный», «флуктуационно-поляризационный» (притяжение квазинейтральных тел за счёт взаимного усиления случайной поляризации одного из них, содержащего подвижные заряды). Явление и закономерность – потенциалы ДП и ФП вида -L-6 в неквантовом нерелятивистском приближении –  можно обнаружить в лабораторном эксперименте и астрофизических наблюдениях.


A.V. Gorshkov. Estimation of possibility of the experimental detection of an electrical attraction of quasineutral macroscopic classical bodies to each other.
Estimations of the installed forces of an induced electrostatic attraction of two quasineutral small balls at a great distance in 3 cases are made: "monopole-polarizable", "dipole-polarizable", "fluktuation-polarizable" (an attraction of quasineutral bodies because the mutual gains of casual polarization of one of them, containing mobile charges). The phenomenon and law – potential FP of a kind -L-6 in not quantum nonrelativistic approach – can be found out in laboratory experiment and astrophysical observations.


Горшков А.В. Термоэлектрическая батарея из высокоориентированного пиролитического углерода.
Описано устройство (и способ его изготовления) для экспериментов с термоЭДС в химически однородной цепи (эффект Бриджмена) из доступных материалов и экспериментальные задания с ним на элективном курсе исследовательского направления для профильной школы.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


A.V. Gorshkov. The thermoelectric battery from high-oriented pyrolitic carbon.
The device (and a method of its manufacture) for experiments with thermoEMF in chemically homogeneous circuit (Bridgeman's effect) from accessible materials and the experimental works with it on elective course of a research direction for profile school is described.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


2011–2012


Горшков А.В. Методика формирования понятия об энергетических зонах через классические аналогии в средней школе.
Представлена методика формирования понятия о расщеплении уровней энергии, об уширении уровней энергии и слиянию их в разрешённые энергетические зоны в твёрдых телах, пригодная для применения в 8–11 классах профильной школы. Следствием обоснованного понятия о разрешённых и запрещённых энергетических зонах являются, в частности, физически верные видовые признаки металлов и полупроводников, свойства контактов веществ.
Научн. рук. – Даммер М.Д.


A.V. Gorshkov. Technique of formation of concept about energy bands through classical analogies at high school.
About splitting of levels of energy, about broadening of levels of energy and to their convergention to the allowed energy bands in solid bodies the technique of formation of concept is presented. It is acceptable for application at 8-11 classes of profile school. A consequence of well-founded concept about the allowed and forbidden energy bands are, in particular, physically true specific signs of metals and semiconductors, properties of contacts of substances.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


2011–2013


Горшков А.В. Усовершенствование методики «мозговой осады» для школьного коллектива средней и старшей групп на элективных исследовательских курсах по физике.
Опираясь на известные особенности психологии среднего и старшего школьного возраста, предложена и опробована в 1999–2013 гг. методика объективного творчества, сочетающая творческий аналог математических методов многомерного поиска и «мозговую осаду» с регулируемым разрешением критики предложений в группе с обязанностями и развитием её до уровня коллектива.
С 1999 по 2010 учебные годы было достигнуто несколько десятков реальных технических решений, обладающих, по оценкам как руководителя, так и экспертов конкурсов научно-технического творчества учащихся, уровня от полезной модели до изобретения включительно. Также было несколько научных результатов, могущих претендовать на звание скромного, но научного открытия. По многим из них патентный поиск в ЦНТИ г.Челябинска подтвердил предположение об абсолютной мировой новизне, по другим – выявил факт патентования раньше нас другими изобретателями. По результатам защиты на очных конкурсах (от городского до всемирного включительно) несколько десятков учащихся стали призёрами. Кроме того, по результатам личной научно-исследовательской и изобретательской деятельности автора были опубликованы несколько десятков научных статей, в т.ч. содержащих формулы изобретений. Патентования по причине нехватки денег на это и нереальности истребования патентных отчислений с использующих мы не делали. Экспертиза открытий сейчас тоже очень платная.
НОВЫЕ ТИПОВЫЕ ПРИЁМЫ ПОРОЖДЕНИЯ ИДЕЙ:  по сравнению с известным множеством типовых изобретательских и исследовательских приёмов, мы выделили как типовые (в нашей объективно-творческой деятельности и, очевидно, не только в нашей) ещё и:
• изменение размерности преобразуемого объекта (0–1–2–3 и дробная размерность);
• изменение топологии преобразуемого объекта (связность, открытость, и др.);
• изменение чётности преобразуемого объекта (чёт–нечёт);
• снабжение объекта, подвергаемого воздействию, свидетелем этого воздействия;
• использование вместо прямых действий способа – итерационных (последовательных приближений);
• построение естественнонаучной теории как изоморфизма некоторой алгебры.
ВЫВОДЫ:
1. Объективно-творческая (т.е. научно-исследовательская и изобретательская) деятельность может быть одной из составляющих гармоничного развития личности.
2. Начинать её представляется эффективным не ранее чем с 11-ти лет и ранее 15-ти лет.
3. Методику объективного творчества детей среднего и старшего школьного возраста можно строить как форму учебно-профессиональной и профессиональной общественно-полезной деятельности.
4. Можно и нужно строить методику не игровой, а действительной объективно-творческой деятельности детей среднего и старшего школьного возраста
5. Для обеспечения одновременно и эффективности процесса творческого поиска, и ликвидации гашения инициативы и мотивации (характерной для деятельности по детерминированному алгоритму) целесообразно усовершенствовать метод мозговой осады путём включения в алгоритм стохастических и модифицирующих действий.
6. В творческой группе целесообразно распределять не роли (обязанности+права), а лишь обязанности (сохраняя равные права), причём распределять на сменной основе.
7. Предложено дополнить арсенал типовых изобретательских и исследовательских приёмов ещё несколькими, систематически применявшимися.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


A.V.  Gorshkov. Technique improvement «the Brain siege» for school collective of average and senior groups on elective research courses on physics.
Supporting on known features of psychology of an average and the senior school age, improvement of a technique of the objective creativity, combining creative analog of mathematical methods of multidimensional search and «a brain siege» with the adjustable allow of criticism of offers in group with duties and its development to collective level, is offered and tested in 1999-2013.
Sci.adv. – M.D. Dammer.


2013


Горшков  А.В. Челябинский «метеор» 15 февраля как элемент учебной физики в физико-математическом лицее и экстремальное природно-социальное явление (фрагмент неоконченной статьи, версия от 26.02.2013).
Будет рассказано о деятельности кафедры физики и естествознания и других кафедр лицея №31 г.Челябинска 15 февраля 2013 года по решению трёх насущных задач: «Что произошло?», «Что, наиболее вероятно, произойдёт в ближайшее время?» и «Что делать?». В том числе были на основе наших непосредственных наблюдений выдвинуты гипотезы, соответственно обеспечена неотложная безопасность детей, сделан обширный сбор сведений и их анализ с точки зрения физики, отбор гипотез и принятие остальных локально-управляющих и массово-информационных решений. Далее в течение нескольких часов была сделана следующая итерация этого процесса. Итоги анализа были доведены мной непосредственно до сведения нескольких десятков людей – учителей, учащихся, родственников и близких знакомых (а с учётом публикации в популярном интернет-форуме – ещё более 200). Построенная нами и обнародованная в СМИ в первые же часы количественная модель события оказалась, в пределах объявленных погрешностей, в основном согласуется с опубликованными позже нас расчётами NASA США и РАН России. Следующие итерации и публикации производились 16–18 февраля, тоже без учёта мнения этих авторитетных организаций, однако на основе фактических сведений от людей, разысканных нами целенаправленно (по географическому признаку). В статье приведены методика и результаты сбора и независимого анализа таких сведений, т.е. модель природно-социального явления и рекомендуемые действия по правильному управлению им.
• Непосредственные наблюдения
• Выдвинуты гипотезы
• Соответственно обеспечена неотложная безопасность детей
• Сделан обширный сбор сведений и их анализ с точки зрения физики
• Отбор гипотез и принятие остальных локально-управляющих и массово-информационных решений.
• Следующие итерации этого процесса.
• Целенаправленный (по географическому признаку) розыск людей-свидетелей.
• Более 2-х экспедиций вблизи эпицентра.
• Поправки количественных оценок
• Смена иерархии вероятностей основных гипотез.
Наблюдавшиеся механичение эфекты:
• Неоднократное выгнутие и вогнутие плит подвесного потолка в центре Челябинска.
• Сила сотрясений на поверхности по шкале MSK-64 от 5 (все бодрствующие ощутили толчки) до 8 (трещины в стенах) баллов.
• В Коркино (сейсмостанция) 3,2 балла по шкале Рихтера.
• На ЧТЗ с земли «бросило» грязью и пылью.
• Выбитие стёкол.
• Выбитие стальных дверей в цехах.
• Выбитие стальных стен в складах.
• Падение лестниц.
• Срывание шиферной кровли.
• Ломание перекрытий.
• Метание крупных тел (люди) ударной волной.
• «Слабые» и, в некоторых местах, «средние» разрушения по классификации ГрОб.
Защищаемые в докладе положения:
• Сложная траектория, видимый след длиной 180 плюс-минус 50 км.
• Дальность вспышки от центра Челябинска 35 плюс-минус 10 км.
• Область эпицентра вспышки выявлена с погрешностью менее 10 км.
• Высота вспышки 35 плюс-минус 10 км .
• Скорость при вспышке 12 плюс-минус 4 км/c.
• Давление заторможенного потока воздуха при вспышке могло быть от 10^9 до 10^13 Па, этого достаточно для разрушения метеорного тела.
• Энергия световой вспышки от 10^(15 плюс-минус 0,5) Дж (50 кт ТНТ) до 1 МТ ТНТ.
• Энергия ударной волны, оцененная по метанию крупных тел 10^16 Дж (500 КТ ТНТ).
• Энергия ударной волны, оцененная через 10% долю света относительно ударной волны в модельном термоядерном взрыве, 0,5..10 МТ.
• Энергия ударной волны, оцененная через радиус зоны слабых разрушений, если по формулам ГрОб, то 6..16..33, в среднем 28 МТ.
• Энергия ударной волны, оцененная через радиус зоны слабых разрушений, если по таблицам ГрОб, то гарантированно больше 5 МТ, возможно, больше 15..25 МТ.
• Это на 1..2 порядка больше, чем у Тунгусского «метеорита» (на высоте 8 км).
• Сила сотрясений на поверхности по шкале MSK-64 от 5 до 8 баллов. Слабое воздействие ударной волны на г.Челябинск объяснено высотным характером взрыва.
• Температура адиабатического торможения идеального газа 60 плюс-минус 20 тыс.К.
• Если считать границу оптически толстого и тонкого слоёв чёрным телом, то плотность потока энергии У=7,4*10^11 Вт/м^2 .
• Давление света P=У/с здесь порядка 2,5 кПа. Внутри на 2 порядка больше (порядка ед. атм).
• Радиус светящейся поверхности «чёрного тела» порядка 150 м.
• Двойной хвост объясняется силой Архимеда с образованием вихревого жгута-термика.
• характерная глубина сильного прогрева за время вспышки – порядка 1 мм,
• время выпадения каменной мелочи – мм порядка 3 ч, декамикронного диапазона 30..100 ч.
Биофизические и биохимические явления:
- ощущение звука (шипение, зжвон, жужжание) до вспышки (ЭМ волны?),
- ощущение кислоты во рту (ЭМ волны?),
- запахи сразу после ударной волны (сульфиды, сульфаты, озон, окислы азота, кислоты?),
- головная боль (ЭМ волны, углекислый газ, угарный газ, циан, метан?),
- общее недомогание, одышка, сердцебиение (то же?),
- внезапный загар лица и покраснение белков глаз (УФ излучение?).
Сообщают из первых рук удивительное:
• падение горшка с цветком
• выпадение внутреннего дверного косяка
• поднятие тюля к потолку
• падение людей
Концентрация твёрдых останков:
м - ?
дм - ?
см – порядка 0,3 .. 3 .. 20 кг/км^2
мм – тоже
дмкм – тоже
мкм - ?
ИТОГО 50х100х3=15000 кг выпавшего материала.
Собраны пылевидные останки в Челябинске, Копейске, в области эпицентра взрыва. Обнаруженные останки декамикронного диапазона в свежих образцах – стеклянные обломки и нити-«сопли» всех цветов радуги, а также чёрные, белые, прозрачные. Обломки всех цветов радуги, чёрные, белые, а также блестящие. Школьник Морозов обнаружил под микроскопом 2 прозрачных бесцветных кристалла с чёрными рёбрами, радужной игрой преломлённого света, огранка напоминает гранат.
МИРОВОЙ ПРИОРИТЕТ кафедры физики и естествознания Лицея №31, а также кафедры технологии приборостроения ЮУрГУ: опубликованы в Интернет:
• гипотезы 9:52 (челябинского времени),
• к 10:20 основная гипотеза – вместо астероида – ядро кометы (первичной или вторичной),
• численные оценки 10:50.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
1. При непредусмотренной служебной инструкцией чрезвычайной ситуации следует руководствоваться правилами (Вывод1-Вывод10), указанными выше.
2. Если инструкция противоречит здравому смыслу, её надо менять, а применять её нельзя.
3. Южно-Уральское метеороподобное явление происходило по траектории, начинающейся или проходящей через Аляску. Высота начала явления 85 плюс-минус 15 км. Видимый след начался над Курганской областью, южнее Щучьего или Шумихи, близ Сафакулево. Его скользящая (угол падения 70 плюс-минус 10 градусов) траектория была направлена первоначально на Трёхгорный или Ямантау. Видимый след закончился южнее Чебаркуля, Миасса, Златоуста, севернее Учалов. Длина следа – 180 плюс-минус 50 км. Основной взрыв произошёл в районе длина огненного облака-«батона» 20..30 км, ширина около 5 км. Расстояние от центра Челябинска до центра «батона» 35 плюс-минус 10 км.
4. Тело рассыпалось на десятки или сотни крупных (порядка метра) тел и много мелких и мельчайших. Нами собрано несколько десятков экземпляров каменных тел порядка 3 мм, несколько тел 5..10 мм, а также образцы необычного льда. Часть образцов отдана в научно-исследовательские лаборатории ВУЗов Челябинска. Общая масса мелких тел – порядка десятков тонн. Крупные осколки пока не найдены. Масса аэрозольно-аэрогельного бело-рыжего облака порядка от десятков тысяч до миллионов тонн.
5. В пределах гипотезы о естественности, энергетические оценки показали, что характерный радиус метеорного тела, если вода, то 30..110 м, если камень 20..70 м, если железо 14..50 м.
6. По исследованиям собранных нами образцов пыли и другим сведениям, тело имело сложный состав: примеси блестящего металла, много тонн камня, подавляющая часть массы приходилась на лёд.
7. Поэтому наиболее вероятно, что это не астероидный метеорит, а тёмное (грязное, запылённое) ядро неизвестной ранее «потухшей» кометы.
8. Необходимо возобновить и усилить работы по противоракетной и противометеоритной обороне России и союзников, радикально сменить внешнюю и внутреннюю политику России и её неудовлетворительно работающее правительство. Иначе народу России угрожает опасность куда более вероятная, чем падение метеорита или кометы.
9. Необходимо прекратить доступ иностранцев в Челябинскую обл., запретить частный коммерческий оборот и вывоз твёрдой массы за границу, усилить поиски и суммирование твёрдой массы до весны, провести в воздухе (след) и на земле, а также в стёклах и иных предметах в области эпицентра ядерный и химический анализ на предмет доказательства или опровержения гипотезы о высотном термоядерном взрыве какой-либо государственной принадлежности.
10. Сложное астрофизико-физическое и социальное явление имеет высокую учебность по В.В. Майеру и высокий научно-исследовательский и проектно-изобретательский потенциал.


Горшков А.В., Даммер М.Д. Методика применения систематической таблицы физических явлений как преобразований форм энергии.
В процессе обучения физике (как в средней, так и, в особенности, в высшей школе) обе стороны учебного процесса – и учитель, и ученик – сталкиваются с нарастающим количеством подлежащих ознакомлению, изучению и применению физических и химических явлений природы. Они в сознании учащегося располагаются обыкновенно в хронологический ряд или сгруппировано по темам, соответствующим разделам курса физики. Такое знание, во-первых, недостаточно прочно (обыкновенно по причине единственной их связи), во-вторых, в объёме физико-математической лицейской или ВУЗовской программы количество запоминаемых одноранговых объектов находится на грани или за гранью возможности человека (несколько сотен, а у профессиональных физиков – несколько тысяч или более; а желательно, согласно известным психологическим экспериментам, быть порядка семи для каждого из рангов классификации). Такова актуальная проблема.
Нами построена и применяется с 1999 года в педагогической (при обучении физике), проектно-изобретательской и научно-исследовательской деятельности в области физики систематическая таблица физических явлений. Принцип её построения таков: строки – из какого вида (формы) энергии, столбцы – в какой вид (форму) энергии происходит преобразование в данном явлении.
В методике обучения физике эта таблица обладает ориентирующим, систематизирующим (а в общей физике – предсказывающим) свойствами.
В версии 2012 года таблица обладает размером 21х21 значащих ячеек. Её заголовки построены на основе иерархической классификации форм (видов) энергии. Она начинается с почти общепринятой классификации движения материи и физических взаимодействий и заканчивается оригинальной классификацией конкретных форм энергии (они могут и даже должны являться предметом дискуссии), доступных для понимания старшеклассника или студента-младшекурсника.
Самым трудным было составить приемлемую иерархию видов энергии. А заполнение систематической таблицы явлений – приятный для и разработчика таблицы, и для ученика процесс с элементами творчества. Содержание ячеек таблицы оказалось четырёх разновидностей: 1) известные в физике явления; 2) предсказанные на основе этой таблицы явления, могущие быть обнаруженными в физическим эксперименте; 3) «предсказанные» (в кавычках) явления, оказавшиеся, как мы выяснили позже, уже известными в физике, но не вошедшие в содержание общего курса физики, курса теоретической физики и физического энциклопедического словаря; 4) преобразования энергии, истолкование которых в качестве явления оказалось затруднительно (например, по причине практически несопоставимых масштабов энергии и ожидающихся изменений, или же по причине выхода далеко за возможности наблюдения или эксперимента при существующем уровне техники).
Методика применения этой таблицы в учебном процессе в МБОУ лицей №31 г.Челябинска включает в себя 8 обучающих интерактивных действий. Для обучения 6-7 классов построена и применяется пропедевтическая таблица 12х12 и особая методика её применения.
Назначение таблицы и методики комплексное:
1) учебное вводно-ориентирующее (сначала от отдельных явлений к формам энергии и далее к физическим взаимодействиям и движению материи, затем от движения материи и физических взаимодействий к формам энергии и полному «полю» известных и возможных физических явлений);
2) учебное систематизирующее (закрепляющие вертикальные и горизонтальные связи между явлениями, иерархия форм энергии);
3) учебное аффективное (элемент удивления, формирования положительного отношения к достижениям физики и мотивации к специальной деятельности в области физики);
4) научно-исследовательское (предсказание новых физических явлений);
5) прикладное (выбор физических явлений для проектно-изобретательской и практической обыденной и преобразующей окружающий мир деятельности человека);
6) учебное заключительно-обзорное.
Таблица может быть непосредственно применима в следующих видах деятельности:
1) при обучении физике, 2) в проектно-изобретательской деятельности и при обучении ей, 3) в научных исследованиях в области физики.
Опыт применения в лицее №31 исчисляется с 1999 г. на нескольких десятках (порядка 100) человек, показал хорошие результаты для учащихся 8–11 кл. (учитывая приблизительно два десятка призёров Всероссийских и Всемирных конкурсов научно-исследовательских и изобретательских работ учащихся). Таблица представляется применимой и для обучения в ВУЗе по физическим, химическим, инженерным, педагогическим (в области физики) специальностям.
Таблица обладает предсказательной (в области физики) силой (несколько десятков новых групп явлений).
Действительно, с её помощью предсказаны: допплеровское релятивистское замедление вращения космических тел вокруг своей оси под действием излучения звезды; подбарьерное прохождение материи (туннелирование) под действием достаточно сильного гравитационного или акселерационного поля;  ядерные реакции, вызванные достаточно сильным постоянным электрическим полем; термоЭДС и эффект Пельтье в плазме; изотопический (и ядерно-изомерный) эффект Пельтье и термоЭДС; квантоворазмерные термоэлектрические явления; разделение изотопов (и изомеров) с помощью термоЭДС и эффекта Пельтье в расплаве (при зонной плавке) и в плазме (при зонном нагреве); доплеровское релятивистское красное смещение при рассеянии фотона на гравитационных полях межзвёздного вещества; красное смещение фотона при коллективном взаимодействии с межзвёздной плазмой; гравитационный коллапс достаточно высокоэнергичного фотона; гравитационно-электрический и электро-акселерационный эффекты в неоднородной и однородной замкнутой электрической цепи; гравитационно-термоэлектрические эффекты в однородной замкнутой цепи в неоднородном гравитационном или акселерационном поле; увлечение фононов в среде потоком электронов; электромагнитное излучение акустической волны в твёрдом теле; ЭМ излучение при размагничивании; излучение при образовании кластеров атомов; влияние электростатических полей на фазовые переходы 1-го рода; фазовые переходы, вызванные непосредственно ЭМ излучением (кроме известной полимеризации при облучении УФ излучением); электрическое притяжение квазинейтральных макроскопических классических тел друг к другу; и др.
Были также «предсказаны» (но, как стало нам недавно известно, уже давно известны в физике): электростатические поля, вызванные фазовыми переходами 1-го рода; влияние магнитного поля на фазовые переходы 1-го рода; порождение фотонов в сильном гравитационном поле. Также ранее нашей публикации с предсказанием возможности и количественной оценкой в мире уже оказался выполнен (несколько лет тому назад) эксперимент по ускорению электрически квазинейтральных молекул силой Лоренца в магнитном поле под действием быстропеременного электрического, поляризующего молекулу, поля.
Дидактический показатель «учебность» (вычисленный по методике В.В. Майера) 0,85 плюс-минус 0,04 и превышает пороговое значение 0,63.
Научн. рук. – М.Д. Даммер.


A.V. Gorshkov, M.D. Dammer. The systematical Table of physical Phenomena as Transformations of the Forms of an Energy.
The square systematic Table of the physical Phenomena is build and used since the 1999 year in the pedagogical Praxis, Inventions and Projects, scientific Researches in the Field of Physics. The Principle of his building is that: the Strings – from which Form of the Energy, the Columns – in which Form of the Energy comes the Transformation  in this Phenomena. In the Methods of the Teaching by the Physics this Table has the orienting, systematizing (and in the general Physics – also the predicting) Properties.
Sci. Adv. – M.D. Dammer.


……………………………………………………………………………………..


Конец сборника аннотаций.
Читайте Тезисы работ.
Затем читайте сами работы.

Затем ознакомьтесь со Статистической сводкой достижений и Списком публикаций, докладов и результатов их оценивания компетентными комиссиями.

Алексей Владимирович Горшков, инженер-физик.
(17.04.2026)