Основы
теории решения изобретательских задач
6.2. Технологические эффекты.
Под технологическим эффектом будем понимать преобразователь одного действия (воздействия) или поля в другое, с использованием знаний физики, химии, биологии и математики.
В общем случае технологический эффект можно представить в виде "черного ящика" с входным воздействием X, выходным воздействием Y, управляющим воздействием Z. и носителем U. Схема технологического эффекта изображена на рис. 6.2.
В качестве входных X, выходных Y и управляющих Z воздействий используются поля (Пвх, Пвых и Пупр) различной природы, а носителя U - вещества В. Тогда рис. 6.2. можно представить в виде рис. 6.3.
Каждый технологический эффект характеризуется соответствующими полями Пвх, Пвых и Пупр и видом вещества В, преобразующего входное воздействие в выходное. Носителем могут быть: физические объекты, химические вещества и биологические объекты.
В настоящее время разработаны таблицы применения технологических эффектов. В таких таблицах вид технологического эффекта определяется по выходному действию или функции (Пвых), которые необходимо выполнить.
Применение технологических эффектов позволяет получить более идеальное решение, так как при этом разрешается обостренное противоречие.
Напомним, что технологические эффекты включают:
6.2.1. Физические эффекты
Известно около пяти тысяч физических эффектов и явлений. В разных областях техники могут применяться различные группы физических эффектов, но есть и общеупотребительные. Их примерно 300-500.
Например, эффект Пельтье состоит в том, что выделение или поглощение теплоты происходит при пропускании электрического тока через контакт (спай) двух различных проводников (см. рис. 6.4). Выделение теплоты сменяется поглощением при изменении направления тока.
При этом количество теплоты пропорционально току, проходящему через спай.
Существует много изобретений, реализующих применение этого эффекта.
Пример 6.10. Предлагается использовать эффект Пельтье для охлаждения фотокатодов с помощью термоэлектрическими элементами4.
В качестве примера рассмотрим физические явления, связанные с тепловым полем. Они получили название теполи [10]. К ним относятся тепловое расширение, тепловое расширение с применением материалов, у которых разные коэффициенты температурного расширения - би-эффект, фазовые переходы первого и второго рода. С помощью этих эффектов можно, например, создавать усилия, измерять размеры, осуществлять перемещение и регулирование. Причем величина усилия, изменения размеров, перемещения и степень управляемости могут быть увеличены переходом от обычного теплового расширения к би-эффекту, например, использованием биметаллических пластин, к фазовому переходу первого рода - изменение агрегатного состояния, и, наконец, к фазовому переходу второго рода - эффекту памяти формы.
Эффектами памяти формы обладает многие материалы, сплавы металлов, например, сплав титана и никеля, и даже пластмассы. Суть этого эффекта проявляется в следующем. Материалу придают необходимую форму при определенной температуре. Затем форму можно произвольно изменить, но при повышении температуры до значения, при котором материалу была придана первоначальная форма, она "вспоминается". Имеются материалы, которые могут возвращаться к первоначальной форме много раз. Такие материалы обладают эффектом обратимой памяти формы.
Пример 6.11. Продемонстрируем эту последовательность на операции снятия пружины с оправки, на которой она навивалась. Пружина очень плотно прилегает к оправке.
Обычное тепловое расширение может облегчить снятие пружины с оправки. Пружину нужно наматывать на горячую оправку, когда она остынет, пружина снимается сама. Можно и, наоборот, нагревать уже намотанную пружину, например, электричеством.
Би-эффект позволяет описанную операцию выполнить легче и эффективнее. Оправку изготавливают из материала с коэффициентом температурного расширения меньшим, чем у материала пружины.
Еще легче снимать пружину с оправки, выполненной из легкоплавкого материала. Здесь использовался фазовый переход первого рода.
Удобнее всего проводить навивку и снятие пружины на оправке, выполненной из материала, обладающего эффектом обратимой памяти формы. В этом случае при намотке оправка должна иметь диаметр, равный внутреннему диаметру пружины, а при снятии оправку доводят до температуры, при которой она вспоминает форму - цилиндр со значительно меньшим диаметром.
