Эти данные подчеркивают невероятную сложность и мощность нервной системы человека, а также её способность обрабатывать и передавать огромное количество информации благодаря разветвленной сети нейронных связей.

Интересно отметить, что мозг обладает нейропластичностью — способностью перестраиваться и адаптироваться, создавая новые нейронные связи на протяжении всей жизни.

Первая часть была про основы фотосинтеза и регуляции. Это база. Её нельзя не знать.
Вторая часть была про технику: какие типы светильников используются для растений и в чём их фишка.

В этой части соединим всё вместе, поговорим ещё немного о спектрах, какие можно раздобыть светильники и когда не стоит отдавать тысячи денег перекупам и маркетологам.

Квантовый выхлоп (quantum yield) МакКри

Напомню, самое важное, что стоило вынести из первой части - это что для фотосинтеза нужны фотоны, прям поштучно. Т.е. не сильно важно какого он цвета или расы, важно количество. В первой части фотосинтеза, где нужен свет, каждый полный цикл растение добывает из воды четыре электрона и четыре протона, а взамен отдаёт одну молекулу кислорода О₂. Кстати, не лишним ради любопытства будет ещё узнать, что после фотосинтеза растение поглощает три молекулы углекислого газа СО₂, оставляет себе углерод и прочие плюшки, и отдаёт три молекулы воды H₂O.
Для любителей тонкостей: цикл Кальвина формально проходит без света, но используемые молекулы НАДФН живут недолго, а производятся в основном при фотосинтезе. Поэтому циклу свет не нужен, но он как бы косвенно зависим от света.

Ещё мы помним, что свет также поглощается пигментами, которые работают в определённом диапазоне цветов - спектре. Но откуда человечество об этом узнало? Естественно, от инопланетян с помощью учёных. Какие-то исследования велись аж с конца 19 века (даже Тимирязев что-то публиковал), но по-настоящему знаковой, которая обобщила имевшиеся исследования и сняла вагоны с тормозов, стала работа Кита МакКри в начале 1970-х. Та самая работа, в результатах которой был получен график эффективности поглощённого фотона в процессе фотосинтеза: МакКри светил светом, считал поглощенные фотоны и количество уменьшившегося СО₂, что, как мы только что узнали, является характерным признаком фотосинтеза.

Ценность эксперимента МакКри была не только в эксперименте как таковом, сколько в факте, что он систематизировал под собой большой пласт существовавшей до этого теории: связал вместе поглощение фотона с эффективностью фотосинтеза, объяснил провал в зелёной части спектра поглощения растения, показал, что в замерах нужно оперировать количеством фотонов, а не качеством света (длинами волн). Кстати, после этой работы в обиход были введены такие величины, про которые даже домохозяйки уже могли слышать - PAR, PPF/PPFD, YPF.

Впрочем, и здесь не всё так однозначно. С одной стороны, в исследовании принимало участие 22 вида растений, которые показали одинаковый результат с разбросом в 7%. С другой стороны, измерения проводились на кусочке листовой пластины в 25 квадратных миллиметров, а не на всём растении. Правильно ли это? А кто его знает... И да, и нет.

Похожие исследования проводились и до МакКри (например, наши Шульгин и Клешнин с публикацией в 1959 году), и после него. В совершенно разных конфигурациях, с разным оборудованием. И с разными результатами... Одно дело, когда для эксперимента берётся только маленький кусок листа, и другое дело, когда растение используется целиком: на результаты начинает влиять огромное количество параметров, а отдельные биосистемы растения работают синергично. В первом случае можно упустить полную картину, а во втором трудно отделить вклад каждой такой системы в отдельности.

Именно поэтому до сих пор нет какой-то одной стандартной модели и одного "правильного" графика с четкими цифрами, который помог бы нам определить какой спектр для фотосинтеза растений самый-самый. Из-за этого в сети гуляет множество интерпретаций, в том числе бредовых. Где-то кривую МакКри называют спектром поглощения (это неправильно), где-то спектр фотосинтеза супер-простой и не отражает суть, а где-то пририсовали чушь и делают по ней неправильные выводы...

Впрочем, и сегодня учёные не останавливают исследования ни на минуту, продолжая делать открытия и дополняя модель фотосинтеза и роста растений новыми знаниями. Вот, например, роль ультрафиолета и как работает фоторецептор UVR8 выяснили сравнительно недавно.

Это всё хорошо, но что делать нам, домашним огородникам?

Спектр спектров

Всё-таки на большинстве графиков спектра в интернетах прослеживается некая общая закономерность. Давайте мысленно усредним, уберём заведомую чушь и налёт астрологии и остановимся примерно на таком варианте:

Что это? Это, скажем так, совокупность спектра поглощения растений и эффективности этого поглощения (quantum yield). Что он нам даёт? При выборе светильника чем больше её спектр пересечётся со спектром на картинке (всё, что под красной линией) и при этом будет иметь достаточно синего и красного света - тем лучше для основного света растениям. Всё, что не пересечётся (выше красной линии) - это потенциальные потери, т.е. просто будет потрачено.

Например, спектр современных светодиодов белого света (любого оттенка) весьма хорошо пересекается с таким графиком. И спектр составных сине-красных ламп - тоже пересекается. Это значит, что такие светильники будут достаточно эффективны для фотосинтеза растений.

Кстати, отдельно отмечу про зелёный свет, о котором много дебатов. Кто-то тыкает в спектр поглощения и говорит - зелёный не нужен, кто-то продолжал гнуть линию "важны все". А истина как раз посередине, прям как зелёный посередине видимого спектра. Зелёный свет точно так же участвует в фотосинтезе, как и все остальные, а вот поглощается его не очень много. Но это фича, а не баг: такой подход позволяет свету проходить через верхний ярус листвы больших растюх и частично поглощаться листьями ниже, что повышает их моральный дух. Именно поэтому на спектре есть заметный провал в районе зелёного цвета.

Чтобы что?

Штош, наконец-то. Наконец-то мы добрались до того места, где почти вся теория позади, а впереди - только практика и конкретика (надеюсь)! Теперь мы всё знаем: как работает растение, как работает свет, как работают лампы. Пора выбирать светильники и закупаться.

Кто читал первую часть, тот помнит про важный вопрос: для чего вам нужен фитосвет? Для рассады, для комнатных растений, для конкретной культуры, для выгонки, для сити-фермы? Для частичной досветки, для полного цикла/полной светокультуры? Пора доставать свой ответ.

👉 Кстати, а прямо здесь - то самое место, откуда могут начать те микроогородники с шестью миллисотками на подоконнике, кто не хотел во всё вникать. Или кто только начинает рассадничать, не зная ничего о свете, но очень хочет урожаев.

Да будет фитосвет, наконец уже

Во второй части мы остановились на том, что в фитосвете для дома и всяких микроферм светодиодам нет разумных альтернатив. По большому счёту, выбор делится на две больших группы светильников: 1) на основе светодиодов синего (440-450 нм) и красного (660 нм) света - так называемые биколоры, 2) на основе светодиодов белого света (как тёплых, так и холодных). И есть ещё небольшая подгруппа всякой чепухи, которую я тоже упомяну в следующей части.

Красно-синий дуализм

Несмотря на то, что многие сегодня называют красно-синие светильники, они же биколоры, отстоем и старьём, они эффективнее белых ламп. Но, эта эффективность всего лишь порядка 10-15%. С огромной долей вероятности ни экономического эффекта, ни прироста рассады или урожая вы скорее не заметите. А учитывая, что на рынке внятных образцов ламп за адекватную цену уже нет, то эту группу вряд ли стоит рассматривать. Под внятными я имею в виду настоящие 445+660 светодиоды, адекватной мощности, размера и цены, а не лиловые "фулл-спектрумы" (про них в следующей части) или ширпотребные красные 620нм.

Такой тип светильников подойдёт тем, у кого есть отдельное помещение или комната, т.к. сам свет весьма неприятен для глаз, если долго на него смотреть - у него низкая цветопередача, хуже, чем у натриевых ламп. Т.е. такой свет может сильно искажать цвета вокруг, да и сами растения будут выглядеть темными и без деталей. И порой это сильное неудобство: если вдруг у рассады начнётся какой-либо хлороз из-за недостатка питания, это сложно будет заметить на ранних этапах.

Отдельный вопрос это соотношение красных и синих СД. С одной стороны, всё зависит от вида растения - разные могут реагировать иначе, а с другой зависит и от стадии роста. Например, для стадии всходов нормальным может быть соотношение 1:1 или 2:1 (красных:синих), а по мере роста и для полной светокультуры уже может потребоваться больше красного, напр., 4:1-6:1. Вот, например, перцу много синего не понравится - если рассаду светить 1:1 красно-синим, она будет очень приземистой и в высокие растения скорее всего не вырастет, останется карликом. А 3:1 - вполне универсальный компромисс.

В общем, я бы так сказал: целевая аудитория сине-красных светильников сейчас - это самодельщики и экспериментаторы, собирающие лампы сами и понимающие для чего они это делают. Т.е. у них уже есть опыт по каким-то определённым культурам, они знают когда эти светильники работают хорошо и т.д. Вот, к примеру, как колхожу эти светильники я:

У меня под такими светильниками хорошо получается всякая рассада, хорошо выходят детерминантные сорта томатов и на полном цикле может расти душистый табак (случайно выяснил) и петуния. Ещё неплохо себя чувствует розмарин - из жиденького разлапистого куста получается весьма компактный куст с короткими междоузлиями и частыми листьями.

Но всё равно я бы не советовал такие светильники широкому кругу.

Холодно, тепло, бело

Вторая большая группа светодиодных светильников - белые, а также всякие миксы с белым. Белые светодиоды - это отличный выбор в качестве фитосвета. Как я уже упоминал, за последние несколько лет индустрия светодиодов сделала прыжок вперёд, и современные светодиоды не только эффективные по светоотдаче, но, что не менее важно, дешёвые. Есть топовые производители с топовыми светодиодами, топовым маркетингом и топовыми ценами (тот же самсунг, осрам, сеул). А есть хорошие середняки: имеют весьма хорошую светоотдачу, и отрыв от топов не такой большой. Есть и дешманский дешман, но не будем пока про них.

Все светодиоды белого света условно делятся на тёплые, холодные и нейтральные. Думаю, любой ребёнок или пенсионер уже об этом знают. Они очень похожи по спектру, который неплохо пересекается со спектром фотосинтеза растений, и различаются в соотношениях синего и красного. Примерно так:

Дешевле всего в производстве холодный белый. Но на огромных масштабах отличие в цене несущественно, т.к., по большому счёту, разница только в люминофоре.

Рабоче-крестьянский вариант без колхоза

Итак, что светодиодное покупать-то. Если у вас стеллажи с рассадой (и выгонять эту рассаду вы не планируете), либо просто с лиственными декоративными растениями, то смело идите в строительный магазин либо на специализированный маркетплейс (там дешевле) и затаривайтесь самыми дешёвыми линейными бытовыми светильниками холодного белого!

Может, не самыми-самыми дешёвыми, но около того. Сие изделие продаётся у нас в диапазоне 300-450 рублей (в 2025 году), выглядит почти у всех "брендов" очень одинаково и имеет схожую начинку. Эти светильники мимикрируют под старые люминесцентные: имеют стандартные размеры в длину - 60, 90 и 120 см, а также мощность - 18, 26 и 36 Вт соответственно. У них хлипкая конструкция и тонковатый металл (хватает, чтобы не греться сильно), но давайте на чистоту, не пофиг ли на это? Они не супер-надёжные, но за такую цену полностью себя оправдывают. Их цена с лихвой перекроет мнимую экономию квантум-бордов или более серьёзных ламп с адекватным драйвером за 5К денег.

Типичная светоотдача - порядка 100 лм/Вт. Например, лампа в 36Вт, как заявляет производитель, жарит на 3000-3500 люмен. Если груууубо переводить в ppfd, то это порядка 45-50 ммоль/с/м2 (нетехнари, не вникайте). Мало света? Пфф. 350р, и вот света уже заметно больше. Только рассеиватель снять надо, он не нужен. И выбирайте (напр., по фоткам в отзывах) лампы, у которых внутри две "полоски" со светодиодами, а не одна.

Две-три лампы на одну полку стеллажа - вполне адекватно. Тем более, когда у вас рассада, много ламп не нужно. Это какое-то странное заблуждение, что над свежими всходами надо светить киловаттным светом. Отнюдь, им надо совсем немного (до 100-120 ppfd будет достаточно).

Если вы нутром чувствуете, а умом знаете, что вашим растениям недостаёт красного света, т.к. у вас особая рассада, которая любит больше красного by design, или же растения с цветами - добавьте такой же светильник тёплого белого, например на 3500К или 4000К. Он стоит ровно столько же, как и его холодный брат. Если у вас оранжерея из цветов, можете только тёплый белый и оставить. В любом случае, даже если будете экспериментировать с подбором, это будет стоить крайне дёшево.

Если у вас микро-огород, и вы выращиваете огурец полного цикла или, там, куст томата-детерминанта, то вариант с лампами может оказаться громоздким. Но он всё ещё рабочий, я сам пробовал. Микс холодного и тёплого белого как 1:1 будет хорошим компромиссом, если не хотите возиться. Или просто попробуйте светильники нейтрального белого (5000К).

Для объёмов более 10-20 стеллажей или сити-ферм эти светильники, наверное, будут не самым лучшим вариантом, т.к. неизбежно будут выходить из строя несколько штук в месяц. Впрочем, даже если с затратами на обслуживание или ремонт экономика всё ещё сходится, то и ладно. Кстати, такие светильники вполне ремонтопригодны, хотя и условно...

Более суровый вариант

У рабоче-крестьянского варианта есть минус: вариативность спектра не очень высокая, т.к. весь выбор, что у вас есть - это холодный, нормальный и тёплый белый. Комбинируя их, можно добиваться желаемого соотношения синего к красному, и этого будет достаточно в 80% случаев. Но если у вас была бесплатная консультация опытного фитофотолога, и теперь вам точно нужно больше красного и немного дальнего красного в свете, то ваш путь - в сегмент более продвинутого света. Нужные лампы вы вряд ли найдёте в масс-маркете, но на маркетплейсах и в частных магазинах подходящее решение можете найти. В этом сегменте продаж находятся в основном перекупы и отвёрточные сборщики, а слова "наша собственная разработка" ни о чём не говорят, кроме что контроль качества будет повыше.

Итак, рабоче-крестьянский вариант вам не подошёл, и вам нужен специализированный спектр. Из сравнительно недорогих вариантов могут подойти "алюминиевые поленья" - это те же линейные светильники, но серьёзнее качеством. Их цена за ватт света определённо будет выше бытового варианта в 5-10 раз. Выглядят светильники примерно так (на фото - с али; "наш" вариант выглядит брутальнее - профиль толще, и лампа по ширине-высоте больше раза в два):

Качество светильников сильно разнится: могут быть как элементы рабоче-крестьянских светильников (например, очень простой драйвер, он же блок питания), так и признаки трехкратного запаса прочности.

В серьёзных вариантах светильников такого рода львиную долю стоимости уже начинает отъедать нормальный светодиодный драйвер, сам алюминиевый профиль и логистика/сборка. Как ни удивительно, стоимость светодиодов здесь может быть не такой существенной. И не обязательно в лампе будут восхваляемые всеми СД от Самсунга - есть вполне приличные светодиоды и от китайских производителей (ну, кроме ламп с али). Светоотдача вполне может достигать 200 лм/вт и выше, но, скорее, это будет 100-150 в среднем.

Алишные лампы стоят в районе 2000р, "местные" - от 3500-5000. Стоят ли они того решать, конечно же, вам. Я бы взял себе на пробы одну-две. Но массово не стал бы оснащаться точно.

Квантовая экономика квантум-бордов

Если вам нужен плотный свет высокой концентрации на небольшой площади - например, вы выращиваете Терпен-Генерирующий Куст или разлапистый куст тринидадского скорпиона, то рабоче-крестьянские светильники вам не подойдут. Конечно, можно попробовать собрать что-то свето-концентрирующее на их основе, но скорее всего такой колхоз и активная работа напильником будут нецелесообразны с т.з. экономики и затраченного времени.

Квантум-борды - это следующий шаг в мире фитосветильников, и это уже сфера середняков и профи, где огородоводы и гроверы уже скорее всего понимают что к чему. Выбирать борд начинающему огородоводу - это рискованное дело, т.к. либо попадётся китайское поделие, либо придётся потратить большую кучку денег при условной окупаемости проекта в районе 170 лет.

Борды появились в результате эволюции светодиодов, когда их светоотдача выросла как на дрожжах. Это позволило довольно плотно размещать СД на алюминиевой пластине и включать их на пониженном токе, не рискуя перейти предел, когда всё вместе греется неподобающим для светодиодов образом. Это, в свою очередь, позволило добиться весьма хорошего светового потока на единицу площади при таких компактных размерах.

Добавляем хороший драйвер, чуток тросов для подвеса - и всё, борд готов. В чуть более продвинутых моделях появляется диммер для регулировки мощности (что почти все нормальные драйверы умеют из коробки), и возможность регулировать спектр, отключая какой-либо цвет - так можно "тюнить" квантум-борд под разные стадии роста типа вегетации или цветения. Самые навороченные модели ещё умеют вайфай и приложение на телефоне, но стоимость таких моделей уже сравнима с фурой картошки...

У некоторых бордов на спине появляется ребристый радиатор (часто - у китайских, т.к. у них хуже светоотдача, а, значит, больше энергии уходит в тепло). А самые ранние модели и современные мощные имеют ещё и вентилятор.

Борды стоят достаточно дорого. Некоторые, соблазняясь как им кажется низкой ценой на маркетплейсах, после покупки осознают, что получили только доску, к которой надо ещё и драйвер покупать, а он, зараза, стоит столько же. Квантум-борды плохо подходят для засветки протяжённых площадей, напр., большой полки на стеллаже. Я бы их скорее точечным источником света назвал.

Типичный спектр современных бордов - это процентов 80-90 белого света, а остальное - красный (660 нм), т.е. это универсальный вариант как для рассады, так и для взрослых растений. Продвинутые варианты дополняются дальним красным (процентов 10-15 по мощности - хороший вариант) и буквально точечно - ультрафиолетом. Дальний красный и УФ важны уже на взрослых стадиях роста, поэтому обычно борды комплектуются выключателем этих частей спектра, чтобы не использовать их на начальной стадии. Бывают такие модели, куда добавляют вообще всё, что можно, включая синий, лиловый "фулл-спектр", белые всех видов и даже инфракрасный. В этом мало смысла, и такую модель сразу стоит записать в группу сомнительных.

Многие производители всюду заявляют как фичу то, что их борды сделаны на светодиодах Samsung. Кто понтовее указывает LM301H EVO, кто попроще - LM301B, а кто ещё проще - LM281B+. Этой теме вообще можно отдельную часть заметок посвятить. Пока отмечу только пару вещей: китайцы врут в 99% случаев; наши "разработчики" и отвёрточники бордов чеснее, но тоже, бывает, рассказывают сказки; и даже сам Самсунг не гнушается маркетинговой лапшой (напр. в 301 сериях) в своей продукции. Стоит гнаться именно за самсунгами? Целенаправленно, наверное, нет. Кстати, просто чтобы не было недопонимания: LM281B - это не какие-то особые horticulture фито-шмито светодиоды. Это обычные светодиоды для общего освещения, не более. LM301B - тоже. Ладно, это офтопик тут.

Кроме самсунгов на борды ставят и другие светодиоды. Например, на слуху может быть китайский производитель Refond. Да, аналоги не настолько эффективны. Однако разница может составлять всего лишь 8-10%. Иногда на больших масштабах это существенно, да. Но если при этом цена различается на четверть, то это может быть поводом пересмотреть свои взгляды.

Светоотдача может быть высокой, если светодиоды топовые - 200-250 лм/вт. У среднего сегмента это будет что-то вроде 150-180 лм/вт. А у китайских - в районе 100-120, как у бытовых светильников.

Условно бюджетные модели бордов можно найти от 5-7К денег, но не ждите чудес от таких экземпляров. Китайские варианты как на фотках выше будут дешевле. А цены на средний сегмент бордов начинаются от 10К с верхним пределом цены как у крыла космической станции. Определённо, продаваны-отвёрточники закладывают довольно высокую маржу в свою цену. Но, се ля ви. Это не массовый сегмент, а хобби и профи. Это всегда недёшево.

У квантум-бордов есть менее распространённый младший брат - квантум-линейка (quantum strip, quantum line, квантовая лента). По виду это просто усечённый вариант доски с той же самой сутью: много мелких светодиодов на алюминиевой пластине. Подходит для случаев, когда надо прям совсем компактно что-то осветить. Несмотря на маленькие размеры, может иметь немаленькую цену, когда один только драйвер для линейки может стоить больше её самой.

Итак, подытожим простыми современными словами. Квантум-борд для рассады томатов или полки кактусов - оверкилл. К тому же это дорого. Зато есть некое разнообразие спектров, хорошо подходящих для фотосинтеза на разных стадия роста. Для отдельностоящих кустов и случаев, когда известно, что нужен очень хороший световой поток на полный цикл - норм вариант.

Досветка с геостационарной орбиты

Так получилось, что в какой-то момент квантум-борды сэволюционировали ещё раз, и появился новый младший брат в новом сегменте светильников.

На сцене - борды-переростки, которые по форме больше похожи на набор солнечных панелей МКС. Это такие монстры, мощность которых исчисляется сотнями ватт, а кол-во светодиодов - несколькими тысячами. Стоимость квадратного метра таких светильников иногда сопоставима со стоимостью кв. метра жилья. Вот для примера один из светильников фирмы, которая на слуху в этом сегменте - Mars Hydro. Всего лишь 800 ватт, 1.3 кв. м, 95000р у наших перекупов. Предлагаю вам самим подумать на досветке какой культуры такое чудо сможет окупиться, если это не ради хобби.

Есть варианты и попроще. Например, 150 ватт за 15000р. Есть и китайские поделки, ессно. И на наших маркетплейсах их даже больше, чем на али. Но стоят ли 200 китайских ватт 6000 русских рублей? Сомневаюсь...

Вот, пожалуй, и все разумные варианты светильников для растений на сегодня в зависимости от вашей цели. Конечно, есть ещё целый класс решений, доступных в магазинах, и о них я напишу в следующей части, где соберу всё сомнительное и откровенно стрёмное. Т.е. если вы не увидели в этой части что-то знакомое для себя, то ждите следующую. А пока подведём итог этой.

Учёные долго думали, и всё придумали: они изобрели кривую МакКри и график спектра поглощения растений, на котором видно, что растение поглощает почти всё, но зелёный - плохо.

Когда индустрия светодиодов осилила синий цвет, оказалось, что они своим спектром довольно хорошо попадают в спектр растений, и на рынке фитосвета появились красно-синие лампы-биколоры. Они весьма эффективны, но с ними болят глазки, а на растениях ничего не видно. Домашним огородникам не стоит заглядываться на биколоры, а вот самодельщикам - ок.

Самый нормальный со всех сторон вариант для домашних огородников и рассадников - типичный бытовой линейный светильник белого света. Для рассады 6500К - ок. Для более полного цикла добавляем 3000-3500К. Можно и 4000К, разница невелика. Денежная эффективность решения где-то на высоте космоса.

Более продвинутый свет для взрослых и цветущих растений - это белый с добавлением красного (длина волны 660 нм). Тут есть либо квантовые линейки, либо светильники - алюминиевые полешки. Но цена уже х5.

Если вам нужен свет большой интенсивности на небольшой площади для куста особого перца на полный цикл, то квантум-борды для вас. А если на большой площади, то вместо ипотеки возьмите Mars Hydro.

Но если вы начинающий гровер легальных кустов, то попробуйте начать с нескольких простых бытовых светильников, прежде чем засматриваться на борды. Впрочем, если сам процесс выращивания приносит вам удовольствие, а вы кайфуете от ожидания результата, то чего уж тут экономить. Хобби - это всегда дорого. :)

Ну и повторюсь, если ожидали здесь увидеть про что-то вам уже знакомое, а его тут не оказалось, то ждите следующей части. Там - про всякое сомнительное.

Ссылки только для полных ботанов и интересующихся

Просто бонус тем, кто хочет продвинуться в изучении влияния спектра света. Это так случайно вышло, что все ссылки - это публикации на англ яз. Сорри.

Вот люди экспериментируют с соотношением "красный:синий" в досветке двух сортов роз.

Почти всегда и салат среди подопытных в похожем эксперименте.

Но есть про базилик тонкоцветный и его вторичные метаболиты.

А тут с разным светом и фотопериодом - на рассаде огурцов.

Большущая сводка про сине-красный, зелёный, дальний красный на большом кол-ве растений разного вида (с ссылками на исследования, ессн).

Вот ещё сводка про влияние света на разных стадиях роста и не только. Довольно старая (2016), но есть отсылки на интересные публикации.

А в этой статье кроме спектрального влияния затронули и вопросы интенсивности света. Свежак.

Сегодня разберём крутой физический эффект — энергетическую перегруппировку в функционально-активных контактных системах. Звучит как научная фантастика или околонаучный бред, кому как нравится. Но на деле это про то, как разнородные металлы при контактах "договариваются" друг с другом, обмениваются энергией и перераспределяют её, превращаясь в источники низковольтного напряжения для питания сенсоров в системах интернета вещей (IoT) и других устройств, где использование солнечных, химических батарей и т.п. нецелесообразно .

Поехали!!

Что это такое?

Представьте фрактальную электрическую систему из множества гексагональных цепей, собранных из разнородных металлических проводников с контактной разностью потенциалов (КРП). Согласно закону Вольта, в условиях термодинамического равновесия такая система не должна генерировать напряжение. Но всем известно, что идеального термодинамического равновесия в реальном мире достичь сложно, и, как показывают эксперименты, внутренние нелинейные процессы в системе приводят к появлению небольшого напряжения на выходе таких систем. Более того, экспериментальными работами подтверждено, что при шунтировании отдельных участков такой системы - выходное напряжение возрастает во много раз.

Итог — концепция коммутируемой энергетической перегруппировки, которая открывает путь к созданию новых источников питания низкого напряжения, использующих тепловые и другие флуктуации среды.

Конструкция системы

Фрактальное множество гексагональных контуров из шести разнородных металлов: константан (1) → нихром (2) → медь (3) → константан (4) → нихром (5) → сталь (6).

Каждая контактная разность потенциалов действует как мини-источник электричества, но в замкнутом контуре , согласно закону Вольта, в условиях полного термодинамического равновесия она равно 0. Но как Мы знаем, что полного термодинамического равновесия достичь трудно, поэтому в каждой гексагональной топологии создаётся некомпенсированный потенциал за счёт внешнего энергетического шума. Такая структура оптимально перераспределяет энергию внутри системы, эффективно используя КРП для преобразования энергетического шума в выходное напряжение, которое можно усилить шунтированием.

Как это работает?

Энергетический шум как источник энергии

Система преобразует рассеянную энергию (тепловые и электромагнитные флуктуации) в низковольтное напряжение. Она работает как самосинхронизированный преобразователь стохастической энергии. Энергетический шум в такой системе «растягивается» на всю систему и аккумулируется в КРП. Перераспределение энергии создаёт временный дисбаланс токов, концентрируя (собирая) энергию со всей системы на выходе. Физически перераспределение энергии обеспечивается шунтированием определённого числа гексагональных контуров с КРП.

Предполагается, что механизм перераспределения энергии основан на изменении электронной температуры вблизи границы раздела двух проводников. В условиях неравновесия, вызванного, например, наличием внешнего электрического, или ЭМ поля или градиентом температуры, электронная температура вблизи границы раздела двух проводников может отличаться от температуры решетки. Экспериментами подтверждено, что внешнее электрическое, ЭМ поле влияют на электронную температуру вблизи границы раздела проводников, что проявляется в значительном увеличении выходного напряжения системы.

Шунтирование в деталях:

• Шунтирование части гексагональных контуров системы снижает внутреннее сопротивление, увеличивая ток через незашунтированные контуры.

• На стыках разнородных металлов (термопарах) возникают локальные микро изменения температуры.

• После снятия шунтирования тепловой поток меняет направление, система возвращается к равновесию. В это время она выдаёт остаточное напряжение в нагрузку.

Перспективы

Таким образом, пока существуют внешние ЭМ, электростатические поля и т.п. - будет существовать энергетический шум. А это значит, что будут существовать всё это время источники низковольтного напряжения, например, для питания IoT - датчиков и т.п.

PS:

В следующих публикациях мы предметно рассмотрим практические решения низковольтных источников питания на эффекте энергетической перегруппировки в функционально-активных контактных материалах и системах.

Наносекунды: 10 в минус 9 сек.

Макроскопическое движение замирает.  Свет двигается 30 см\нс,  а звук\ударная волна несколько мкс\нс.  В наносекундном диапазоне нас интересует уже не предметы,  а вещество.  Снимать на камеру становится все труднее (нынешний рекорд – один кадр за 160 нс,  апрель 2009).  Возникает необходимость перехода от визуальных методов наблюдения к иным способам.  Например,  стоит задача изучить диффузию поверхностных вакансий.  Ожидаемый временной масштаб при комнатной температуре:  наносекунды.  Необходимы быстрые методы наблюдения.  Трудность составляет недостаточная разрешающая способность камеры.  В этих случаях используют методы с высоким разрешением (сканирующая туннельная микроскопия), что бы зафиксировать медленные, 1 сек, т.е. движение атомов продолжительностью от 1 – 30 сек  Нужна экспериментальная хитрость.  Идея:  посадить на поверхность кристалла примесные атомы и наблюдать за ними.  Примесный атом внедряется в поверхностный слой выращенного атомарно гладкого кристалла и теряет подвижность.  Пробегающие мимо редкие вакансии (дырки от атомов, когда происходит флуктуация поверхности, атом вылетает и на его месте образуется дырка)  натыкаются на атомы,  переносят их на новое место и «убегают».  Такие перескоки примесных атомов происходят намного реже,  за ними можно уследить с помощью СТМ (сканирующего туннельного микроскопа) и узнать поведение поверхностных вакансий.

Пикосекунды: 10 в минус 12 сек.  Свет двигается медленно относительно этих процессов.

Изучаются атомно-молекулярные явления.  Например,  колебания кристаллической решетки (фононы),  самые быстрые «шаги»  при свертке белков,  кинетика фазовых переходов в твердых телах.  Также изучаются и электронные явления,  например,  кинетика носителей заряда в полупроводниках,  образование и разрыв химических связей.  На пикосекундном масштабе начинается настоящая современная физика.  Главный метод исследования:  короткие лазерные импульсы, используются как для возбуждения,  так и для регистрации пикосекундных  процессов.  Короткие лазерные импульсы получать сравнительно легко.  Лазеры привели к настоящей революции в экспериментальной физике.

Вещества такие разные благодаря разной электронной структуре:  прозрачность,  цвет,  блеск,  твердость.  Если сжимать обычный кислород,  то из жидкого кислорода он превращается в твердый кристалл  небесно-голубого цвета.  Далее,  если сдавливать,  он превратиться в кроваво-красный кристалл,  далее, этот кристалл все темнеет и темнеет,  вплоть до черного цвета.  А при еще большем давлении,  он становится блестящим,  напоминающим металл.  И все это тот же кислород.  Он начинает проводить ток.

40 тыс атм – жидкий кислород.

40 – 100 тыс атм – небесно-голубой твердый кислород.

100 тыс – 1 млн атм – красный кислород.

1млн атм – металлический кислород.

Свыше 1 млн атм – сверхпроводник.  В красном кислороде молекулы О2 объединяются почетверо в молекулы О8.  Перестраиваются электронные оболочки, и меняется цвет.  Эти данные при постоянной температуре сдавливания.  Получают эти данные в лабораторных условиях с помощью алмазных наковальней.  Алмазная наковальня создает сверхвысокое давление 4 млн атм.  Предварительное сжатие плюс ударная волна от мощного лазера: сотни млн атм.  Включаем температуру:  высокое давление плюс температура в десятки тысяч градусов.  Начинается ионизация,  вещество превращается в тяжелую плотную плазму.  Молекулы разваливаются,  пропадает химическая связь,  остается только элементарный состав.

Нет никаких структур,  только однородная вязкая и очень плотная горячая масса.  При температурах в миллионы градусов начинаются ядерные реакции.  Например,  в центре Солнца Т – 13 млн градусов, Р – 250 млрд атм.  Ядра сталкиваются,  обмениваются протонами и нейтронами, разваливаются и объединяются.  Стирается элементный состав вещества.  Вещество превращается в железо,  например,  массивная звезда в конце жизни.  Если еще больше сжимать вещество,  то оно уже не выдерживает,  электроны вжимаются в протоны,  порождая нейтроны.  Остаются практически одни нейтроны.  Уже не остается ни атомов,  ни ионов.  Получается сплошная ядерная материя, состоящая в основном из нейтронного вещества.  Например,  один куб. см. нейтронного вещества весит примерно млн. т.  Такое вещество находится в нейтронных звездах.  Давление в центре – порядка 10 в 28 атм, в сто квадриллионов раз больше,  чем в центре Солнца.  А что же происходит в триллионы градусов?  В 1960-е годы была открыто много новых элементарных частиц.  Физики стали подозревать,  что у ядерного вещества есть максимальная температура (2 трлн градусов).  Потом поняли,  что при этой температуре ядерное вещество превращается в кварк-глюонную плазму,  и ее можно нагревать дальше.  Кварк-глюонная каша.  На этой каше пока остановились экспериментальные данные, но можно и кашку еще нагреть и сдавить.  Сейчас считается,  что если нагреть кварк-глюонную плазму все дальше и дальше,  будут проявляться новые и новые частицы.  При температуре в квадриллионы градусов,  начнут меняться свойства самих частиц – они начнут терять массу.  При температуре 10 в 32 степени (может быть и меньше) теории расходятся,  что-то начинает происходить с самим пространство-временем,  но что именно – пока не известно.