От проекта до заявки на открытие - один шаг

Заявка на открытие составляется в соответствии с утвержденными указаниями Роспатента. Перед оформлением материала заявки необходимо провести литературный поиск.

       Открытием признается установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания.

       Открытие должно быть доказано, т.е. теоретически обосновано, и как правило, подтверждено экспериментально, имея в виду при этом, что критерием установления истины, подтверждающим достоверность научного открытия, является практика, эксперимент.

       Не принимаются к рассмотрению в качестве заявок на открытия материалы, в которых описаны положения, не отвечающие понятию открытия, такие как: отдельные факты, частные зависимости (например, относящиеся к конкретному технологическому процессу – сушке макаронных изделий), а также закономерности, свойства и явления, не вносящие коренных изменений в уровень познания;  решение математических задач и установление абстрактных числовых зависимостей, доказательства теорем и т.п.

       Заявка  на открытие должна содержать следующие документы:

а) заявление о выдаче диплома на открытие автору (соавтору); б) описание предполагаемого открытия; в) материалы, иллюстрирующие открытие; г) документ, подтверждающий приоритет открытия, если его сущность стала известной раньше подачи заявки (копии статей того же автора и т.п.)

       Рассмотрим более важную часть заявки - описание открытия на основе конкретного примера. Оно должно содержать разделы, отмеченные ниже мелким шрифтом.

Описание предполагаемого открытия

Название открытия

Закономерность, определяющая коэффициент поверхностного натяжение жидкости.

Вводная часть

Открытие относится к области физики поверхностного слоя жидкости. Так, возникновение поверхностного натяжения у жидкости объясняется тем, что молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта дополнительная энергия называется поверхностной энергией ( ), и она пропорциональна площади слоя ( ), т.е.: (1),где  - коэффициент поверхностного натяжения. Из формулы (1) видно, что коэффициент поверхностного натяжения имеет смысл поверхностной энергии, приходящий на единицу поверхности жидкости, с другой стороны коэфициент поверхностного натяжения имеет смысл силы, действующей на единицу длины контура, ограничивающего поверхность жидкости.

Единицы коэффициента поверхностного натяжения -  или . При образовании поверхности жидкости происходит поглощение энергии или количества теплоты. Аналогичным образом при плавлении твердого тела происходит поглощение колличества теплоты, а при отвердевании жидкости- ее выделение, определяемое формулой: , где  - удельная теплота отвердивания, , а m - масса тела, кг. Приведенные сведения изложены почти во всех пособиях по физике, как в средней, так и в высшей школе [1].

Модель упругого поверхностного слоя (ПС) была использована Лапласом при выведении закона капилярного давления и Юнгом – закона смачивания. Они представляли  поверхностный слой ввиде растягивающеся упругой пленки. Со времени Лапласа и Юнга вопрос о строении ПС оставался открытым. В настоящее время усовершенствованный метод малоуглового рассеяния позволил установить, что на несколько градусов выше температуры плавления ПС представляет собой двумерную квазикристаллическую структуру. Ее толщина оценивается 1-2 мономолекулярных слоя. Параметры двумерного кристалла отличаются от таковых для  пространственного кристалла [2,3]. Модель твердого ПС можно считать обоснованной как теоретически (представления Лапласа и Юнга) так и экспериментально. Согласно этой модели работа изотермического процесса образования поверхности жидкости затрачивается на фазовый переход жидкость-двумерное твердое тело, т.е. на затвердевание жидкости в ПС [4].

Критика прототипа

На основании этого автор [4] делает вывод, что "поверхностное натяжение” (σm) вблизи  температуры плавления (Tm) должно быть пропорционально "теплоте затвердевания”, равной "теплоте плавления ” Qm. Автор показывает расчетным путем  эту пропорциональную зависимость (корреляцию), то есть лишь между двумя величинами, причем с допущенными вольностями в их наименованиях.

Сущность заявляемого предпологаемого открытия заключается в обнаружении неизвестной ранее закономерности, определяющей коэффициент поверхностного натяжения жидкости по аналитической зависимости, которая получена теретическим путем и доказана экспериментально, в чем состоит коренное изменение уровня научного познания в области физики поверхностного слоя жидкости.

Доказательство достоверности открытия.

        Вывод формулы. Найдем площадь поверхности жидкости (), относящуюся к одной молекуле молекулярного слоя:

(1),

где   - диаметр молекулы,   - объем моля жидкости,   - число Авогадро, - плотность жидкости, М- молярная масса. Здесь(1) мы представляем молекулу вещества в виде шара, вписанного в куб. Введем теплоту отвердевания, отнесенную к одной молекуле жидкости (): (2), где - молярная теплота отвердевания жидкости, - удельная теплота отвердевания жидкости.

Используя (1) и (2), для коэффициента поверхностного натяжения получим:

,

или окончательно:

(3) .

        Значения  относятся к температуре вблизи температуры плавления. Табличные значения не всегда этому соответствуют  (см. табл.). И мы свели эти отклонения к погрешностям, предпочтя их увеличение искажениям табличных данных расчетами. К тому же, эти отклонения относятся лишь к трем веществам под № 20,   № 21 и № 22 таблицы.  

       Таким образом, уравнение (3) связывает  коэффициент поверхностного натяжения жидкости с ее макроскопическими параметрами.

В таблице приведены данные для расчета коэффициента поверхностного натяжения по формуле (3)- , а так же экспериментальные данные из справочной литературы -. Взаимосвязь и приведена на рис. 1 в логарифмических координатах. Из рис. 1 видно, что данные, укладывающиеся на линию 1, удовлетворяют теоретическому уравнению (3), причем линия проходит под углом  к осям координат. К сожалению, экспериментальные данные для водорода и гелия в нашей справочной литературе отсутствуют, поэтому для сведения приведены только расчетные значения коэффициентов поверхностного натяжения этих веществ. Данные обозначены крестиками. Видно, что значения составляют очень малую величину. Так, для гелия она составляет всего 0,00018 , что, по-видимому, взаимосвязано со способностью гелия к сверхтекучести при известных условиях. Данные для другой группы веществ укладываются на линию 2, для этой группы расчетные данные ниже экспериментальных. Оказалось, в этой группе состоят только металлы. Это, по-видимому, обусловлено дополнительным энергетическим влиянием фактора иной природы. Вероятно, таким фактором является термоэлектронная эмиссия, характерная для нагретых металлов, тем более в жидком состоянии. В результате этого образуется дополнительная сила притяжения теперь уже между ионами поверхностного слоя жидкого металла, эта сила и обуславливает повышение коэффициента поверхностного натяжения. Действительно, согласно уравнения Кунина (1951г.) для жидких металлов коэффициент поверхностного натяжения  ( ) прямо пропорционален  работе выхода электрона (А):  = 444,5 А/r2 , где     r – радиус атома [5].

  
Таблица. Данные для расчета коэффициент поверхностного натяжения, его расчетные значения по уравнениям  (3) и (4), и  экспериментальные значения по справочной литературе [6,7,8].

Для учета этого обстоятельства в формулу (3) введем расчетный коэффициент = 5      - для металлов, а для остальных веществ = 1, тогда окончательно получим:

(4).

Взаимосвязь по уравнению (4) приведена на рис. 2 , на котором треугольниками обозначены значение для металлов ( = 5 ), кружочками - для остальных веществ(= 1) и крестиками только для расчетных значений двух веществ - водорода и гелия. Как видно из рис. 2, значения коэффициента поверхностного натяжения, подтверждающее уравнение (4), охватывают три порядка, а с учетом всех расчетных значений, вплоть до минимального, для гелия, - пять порядков. Коэффициент линейной корреляции, согласно проведенного расчета по эмпирическим данным, является близким к единице и имеет значение 0,93, что дополнительно подтверждает объективность полученного уравнения (4).

Область возможного научного и практического использования открытия.

 На основе данного открытия могут быть решены теоретические и практические вопросы определения поверхностной энергии некоторых жидкостей через их удельную теплоту отвердевания. Могут быть решены вопросы энергетических взаимодействий и возможных структурных изменений при изменении агрегатных состояний веществ.               Из открытия вытекает наличие энергетического квантового перехода потенциальной энергии атомов жидкости на ее поверхности, значение которого соответствует значению удельной теплоты отвердевания. Причем, учитывая, что теплота отвердевания жидкости выделяется, а энергия поверхностного слоя жидкости при его образовании поглощается, по-видимому, таких  приблизительно равновеликих (при температуре, близкой к температуре затвердевания) энергетических перехода два: один – с поглощением энергии и образованием поверхностного слоя с двумерной квазикристаллической структурой, другой – с выделением энергии при затвердевании жидкости и образованием пространственной кристаллической структуры. Данное обстоятельство будет более понятным, если провести аналогию с известным растворением двух жидкостей (например, спирта и воды). Теплота растворения выделяется, если расстояние между молекулами уменьшается и наоборот. В нашем случае: при образовании поверхностного слоя жидкости расстояние между молекулами увеличивается - и теплота поглощается, при отвердевании жидкости – расстояние между молекулами уменьшается – и теплота выделяется. Подобные процессы протекают при сорбции и десорбции жидкостей капиллярно-пористыми и коллоидными веществами. Так, ранее [9] нами с использованием термодинамического анализа на примере целлюлозных материалов, которые являются капиллярно-пористыми телами, было показано, что усадочное напряжение (поверхностное натяжение в порах материалов) () пропорционально теплоте смачивания (аналог теплоты растворения или отвердевания) (q):  = k`*q* (9), где k` – коэффициент пропорциональности,  – плотность. И это положение получило дальнейшее развитие в представляемом материале заявки. Полученные результаты помогут теоретическому раскрытию указанных процессов. Возможно применение результатов открытия и в различных технологических физико- химических процессах.

Формула открытия

Теоретически и экспериментально установлена неизвестная ранее  закономерность, определяющая  коэффициент поверхностного натяжения  () жидкости:

,  где  - коэффициент пропорциональности,  λ – удельная теплота отвердевания жидкости, М- ее молярная масса,  - ее плотность,  - число Авогадро,      - показатель степени.

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики учеб. пособие для вузов – 15-е изд. – М: «Академия», 2007, с. 126-131 и с. 140-141.
2. W u X.Z., Ocko B.M., Sirota E.B. et  al - Science. 1993, 261. p. 1018.
3. Pegan M.J., Kawamato E.H., Lee L. et al - Phys. Rev. Let, 1995, 75. p. 2498.
4. Cумм Б.Д. Новые карреляции поверхностного натяжения с объемными свойствами жидкости. Вести моск. ун- та . Сер. 2. Химия, 1999, т.40, № 6.
5. Семенченко В.К. Поверхностные свойства металлов и сплавов. М., 1957.
6. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: пособие для общеобразовательных учреждений. 9-е изд. М.: Дрофа, 2005-188 с.
7. Енохович А.С. Справочник по физике и технике. М.: Просвещение, 1989,223с.
8. Кошкин Н.И., Ширкевич М. Г. справочник по элементарной физикие. 8 изд., перераб.- М.: Наука. Главная редакция  физико- математической литературы,1980,207с.
9. Борисов Ю.А. Технология совмещенного прессования и сушки электроизоляционного трансформаторного картона повышенной плотности. – Дисс. на соиск.уч.ст.к.т.н.:Л.,- 1991, с. 14,17.

 Аннотация.

      На примере закономерности, определяющей коэффициент поверхностного натяжения жидкости, рассматриваются материалы оформления заявки на открытие. Приводятся теоретические и экспериментальные доказательства такой  закономерности. Рассматривается ее возможное практическое применение.