Вакуумдық инженерия: қолданыс және құрылымдық ерекшеліктер
Vacuum engineering
Вакуумдық инженерия: өнеркәсіптік & ғылыми қолданыстарда вакуумды пайдалану. Материалдарды өңдеу, химия, электрондық құрылғылар, зерттеулер үшін маңызды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Вакуумдық инженерия – өнеркәсіптік және ғылыми салаларда вакуумды қолданудың практикалық жақтарымен айналысатын инженерия саласы. Вакуум, қалыпты ауа қысымында жүзеге асырылатын процестердің өнімділігі мен тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді, сондай-ақ ауаның болуында мүмкін емес процестерді жүзеге асыруға да қабілетті. Вакуумдық инженерия техникалары материалдарды өңдеуде, мысалы кептіру немесе сүзу, химиялық өңдеу, заттарға металдық жабындар жағу, электрондық құрылғылар мен шамдарды жасау, сондай-ақ ғылыми зерттеулерде кеңінен қолданылады. Вакуумдық техникалар қол жеткізілетін вакуумдық қысым деңгейіне қарай өзгеріп отырады. 100 Паскальдан жоғары қысымды қамтамасыз ететін "қарапайым" вакуум үшін дәстүрлі талдау әдістері, материалдар, сорғылар және өлшеу құралдарын пайдалануға болады, ал ультра жоғары вакуум жүйелері бір Паскальдың миллионнан бір бөлігінен төмен қысымға жету үшін арнайы жабдықтарды қолданады. Мұндай төмен қысымда тіпті металдар да газ бөліп шығарып, елеулі ластануға себеп болуы мүмкін.
Vacuum engineering is the field of engineering that deals with the practical use of vacuum in industrial and scientific applications. Vacuum may improve the productivity and performance of processes otherwise carried out at normal air pressure, or may make possible processes that could not be done in the presence of air. Vacuum engineering techniques are widely applied in materials processing such as drying or filtering, chemical processing, application of metal coatings to objects, manufacture of electron devices and incandescent lamps, and in scientific research. Vacuum techniques vary depending on the desired vacuum pressure to be achieved. For a "rough" vacuum, over 100 Pascals pressure, conventional methods of analysis, materials, pumps and measuring instruments can be used, whereas ultrahigh vacuum systems use specialized equipment to achieve pressures below one millionth of one Pascal. At such low pressures, even metals may emit enough gas to cause serious contamination.
Құрылымы мен механизмі
Вакуумдық жүйелер әдетте манометрлерден, бу ағыны және сорғылардан, бу тұзақтары мен клапандардан, сондай-ақ қосымша құбырлардан тұрады. Вакуумдық жүйеде жұмыс істейтін ыдыс өңдеу резервуары, бу симуляторы, бөлшектер үдеткіші немесе атмосфералық қысымнан төмен қысымды сақтауға арналған жабық камерасы бар кез келген кеңістік сияқты түрлердің кез келгені болуы мүмкін. Жабық камерада вакуум жасалғандықтан, сыртқы атмосфералық қысымға төтеп беру мүмкіндігін ескеру осы типтегі жобалау үшін қалыпты сақтық шарасы болып табылады. Вакуум камерасының сыртқы қабығы бүкілу немесе құлау әсеріне қанағаттандыру үшін мұқият бағаланады және қабықтың қалыңдығын арттыру арқылы кез келген нашарлау белгілері түзетіледі. Вакуумды жобалауда көміртекті болат, тот баспайтын болат және алюминий сияқты негізгі материалдар қолданылады. Манометрлік шыны, қарау терезелері және кейде электр оқшаулау үшін шыны сияқты басқа бөлімдер де пайдаланылады. Вакуум камерасының ішкі беті әрқашан тегіс, тозбаған және ақаусыз болуы керек. Вакуумға кері әсер ететін артық май мен ластаушы заттарды жою үшін жоғары қысымды еріткіштер көбінесе қолданылады. Вакуум камерасы жабық кеңістікте болғандықтан, тазалау кезінде кез келген қауіпті жағдайды болдырмау үшін нақты жуғыш заттарды ғана қолдану қажет. Кез келген вакуум камерасында кіру және қарау порттарының белгілі бір саны болуы керек. Бұл порттар әдетте сорғыларды, құбырларды немесе жүйе жұмысы үшін қажетті басқа да бөлшектерді қосуға арналған фланцтық қосылыстар түрінде болады. Вакуум камерасының герметикалық жабылу қабілеті өте маңызды. Камераның өзі ауа өткізбейтін болуы керек, осылайша тамаша вакуум сақталады. Бұл әдетте массалық спектрометрлі ақау іздегішті пайдалану арқылы ақауларды тексеру арқылы қамтамасыз етіледі. Барлық ашық жерлер мен қосылыстар жүйеге ауаның кіруін болдырмау үшін о-сақиналармен және тығыздағыштармен жиналады.
Vacuum systems usually consist of gauges, vapor jet and pumps, vapor traps and valves along with other extensional piping. A vessel that is operating under vacuum system may be any of these types such as processing tank, steam simulator, particle accelerator, or any other type of space that has an enclosed chamber to maintain the system in less than atmospheric gas pressure. Since a vacuum is created in an enclosed chamber, the consideration of being able to withstand external atmospheric pressure are the usual precaution for this type of design. Along with the effect of buckling or collapsing, the outer shell of vacuum chamber will be carefully evaluated and any sign of deterioration will be corrected by the increase of thickness of the shell itself. The main materials used for vacuum design are usually mild steel, stainless steel, and aluminum. Other sections such as glass are used for gauge glass, view ports, and sometimes electrical insulation. The interior of the vacuum chamber should always be smooth and free of rust and defects. High pressure solvents are usually used to remove any excess oil and contaminants that will negatively affect the vacuum. Because a vacuum chamber is in an enclosed space, only very specific detergents can be used to prevent any hazards or danger during cleaning. Any vacuum chamber should always have a certain number of access and viewing ports. These are usually in the form of a flange connection to the attachment of pumps, piping or any other parts required for system operation. Extremely important is the design of the vacuum chamber's sealing capability. The chamber itself must be airtight to maintain perfect vacuum. This is ensured through the process of leaking checking, generally using a mass spectrometer leak detector. All openings and connections are also assembled with o rings and gaskets to prevent any further possible leakage of air into the system.
Технология
Вакуумдық инженерия қолданылатын вакуум деңгейіне қарай әртүрлі техникалар мен жабдықтарды пайдаланады. Ауа ағынын желдету жүйелерінде немесе материалдарды тасымалдау жүйелерінде басқару үшін атмосфералық қысымнан сәл төмендетілген қысым қолданылуы мүмкін. Азық-түлік өнімдерін өңдеуде артық қыздырусыз вакуумды буландыру үшін төмен қысымды вакуумдар қолданылады. Вакуумның жоғары деңгейлері газсыздандыру, вакуум металлургиясы, шамдар мен катодты сәулелі құбырларды өндіруде қолданылады. Кейбір жартылай өткізгіштерді өңдеу үшін «өте жоғары» вакуумдар қажет, ал физикалық тәжірибелер үшін ең төмен қысымды «ең жоғары» вакуумдар жасалады, онда тіпті ауа атомдарының аз ғана саны да жүргізіліп жатқан тәжірибеге кедергі келтіруі мүмкін. Қолданылатын аппарат қысым төмендеген сайын өзгереді. Үрлегіштер (blowers) әртүрлі инерциялық және роторлық сорғыларға уступает. Кейбір маңызды қолданыстар үшін бу экжектор үлкен процестік ыдысты белгілі бір процестер үшін немесе толық сорғылау процестеріне дайындық ретінде жеткілікті күшті вакуумға жылдам эвакуациялай алады. Спренгель сорғысының ойлап табуы шамдардың қыздыру элементтерінің дамуындағы маңызды қадам болды, өйткені ол бұрын қол жетімсіз болған вакуумды жасауға мүмкіндік берді, бұл шамдардың қызмет ету мерзімін ұзартты. Жоғары вакуум деңгейлерінде (төмен қысымда) диффузиялық, адсорбциялық, криогендік сорғылар қолданылады. Сорғылар көбінесе «компрессорларға» ұқсайды, өйткені олар вакуумдік ыдыстағы сирек газдарды жинап, оларды әлдеқайда жоғары қысымға, кіші көлемге шығарып жібереді. Вакуумдық жүйеде екі немесе одан да көп түрлі вакуумдық сорғылар тізбегі қолданылуы мүмкін, біреуі («алғашқы») жүйеден ауаның көп бөлігін шығарып тастайды, ал қосымша сатылар ауаның салыстырмалы түрде аз мөлшерін одан да төмен қысымда өңдейді. Кейбір қолданыстарда сорғыдан кейін қалған ауамен химиялық элемент біріктіріледі. Мысалы, электрондық вакуумдық құбырларда металл «геттер» алғашқы сорғылаудан және құбырларды жабудан кейін қалған ауаны жою үшін индукциялық қыздыру арқылы қыздырылады. «Геттер» сондай-ақ құбырдың қызмет ету мерзімі ішінде пайда болатын газдарды баяу жойып, жеткілікті жақсы вакуумды сақтайды.
Vacuum engineering uses techniques and equipment that vary depending on the level of vacuum used. Pressure slightly reduced from atmospheric pressure may be used to control airflow in ventilation systems, or in material handling systems. Lower pressure vacuums may be used in vacuum evaporation in processing of food stuffs without excessive heating. Higher grades of vacuum are used for degassing, vacuum metallurgy, and in the production of light bulbs and cathode ray tubes. So called "ultrahigh" vacuums are required for certain semiconductor processing; the "hardest" vacuums with the lowest pressure are produced for experiments in physics, where even a few stray atoms of air would interfere with the experiment in progress. Apparatus used varies with decreasing pressure. Blowers give way to various kinds of reciprocating and rotary pumps. For some important applications, a steam ejector can quickly evacuate a large process vessel to a rough vacuum, sufficient for some processes or as a preliminary to more complete pumping processes. The invention of the Sprengel pump was a critical step in the development of the incandescent light bulb as it allowed creation of a vacuum that was higher than previously available, which extended the life of the bulbs. At higher vacuum levels (lower pressures), diffusion pumps, absorption, cryogenic pumps are used. Pumps are more like "compressors" since they gather the rarefied gases in the vacuum vessel and push them into a much higher pressure, smaller volume, exhaust. A chain of two or more different kinds of vacuum pumps may be used in a vacuum system, with one "roughing" pump removing most of the mass of air from the system, and the additional stages handling relatively smaller amounts of air at lower and lower pressures. In some applications, a chemical element is used to combine with the air remaining in an enclosure after pumping. For example, in electronic vacuum tubes, a metallic "getter" was heated by induction to remove the air left after initial pump down and closure of the tubes. The "getter" would also slowly remove any gas evolved within the tube during its remaining life, maintaining sufficiently good vacuum.
Қолданбалар
Вакуумдық технология – жабық көлемнен ауаны шығаруға арналған әдіс, ол жабық көлем мен кез келген газ шығару тежегіші арасындағы қысым айырмашылығын жасау арқылы жүзеге асырылады, ал соңғы газ шығару тежегіші – ашық атмосфера болып табылады. Өнеркәсіптік вакуум жүйесін пайдаланғанда, вакуумдық сорғы немесе генератор осы қысым айырмашылығын жасайды. 17 ғасырда ашылған вакуум идеясына негізделген көптеген техникалық өнертабыстар жасалды. Олар вакуумды жасауға арналған сорғылардан бастап, кейіннен медицина саласында рентген сәулесінің көзі ретінде қолданыла бастаған рентген түтікшелеріне дейін қамтиды. Вакуумдық орта ғылыми зерттеулерде маңызды рөл атқарады, себебі қысымның негізгі принциптерін зерттеу арқылы жаңа жаңалықтар жасалуда. "Мүкіemmel вакуум" идеясын іске асыру мүмкін емес, бірақ 20 ғасырдың басындағы технологиялық жетістіктер оған жақын нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік берді. Қазіргі вакуумдық инженерия алюминийден цирконийге дейін және олардың арасындағы барлық материалдарды қолданады. Вакуумдық технология тек клапандар, фланцтар және басқа вакуумдық компоненттермен ғана айналысады деген жалған пікір қалыптасуы мүмкін, бірақ осы дәстүрлі вакуумдық технологиялардың көмегімен, әсіресе жоғары технология саласында, жаңа ғылыми жаңалықтар жиі жасалады. Вакуумдық инженерия күрделі жартылай өткізгіштер, қуат құрылғылары, жад логикасы және фотоэлектрлік құрылымдарда қолданылады. Тағы бір техникалық өнертабыс – вакуумдық сорғы. Бұл өнертабыс жабық көлемнен газ молекулаларын шығарып, жартылай вакуумды қалдыру үшін қолданылады. Бір процесте үздік ағын үшін бірнеше вакуумдық сорғы қолданылуы мүмкін. Үздік ағын процеске кедергі келтіретін ауа молекулаларын жоюға арналған вакуум арқылы жасалған еркін жолды қамтамасыз ету үшін қолданылады. Осы процесте мүкіemmel вакуум жасауға тырысылады. Жартылай вакуум сияқты вакуумның бір түрі, оң көлемдік сорғыларды пайдалану арқылы туындауы мүмкін. Оң көлемдік сорғы газды кіріс портынан шығыс портына ауыстыра алады, бірақ оның конструкциялық шектеулеріне байланысты салыстырмалы түрде төмен вакуумға ғана қол жеткізе алады. Жоғары вакуумға жету үшін басқа әдістерді қолдану қажет. Мысалы, жылдам сорғыны оң көлемдік сорғымен бірге пайдалану, бір сорғыны пайдаланудан гөрі әлдеқайда жақсы вакуум жасайды. Қолданылатын сорғылардың комбинациясы жүйедегі вакуум қажеттілігіне байланысты анықталады. Химия, фармацевтика, мұнай және газ және басқа да салалардағы кейбір қолданбалар күрделі процестік вакуум жүйелерін қажет етеді.
Vacuum technology is a method used to evacuate air from a closed volume by creating a pressure differential from the closed volume to some vent, the ultimate vent being the open atmosphere. When using an industrial vacuum system, a vacuum pump or generator creates this pressure differential. A variety of technical inventions were created based on the idea of vacuum discovered during the 17th century. These range from vacuum generation pumps to X ray tubes, which were later introduced to the medical field for use as sources of X ray radiation. The vacuum environment has come to play an important role in scientific research as new discoveries are being made by looking back to the fundamentals of pressure. The idea of “perfect vacuum” cannot be realized, but very nearly approximated by the technological discoveries of the early 20th century. Vacuum engineering today uses a range of different material, from aluminum to zirconium and just about everything in between. There may be the popular belief that vacuum technology deals only with valves, flanges, and other vacuum components, but novel scientific discoveries are often made with the assistance of these traditional vacuum technologies, especially in the realm of high tech. Vacuum engineering is used for compound semiconductors, power devices, memory logic, and photovoltaics. Another technical invention is the vacuum pump. Such invention is used to remove gas molecules from sealed volume, thus leaving behind a partial vacuum. More than one vacuum pump is used in a single application to create fluent flow. Fluent flow is used to allow a clear path made using vacuum to remove any air molecules in the way of the process. Vacuum will be used in this process to attempt to create a perfect vacuum. A type of vacuum such as partial vacuum can be caused by the usage of positive displacement type pumps. A positive displacement pump is able to transfer gas load from the entrance to the exit port, but due to its design limitation, it can only achieve a relatively low vacuum. In order to reach a higher vacuum, other techniques must be used. Using a series of pumps, such as following up a fast pump down with a positive displacement type pump, will create a much better vacuum than using a single pump. The combination of pumps used is usually determined by the need of vacuum in the system. Some applications in the chemical, pharmaceutical, oil and gas and other industries require complex process vacuum systems.
Материалдар
Вакуумдық жүйелерде қолданылатын материалдарды мұқият бағалау қажет. Көптеген материалдардың белгілі бір мөлшерде кеуектілігі бар, ол қалыпты қысымда маңызды болмаса да, дұрыс қолданылмаса, вакуумдық жүйеге үнемі аз мөлшерде ауа кіруіне себеп болуы мүмкін. Резеңке және пластик сияқты кейбір материалдар вакуумда газ бөліп шығарып, жүйені ластауы мүмкін. Жоғары және өте жоғары вакуум деңгейлерінде тіпті металдарды да мұқият таңдау қажет – ауа молекулалары мен ылғал метал бетіне жабысуы мүмкін, ал металдың ішіндегі тұтқындалған газ вакуумда бетке өтуі мүмкін. Кейбір вакуумдық жүйелерде буындардағы тігістерді герметтеу үшін аз ұшқыш майдың жұқа жабыны жеткілікті, бірақ өте жоғары вакуумда арматуралар тұтқындалған газды азайту үшін мұқият өңделіп, жылтыратылуы керек. Жоғары вакуумдық жүйенің компоненттерін қыздыру – қалыпты практика; жоғары температурада бетке жабысқан газдар мен ылғал шығарылады. Дегенмен, бұл талап қолданылатын материалдарға әсер етеді. Төмен қысымда қолдану үшін 3D-баспалы пластиктерді де вакуумдық жүйелер жасау үшін кейіннен өңдеуге болады. Бөлшектерді үдеткіштері – ең ірі өте жоғары вакуумдық жүйелер, олардың ұзындығы бірнеше километрге жете алады. Вакуумдық жүйелер ұзақ жылдар бойы зерттелгендіктен, вакуумдық құбырларда қолданылатын негізгі материалдардың (көміртек, керамика, мыс, шыны, графит, темір, мика, никель, құнды металдар, отқа төзімді металдар, болат және олардың барлық қорытпалары) қасиеттері, сондай-ақ оларды қосу әдістері және екіншілік эмиссия мен кернеудің бұзылуы сияқты жиі кездесетін мәселелерді шешу жолдары жақсы түсінілген.
Materials for use in vacuum systems must be carefully evaluated. Many materials have a degree of porosity, while unimportant at ordinary pressures, would continually admit minute amounts of air into a vacuum system if incorrectly used. Some items, such as rubber and plastic, give off gases into a vacuum that can contaminate the system. At high and ultrahigh vacuum levels, even metals must be carefully selected air molecules and moisture can cling to the surface of metals, and any trapped gas within the metal may percolate to the surface under vacuum. In some vacuum systems, a simple coating of low volatile grease is sufficient to seal gaps in joints, but at ultrahigh vacuum, fittings must be carefully machined and polished to minimize trapped gas. It is usual practice to bake components of a high vacuum system; at high temperatures, any gases or moisture adhering to the surface are driven off. However, this requirement affects which materials can be used. For low pressure applications, it is possible to post process even 3 D printed plastic to make vacuum systems. Particle accelerators are the largest ultrahigh vacuum systems and can be up to kilometres in length. Vacuum systems have been studied for a long time so now the properties of basic materials used in vacuum tubes (carbon, ceramics, copper, glass, graphite, iron, mica, nickel, precious metals, refractory metals, steel, and all relevant alloys) and well understood, including their joining techniques and how to deal with common problems such as secondary emission and voltage breakdown.
Тарих
Вакуум сөзі латын тілінен шыққан "vacua" сөзінен туындаған, ол "бос" деп аударылады. Физиктер вакуумды жартылай бос кеңістікті сипаттау үшін қолданады, онда бір ыдыстан ауа немесе басқа газдар шығарылады. Вакуумның бос кеңістікке қатысты идеясы б.з.д. 5 ғасырында грек философтары тарапынан талқыланған, ал Аристотель (б.з.д. 384-322) табиғатта вакуумның бос кеңістік ретінде болуы мүмкін емес деген тұжырымға келген. Бұл идея вакуум технологиясы мен физиканың 17 ғасырда ашылуына дейін ғасырлар бойы сақталды. 17 ғасырдың ортасында Эвангелиста Торричелли шыны түтіктегі сынап бағанымен жасалған вакуумның қасиеттерін зерттеді, бұл атмосфералық ауа қысымын бақылауға арналған барометрге айналды. 1654 жылы Отто фон Герике атмосфералық қысымның күшін керемет түрде көрсетті: жылқылардың тобы 20 дюйм диаметріндегі екі жарты шарды бірге қосып, вакуумдағаннан кейін бөліп ала алмады. 1698 жылы Томас Савери шахталардан су шығару үшін буды конденсациялау арқылы төмен сапалы вакуум жасауға мүмкіндік беретін бу сорғысын патенттеді. Бұл аппарат 1712 жылғы Ньюкоменнің атмосфералық машинасымен жақсартылды; тиімді болмаса да, бұл жер асты суларымен толуы мүмкін болған көмір шахталарын пайдалануға мүмкіндік берді. 1564-1642 жылдар аралығында белгілі ғалым Галилей вакуум жасау үшін цилиндрдегі поршеньді қолдана отырып, өлшенген күштерді дамыту бойынша тәжірибелер жүргізген алғашқы физиктердің бірі болды. Бұл ғалым үшін маңызды жаңалық болды және басқалармен бөлісті. Француз ғалымы және философы Блез Паскаль вакуумды одан әрі зерттеу үшін осы жаңалықты пайдаланды. Паскальдің жаңалықтары Торричеллидің зерттеулерімен ұқсас болды, өйткені Паскаль сынапты пайдаланып вакуум жасау үшін ұқсас әдістерді қолданды. 1661 жылға дейін Магдебург қаласының мэрі осы жаңалықты жаңа идеяларды ойлап табу немесе жаңарту үшін қолданды. Қала әкімі Отто фон Герике алғашқы ауа сорғысын жасады, су сорғысының идеясын өзгертті және манометрлерді жетілдірді. Қазіргі вакуумдық инженерия механикалық өнеркәсіптегі жұқа пленкалардың барлық қажеттіліктеріне шешім ұсынады. Инженерлік бұл әдіс әдетте ғылыми-зерттеу жұмыстары немесе ірі көлемде материал өндіру үшін қолданылады. Вакуум эксперименттік түрде пойызды жылдамдату үшін қолданылды. 19 ғасырдың ортасында Гейслер мен Шпренглеге дейін сорғы технологиясы бір деңгейге жетті, олар жоғары вакуумдық режимге қол жеткізуге мүмкіндік берді. Бұл вакуумдағы электр разрядын зерттеуге, катод сәулелерін, рентген сәулелерін және электронды ашуға әкелді. Фотоэлектрлік эффект жоғары вакуумда байқалды, бұл кванттық механиканың және қазіргі физиканың көп бөлігінің қалыптасуына әкелген маңызды жаңалық болды.
The word “Vacuum” is originated from the Latin word “vacua”, which is translated to the word “empty”. Physicists use vacuum to describe a partially empty space, where air or some other gases are being removed from one container. The idea of vacuum relating to the empty space has been speculated as early as 5th century from Greek philosophers, Aristotle (384 322 B. C.) was the one who came up with the relation of vacuum being an empty space in nature would be impossible to ever create. This idea had stuck around for over centuries until the 17th century, when vacuum technology and physics was discovered. In the mid 17th century, Evangelista Torricelli studied the properties of a vacuum generated by a mercury column in a glass tube; this became the barometer, an instrument to observe variations in atmospheric air pressure. Otto von Guericke spectacularly demonstrated the effect of atmospheric pressure in 1654, when teams of horses could not separate two 20 inch diameter hemispheres, which had been placed together and evacuated. In 1698, Thomas Savery patented a steam pump that relied on condensation of steam to produce a low grade vacuum, for pumping water out of mines. The apparatus was improved in the Newcomen atmospheric engine of 1712; while inefficient, it allowed coal mines to be exploited that otherwise would flood by ground water. During the years of 1564–1642, the famous scientist Galileo was one of the first physicist to conduct experiments to develop measured forces to develop vacuum using a piston in a cylinder. This was a big discovery for scientist and was shared among others. French scientist and philosopher Blaise Pascal used the idea that was discovered to look into further research of vacuum. Pascal discoveries were similar to Torricelli's research as Pascal used similar methods to pull vacuum using mercury. It was until the year 1661, when the mayor of the city of Magdeburg used this discovery to invent or retrofit new ideas. The mayor Otto von Guericke created the first air pump, modified the idea of water pumps, and also modified manometers. Vacuum engineering nowadays provides the solution for all thin film needs in the mechanical industry. This method of engineering is typically used for R&D needs or large scale material production. Vacuum was used to propel trains experimentally. Pump technology hit a plateau until Geissler and Sprengle in the mid 19th century, who finally gave access to the high vacuum regime. This led to the study of electrical discharges in vacuum, discovery of cathode rays, discovery of X rays and the discovery of the electron. The photoelectric effect was observed in high vacuum, which was a key discovery that lead to the formulation of quantum mechanics and much of modern physics.