Дубликаты не найдены

+7

@moderator, а так можно? Зачем мне второй Ютуб?

раскрыть ветку 4
0

Почему нельзя? Видео на пикабу вроде не запрещены.

раскрыть ветку 3
+5

Ну, никаких сносок и комментариев к этому видео тс не дал, развлекательным контентом это не назвать, собственным творчеством ТСа это не является, посмотреть оригинал я могу в специальном приложении, не достаточно ли в таком случае просто ссылки? Ну или хотя бы обязать в случае таких постов применять специальный тег, чтоб я мог их игнорировать?

раскрыть ветку 2
+5
Где текст?
раскрыть ветку 1
+1

Это реклама канала

0
Ъуе
-1

Про что видяшка?

Похожие посты
44

Классификация синтетических полимерных мембран

Извиняйте, ожидающие продолжения повести о мембранах, большая нагрузка упала на голову.
В этот раз я расскажу о классификации мембран. Речь пойдет о синтетических мембранах, природные здесь не включены, они достойны отдельного основательного разговора.

Итак, классификация!

По механизму разделения.

Синтетические мембраны можно разделить на пористые, непористые и жидкие мембраны (с переносчиком). Далеко не все мембраны можно подогнать под эту классификацию, нет резкого перехода между типами мембран, но так проще.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

Пористые мембраны разделяют частицы в зависимости от их размера. Крупные частицы не пройдут сквозь мелкие поры, логично.

Непористые мембраны способны разделять частицы близких размеров. Проще говоря, пример: есть два вещества – одно растворяется в мембране и проходит сквозь нее, а второе – нет.

Жидкие мембраны работают сугубо за счет курьера переносчика. Молекула-переносчик крайне избирательно поглощает вещество (забирает ТОЛЬКО свой заказ) и уносит его сквозь мембрану (заказчику).

По форме мембран.

Существуют мембраны жидкие и твердые. Твердые разделяются на плоские, рулонные, трубчатые, половолоконные (полые волокна) и капиллярные мембраны. Жидкие - на свободные, импрегнированные (ну и что за странные слова опять появились?) и эмульсионные.

Рассмотрим твердые мембраны.

Плоские мембраны выглядят как лист бумаги (глянцевой или матовой) или полотно. Исходная смесь подается с одной стороны плоскости листа, а пермеат (напомню, пермеат - это то, что мы получаем на выходе, после разделения) с другой стороны плоскости.

Рулонные мембраны собраны в рулоны (логично, да?). В них разделение происходит вдоль этого рулона. Представь себе стержень, вдоль которого проходит смесь, или просто посмотри на картинку, которую я взял из просторов интернета (Рулонные мембранные элементы (фото Е. Зубковой)). Так вот это оно самое.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

Трубчатые мембраны - это по сути толстые цилиндры с диаметром 5-15 мм и длиной 1-2 м. Фото тоже нагло взято из сети (на сайте Membrane Engeneering Systems)

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

Капиллярные мембраны - те же трубчатые, но цилиндры очень тонкие, диаметр трубочек 0,5-5,0 мм.

Половолоконная мембрана - это мембрана, которая состоит из полых волокон (спасибо, кэп). Опять же трубочки диаметром 1 мм, но уже с пористыми стенками, через которые и происходит разделение. Применяется два режима очистки с помощью этих мембран: погружение колонки с этими волокнами в исходную смесь и пропускание этой жидкости сквозь колонку. Фото взято с сайта Аквафор.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

Теперь рассмотрим формы жидких мембран.

Укажу, что переносчики тут не рассматриваются, но без них разделение жидкими мембранами неэффективно и не селективно. Оставлю на будущее.

Свободные жидкие мембраны - просто жидкости (растворители), у которых плотность отлична от плотности разделяемой смеси. Если очень просто и схематично, то выглядит это как показано на рисунке снизу. Красная область снизу - свободная жидкая мембрана, которая специфично переносит только желтые квадраты. Объем мембраны сильно утрирован, в среднем толщина слоя мембраны составляет 1 мм.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

Импрегнированные жидкие мембраны - это пропитанные жидкостью пористые пленки или волокна. По сути те же твердые мембраны, но с особой пропиткой. В этом случае толщина жидкой мембраны составляет примерно 100 мкм.

Эмульсионные жидкие мембраны - образования, которые вводят в исходную смесь, например, в воду. Эти образования - это капли некоторого органического растворителя, в которых заключены еще более мелкие капли, например, воды. Чтобы эти "большие" капли не распадались, при их приготовлении вводится ПАВ (поверхностно активное вещество). Приготовление этих жидких мембран осуществляется отдельно.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

И наконец по структуре мембран.

Мембраны подразделяются на симметричные (изотропные) и ассиметричные (анизотропные, композиционные).

Симметричные мембраны отличаются равномерностью и отсутствием градиентов плотности, размеров пор (при наличии). На рисунке снизу идеализировано изображена пористая симметричная мембрана. Толщина мембраны прямо пропорциональна сопротивлению и обратно - производительности, соответственно, необходимо придумать способ уменьшить толщину мембраны, но не потерять ее прочность, иначе она попросту развалится.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

Ассиметричная мембрана (чаще композиционная) состоит из нескольких неоднородных слоев. Один выполняет роль селективного слоя (кондуктор, проверяющий билеты), а второй - подложки, придающей механической прочности мембране (охранник за спиной). За счёт такой поддержки можно уменьшать толщину селективного слоя до 0,5-5 мкм, благодаря чему значительно увеличивается производительность мембран.

Классификация синтетических полимерных мембран Мембрана, Химия, Классификация, Технологии, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост

На этом пока всё.

Надеюсь, не отнимут тэг "Моё" за то, что взял из интернета несколько фотографий реальных мембран для демонстрации. Всё-таки текст написан полностью мной + иллюстрации 6 шакалов из 10 и сделанные местами через пятую точку тоже мои.

Когда я задумывал этот пост, предполагалось, что здесь вместится классификация, получение и даже применение. Но на середине написания мне показалось, что этого будет достаточно пока. Я постарался учесть все комментарии прошлого моего поста, получилось как получилось. Возможно, к третьему часу написания этого поста глаз замылился.

Прошу ваши комментарии, я все еще не определился с тем, чтобы однозначно продолжать рассказывать о мембранах.

Показать полностью 7
83

Настольные химические элементы. Кто автор идеи?

Кому принадлежит идея создания химических элементов в акриловых кубиках?! Создателя зовут Juergen, и живёт он в Австрии. Не хочу рекламировать его компанию, она и так слишком известная. Тем более, пост с его кубиками уже есть на pikabu. Когда я увидел его кубики, я подумал, что это просто великолепный способ коллекционирования элементов, который имеет немало преимуществ. Хотя бы то, что элементы не окисляются, сохраняют свой первозданный блеск, а ампулы с цезием и бромом, например, внутри кубика уже не разбить! Но на нашем рынке таких кубиков никто не предлагал, а ведь у нас тоже немало коллекционеров... Почему они должны лишаться такой возможности как коллекционирование элементов в акриле?! Но как обеспечить наличие такой продукции в России?! Такой вариант как перепродажа кубиков из Австрии был нецелесообразен из-за высоких цен. Только вдумайтесь в эти цифры: кубик с бромом 13 тыс. руб, а с хлором 15 тыс., ну разве мы можем позволить себе это?! Раз в Австрии дорого, значит делаем у нас, что тут сложного в производстве кубика, казалось нам?! Необходимо было просто найти компанию, которая взялась бы за массовое производство этих кубиков, а нам бы надо было только подбирать и предоставлять прекрасные образцы. Только выяснилось, что компании такой в России нет...)))) Компании, которые занимаются заливкой предметов в полиуретановую и эпоксидную смолы в России, это «сувенирные» компании, они не занимаются массовым литьем, да и самих компаний не более 6 по Москве. Стоимость изготовления кубика с ребром 25 мм и предметом внутри в такой компании от 5 тыс. рублей! Почему такая цена? Как я уже говорил, сувенирные компании занимаются, по сути, индивидуальными заказами, а не массовым изготовлением. Соответственно, каждый ваш кубик для них — это отдельный эксклюзивный заказ. Отсюда вытекает и способ производства, который заключается в изготовлении одноразовой формы, например из орг. стекла, далее заливка, снятие орг. стекла фрезой, шлифовка 6-ти сторон, полировка 6 сторон! Вы чувствуете какой это трудоемкой процесс? Видимо по этой причине 4 компании нам сразу отказали в изготовлении кубиков даже не назвав цену. 5-я с радостью согласилась, взяли деньги, изготовили 100 кубиков, и когда мы их получили, вы их видите на последних фото, у меня слезы навернулись на глазах из-за такого количества испорченного материала, элементы были в дорогих и очень чистых блестящих гранулах. Мы поняли, что название компании они выбрали явно неверно, им больше подходило ООО «Рукожопы». После этого печального опыта, кстати, мы всё-таки нашли одну компанию, которая умеет изготавливать такие кубики с безупречным качеством, она и вселила в нас надежду, что такие идеальные кубики вообще можно изготовить, но цена у этой компании была ничуть не меньше, так как процесс изготовления соответствовал вышеописанному! Такая цена нас не устраивала и поэтому решили попробовать делать кубики сами, это история длилась около двух лет с множеством проб и ошибок и только сейчас мы добились желаемого результата изготовления кубиков с приемлемой ценой. А как же удалось снизить цену? При изготовлении кубиков одних и тех же размеров можно использовать многоразовые силиконовые формы, мы так и делаем! В данном случае не нужно клеить форму из орг. стекла, работать фрезой, а шлифовке подвергается только одна грань, и даже порой полировать приходится не все грани, отсюда и цена на 70% ниже, так как работы в три раза меньше!

Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Настольные химические элементы. Кто автор идеи? Наука и техника, Химия, Физика, Коллекционирование, Хобби, Лаборатория, Длиннопост
Показать полностью 13
434

Что такое «парадокс убитого дедушки» и как его решить

Путешествия во времени — одна из самых интригующих фантастических концепций. Но она вызывает много вопросов — как у физиков, так и у философов, — а также может привести к разным парадоксам. «Парадокс убитого дедушки» — один из них.

Что такое «парадокс убитого дедушки» и как его решить Парадокс, Наука, Статья, Физика, Длиннопост

Концепция путешествий во времени вовсю используется в литературе и кино, вне зависимости от жанров. Зачастую в центре всех таких историй — изменения, внесенные путешественником в события прошлого, которые приводят к настоящим катастрофам в будущем. Стоит вспомнить хотя бы рассказ Рэя Брэдбери «И грянул гром».


Эта дилемма, также известная как «парадокс убитого дедушки», представляет собой главное возражение физиков и философов против путешествий во времени: возможное нарушение причинности. И хотя путешествия во времени пока лишь спекуляция, вероятные результаты нарушения принципа причинности и того, как природа может их предотвратить, — предметы горячих споров среди таких ученых, как Стивен Хокинг и Кип Торн.


Что такое «парадокс убитого дедушки»


«Парадокс убитого дедушки» представляет гипотетическую ситуацию, в которой путешественник во времени отправляется в прошлое и совершает что-то, приводящее к тому, что он никогда не существовал (обычно рассматривается случайная смерть дедушки путешественника), или к событию, которое делает его путешествие невозможным. Парадокс происходит из-за того, что этот человек никогда не рождался. А раз его никогда не было, то как он мог отправиться в прошлое и убить дедушку? Таким образом, сама идея путешествий во времени приводит к возможному нарушению причинной связи — правила, гласящего, что следствию всегда предшествует причина.

Что такое «парадокс убитого дедушки» и как его решить Парадокс, Наука, Статья, Физика, Длиннопост

Согласно Специальной теории относительности, прошлое (причина) всегда предшествует будущему (следствию) / © Helen Klus


Давайте представим себе сценарий, в котором молодой талантливый изобретатель — назовем его Евгением — создает в 2018 году машину времени. Так как Евгений никогда не знал своего дедушку, он решает отправиться в прошлое, чтобы встретиться с ним. После тщательного исследования он выясняет, где именно находился его дедушка — все еще молодой и холостой — в 15:43, 22 ноября 1960 года. Он садится в машину времени и начинает свой путь.

К сожалению, Женя все воспринимает буквально, и, когда он выяснил, где будет его дедушка, он отправился именно в то самое место. Он «приземляется» прямо туда, где в этот момент должен находиться его дедушка… с весьма предсказуемым результатом. Проведя быстрый ДНК-тест, он понимает, что это действительно был отец его отца, садится обратно в машину и ждет своего исчезновения.


Что делать дальше


Физики и философы предлагали несколько решений парадокса. Принцип самосогласованности Новикова, разработанный в 1970-х русским физиком Игорем Дмитриевичем Новиковым («Эволюция Вселенной», 1979 год), предлагает использование геодезических линий для описания кривизны времени (примерно так описывается кривизна пространства в Общей теории относительности Эйнштейна). Эти замкнутые, подобные времени кривые не позволят нарушить какие-либо причинно-следственные связи, находящиеся на одной кривой. Принцип также предполагает, что путешествие во времени будет возможным только в области, где присутствуют эти замкнутые кривые, — например, в присутствии червоточин, как описал это Кип Торн с коллегами в статье 1988 года «Червоточины, машины времени и условие слабой энергии» (Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition). В таком случае события были бы цикличными и самосогласованными. Это, в свою очередь, подразумевает, что путешественники во времени не смогли бы изменить прошлое — будь то посредством каких-то физических преград или отсутствием возможности совершить такой выбор. Так что как сильно ни старался бы Евгений, он бы не смог приземлить свою машину на ту самую точку, даже если бы вдруг решительно настроился бы убить своего дедушку.

Что такое «парадокс убитого дедушки» и как его решить Парадокс, Наука, Статья, Физика, Длиннопост

Игорь Дмитриевич Новиков / © Фотоархив ГАИШ МГУ


Эта идея позднее была расширена студентами Калтеха Фернандо Эшеверриа и Гуннаром Клинхаммером совместно с Кипом Торном. В своей статье они представили бильярдный шар, брошенный в прошлое через червоточину по траектории, которая в итоге помешала бы ему попасть в нее. Они утверждали, что физические свойства червоточины изменили бы траекторию шара таким образом, что он бы не смог помешать сам себе, или что шар не может попасть в червоточину по причине фактического вмешательства со стороны.


Таким образом, если следовать теории Новикова, любые действия, предпринятые путешественником во времени, становятся уже свершившейся историей, а наблюдателям эти события не дает увидеть горизонт Коши.


По возвращении в 2018 год наш Евгений обнаруживает, что дом его семьи пропал, как и другие следы его существования. Прочитав о теории Новикова и бильярдных шарах ученых из Калтеха, он проклинает Вселенную за бездействие. И в этот момент понимает, что, может, Вселенная не вмешалась, так как для этого требовалось некоторое корректирующее действие. Он бежит обратно к машине времени, чтобы изменить собственные действия и спасти свое будущее.

Что такое «парадокс убитого дедушки» и как его решить Парадокс, Наука, Статья, Физика, Длиннопост

Решение Эшеверриа и Клинкхаммера / © Wikipedia


Решение Новикова может выглядеть несколько надуманным, так как для него определенно требуется множество механизмов, пока неизвестных физике. Именно по этой причине это решение «парадокса убитого дедушки» научное сообщество отвергает.


Может ли быть более экономное решение парадокса, построенное на уже существующих аспектах физики, введенных другими теориями? Оказывается, такая гипотеза, как многомировая интерпретация квантовой механики, может его предоставить. Многомировая интерпретация квантовой механики спешит на помощь!


Многомировую интерпретацию квантовой механики предложил Хью Эверетт III в 1950-х в качестве решения проблемы коллапса волновой функции, наблюдаемой в известном эксперименте Юнга с двумя щелями.


По мере прохождения через щель электрон может быть описан волновой функцией с конечной вероятностью прохождения либо через щель № 1, либо через щель № 2. Когда электрон появляется на экране, он выглядит размазанным, словно волна. А в других случаях проявляет себя как частица. Это называется коллапсом волновой функции. Другими словами, волна будто исчезает, а на ее месте остается частица. Это, в свою очередь, ключевой фактор Копенгагенской интерпретации квантовой механики. Но ученые не понимали, почему коллапсирует волновая функция.


Эверетт задал другой вопрос: а коллапсирует ли волновая функция вообще?

Он представил ситуацию, при которой волновая функция продолжает расти по экспоненте, не коллапсируя. В итоге вся Вселенная обретает одно из двух возможных состояний: «мир», в котором частица прошла через щель № 1, и «мир», в котором частица прошла через щель № 2. Эверетт утверждал, что такое же «деление» состояний происходит во всех квантовых событиях, многочисленные исходы которых существуют в разных мирах в состоянии суперпозиции. Волновая функция для нас выглядит так, будто она коллапсирует, поскольку мы живем в одном из таких миров, не способных взаимодействовать друг с другом.

Что такое «парадокс убитого дедушки» и как его решить Парадокс, Наука, Статья, Физика, Длиннопост

Диаграмма разделения миров согласно многомировой интерпретации квантовой механики / © Wikipedia

Следовательно, когда Евгений прибывает в 1960 год, Вселенная разделяется. Он уже находится не в том мире, из которого прибыл (пусть это будет Мир № 1). Вместо этого он создал и занял новый мир. Когда он путешествует в будущее, то движется вместе с хронологией этого мира. Он никогда не существовал в нем и, по сути, никогда не убивал своего дедушку. Его дедушка продолжает существовать в добром здравии в Мире № 1.


Подведем итог


Конечно, ни одно из предложенных решений и гипотез не делает путешествия во времени реальностью. Специальная теория относительности Эйнштейна и ограничения на скорость объекта с массой ставят серьезные преграды для этого. Тем не менее они предоставляют интересные решения головоломке. По иронии судьбы самое правдоподобное решение «парадокса убитого дедушки» исходит из единственной физической гипотезы, породившей еще больше фантастических историй, чем многие другие идеи и гипотезы, высказанные учеными за последнее столетие.


Любопытно, что многомировая интерпретация также может ответить на еще одну головоломку, связанную с путешествиями во времени. Если такая технология когда-то и станет чем-то большим, чем фантастика, где все путешественники во времени? Почему они до сих пор не прибыли к нам, чтобы рассказать о своем открытии?


Вероятный ответ — мы живем в первичном мире, в котором машинам времени суждено быть созданными. А изобретатели и их попутчики просто попадают в другие миры, которые сами и порождают. Если это действительно так, то изобретение машины времени приведет наш мир к тому, что из него пропадет множество физиков и изобретателей.

Источник: Naked Science

Читайте также:

«Водяные НЛО» — загадочные и не до конца объясненные явления в Мировом океане;
Медики предупредили о ранних и почти незаметных симптомах коронавируса, присутствующих у 60-70% зараженных;
Первые результаты бета-теста Starlink: как выглядит и работает оборудование, на какую скорость можно рассчитывать.

Показать полностью 4
533

Атомное тепло в каждый дом

Атомное тепло в каждый дом Новости, Наука, Китай, Атомная энергетика, Теплоснабжение, АЭС, Энергия, Тепло, Атом

Идея осуществлять теплоснабжение крупных городов от АЭС витала в воздухе давно. В СССР об этом задумались ещё в 70-е, но проекты строящихся АЭС решили не трогать, а построить экспериментальную АТЭЦ (атомную тепло-электроцентраль) под Минском. Для теплоснабжения на АЭС появлялся дополнительный водяной контур, развязанный с контурами охлаждения энергоблока и таким образом не подвергающийся облучению - вода нагревается в теплообменнике от горячей воды 2 контура (вода второго контура не облучается в реакторе и точно также нагревается от облучённой воды 1 контура в теплообменнике), схема не с самым высоким КПД, но зато безопасная с точки зрения радиации. Авария на Чернобыльской АЭС похоронила все планы нового атомного строительства в СССР (например достроенную на 90% Крымскую АЭС). Задел под АТЭЦ так и стоял ненужный, пока его не переделали в обычную ТЭЦ. После этого о проектах отопления от АЭС забыли на долгие годы. Причина кончено же была не только в радиофобии, но и в том, что эффективно без больших теплопотерь передать тепло от АЭС можно было только в расположенные рядом населённые пункты.


И вот в начале 2010-х в Китае заинтересовались данной темой. В качестве пилотного проекта была выбрана АЭС Haiyang, на которой была установлена система теплоснабжения потребителей. В 2019 году она была впервые запущена и обогревала городок атомщиков рядом с АЭС и часть потребителей в городе Хайяне, от которого АЭС и получила название. Общая площадь обогреваемых помещений составила до 700 тысяч квадратных метров. После тестов система была переоборудована и в сентябре этого года снова испытана, утверждается, что теперь она может отапливать ещё большие площади. И вот вчера, 24 ноября, система районного отопления от АЭС официально была пущена в коммерческую эксплуатацию. По приведенным в прошлом году расчётам, два блока АЭС "Haiyang" способны обеспечить теплом до 30 миллионов квадратных метров помещений и, в частности, полностью покрыть потребности в тепле города Хайян.


Пуск этого проекта довольно интересен и может в случае успеха открыть новые возможности для проектов АЭС. Особенно интересны такие системы будут для европейцев, у которых АЭС довольно близко расположены к крупным потребителям тепла.


Источник

Оригинал

Автор:  @Woolfen

Показать полностью
506

Новый способ визуализации общей теории относительности

Как правильно понять общую теорию относительности?

Что представляет из себя гравитация?
Что такое искривление пространства-времени?
И как его представить?
Ответы на эти и не только вопросы в данном видео. Приятного просмотра!

169

Как работает атомный энергоблок. Часть 2

В прошлый раз я говорил про то, откуда берётся тепловая энергия для генерации электричества. А как эта тепловая энергия преобразуется? Почему коэффициент полезного действия у атомной станции около 33%? Зачем вообще нужен конденсатор? Для ответов на эти вопросы мы должны переместиться в прошлое, и постепенно, слой за слоем, нарастить это знание.


С первой частью можно ознакомиться здесь: Как работает атомный энергоблок. Часть 1.


Все слышали про первый закон термодинамики. По сути, он является конкретизацией закона сохранения энергии для тепловых двигателей. Этот закон гласит, что невозможно создание двигателя, который работал бы без получения энергии от внешнего источника. Также невозможно создание двигателя, который совершал бы больше работы, чем к нему подводилось бы энергии. Для нас это сейчас логично и понятно, и совершенно очевидно, что КПД не может превышать 100%.


Коэффициент полезного действия - это отношение энергии затраченной на совершение работы ко всей использованной энергии.


В случае с тепловыми машинами используется так называемый термический КПД. Его значение -- теоретический предел для конкретного термодинамического цикла, не считая потерь от теплопередачи, трения и т.д.


Когда мы подводим тепло (тепловую энергию), не вся она переходит в работу. Для того, чтобы вернуть рабочее тело -- вещество которое мы нагреваем чтобы раскрутить турбину -- в начальное состояние, надо часть энергии у него забрать, охладить его. Соответственно, часть энергии нагрева уходит на повышение температуры внешней среды.


В виде формулы это будет записано следующим образом:

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Термический КПД для теплового цикла



Где Q1 это подведённая теплота, Q2 отведённая, соответственно Q1-Q2 это работа, которую совершило рабочее тело.


Но какой максимум мы можем выжать из тепла для совершения работы? Этим вопросом задался не кто иной как Сади Карно.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Какой сладкий пирожочек



Вопрос звучал примерно так: «А почему паровоз жрёт так много и производит так мало, может у нас плохой двигатель? Или конструкция не очень?». Резонно, и многие хотели бы иметь такую систему, которую можно греть, а всё затраченное тепло тратить на работу и ехать, рассекая пространство. КПД такого двигателя мог бы достигать 100%! Но, как оказалось, такое в природе невозможно.


Давайте задумаемся вот над чем. Представим, что у нас на столе стоит чашка горячего чая. Постепенно она остывает, и это происходит неизбежно. В чем причина? Дело в том, что тепло произвольно переходит только от более горячего тела к более холодному, и никак иначе. При отсутствии разницы температур тепло рабочего тела не может быть преобразовано в работу, отсутствует поток теплоты. Это было установлено эмпирически на основе опыта. Поскольку в реальной жизни недостижима температура равная абсолютному нулю, то и КПД теплового цикла не может составлять 100%.


Чтобы показать, как это выглядит в жизни, посмотрим на следующую иллюстрацию:

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Тепловой двигатель и вечный двигатель второго рода



Вечный двигатель второго рода не нарушает первого закона термодинамики, энергия не берется из ниоткуда. Но такой двигатель невозможен, ведь нет стока для теплоты. Невозможность такого цикличного процесса объясняет требование наличия конденсатора в любой тепловой системе. Получается, что для работающего цикла нам нужны минимум 4 составляющие:


1) Источник теплоты

2) Сток, или холодильник

3) Устройство для совершения работы

4) Какой-либо возвратный механизм


С этим разобрались, а теперь давайте вернёмся к КПД. Какова максимальная эффективность цикла? И чем она обусловлена?


На оба этих вопроса и ответил Карно. Максимальная эффективность обусловлена только температурами горячего и холодного источников, не зависит от рабочего тела, не зависит от конструкции двигателя. В итоге, второй закон термодинамики приводит нас к следующему определению максимального КПД цикла (или КПД цикла Карно):

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

КПД цикла Карно. На этом простая математика, увы, заканчивается.



Где T1 – температура источника тепла, T2 – температура холодильника (стока).


Этот КПД является предельным для заданной разницы температур. То есть, можно увеличить его подняв температуру горячего источника, либо снизив температуру холодного. Естественно, что температура не может быть бесконечно большой или бесконечно маленькой. Так что в существующих реалиях мы вынуждены прибегать к температуре окружающей среды в качестве стока, и к допустимым температурам для оборудования в качестве источника. Для каждого циклического процесса наибольшая температура подбирается так, чтобы можно было выжать максимум из топлива, и при этом система справилась бы с отводом теплоты.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Закачиваем, нагреваем, в турбине работу совершаем, остужаем, и по-новой



Цикл Карно представляет из себя замкнутую систему из двух адиабатных (1-2, 3-4) и двух изотермических (2-3, 4-1) процессов.


Краткий экскурс в процессы происходящие с рабочим телом


1) Изотермический процесс – при подводе или отводе теплоты меняется давление и объем, причём произведение этих величин остаётся постоянным, температура остаётся неизменной.


2) Изобарный процесс – энергия расходуется на изменение температуры и объема, при этом отношение объёма к температуре остаётся постоянным, то есть оба параметра одновременно либо растут, либо уменьшаются.


3) Изохорный процесс – энергия расходуется на изменение давления и температуры при этом отношение давления к температуре остаётся постоянным, то есть оба параметра одновременно либо растут, либо уменьшаются.


4) Адиабатный процесс – газ совершает работу при изменении своей внутренней энергии, то есть тепло к рабочему телу не подводится и не отводится, изменяются все параметры в зависимости от показателя адиабаты.


Все процессы являются частными случаями политропного процесса. Я нашёл отличную табличку в интернете для пояснения (Физика в таблицах и формулах, Трофимова Т. И., 2002 г., стр. 94)

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Цикл Карно является идеальным, это модель, в которой отсутствуют такие понятия как трение, потери при расширении рабочего тела, потери давления при движении рабочего тела, и так далее. Рабочих циклов существует великое множество. Это и циклы для двигателей внутреннего сгорания (цикл Дизеля, цикл Отто, например), циклы для двигателей внешнего сгорания (см. двигатель Стирлинга - кстати, такой можно заказать за приемлемую цену на АлиЭкспресс, он даже от чашки чая работать будет).


Первый закон термодинамики говорит о количественной составляющей теплового цикла. Второй говорит о качественной. А вот увидеть на диаграмме давления и объема потери в реальном цикле не так просто. Но этот вопрос решаем.


Внимание! Дальше частичка неизбежного матана!

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Если мы проанализируем соотношение изменения теплоты при изотермическом расширении, рассмотрев цикл Карно как сумму бесконечно малых циклов, то получим новую величину, которая известна как термодинамическая энтропия.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно
Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Этот замкнутый интеграл ещё называют интегралом Клазиуса

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Вот так можно очень просто аналитически записать Второй закон термодинамики.


Что это такое? Энтропия (S) — это мера беспорядочности движения частиц вещества. Иными словами, очень приближённо можно назвать энтропию мерой качества процессов. При подводе теплоты энтропия всегда растёт в равной или в большей степени, чем отношение подведённого тепла к температуре. Это означает, что часть тепла всегда рассеивается без совершения работы. Логично, что при идеальном адиабатном процессе энтропия не изменяется. Для цикла, как очевидно, изменение энтропии всегда нулевое, потому что рабочее тело каждый раз перед началом следующего цикла возвращается в исходное состояние, со своим исходным значением энтропии.


Заметка.


Чем выше энтропия – тем ближе система к термодинамическому равновесию. На рисунках циклов выше точки являются координатами различных состояний рабочего тела. Чем больше тепла в системе – тем больше значение энтропии. Чем больше тепла мы отвели - тем меньше энтропия. Вне цикла энтропия достигла бы своего максимального значения и система пришла бы в равновесие.


Каждому состоянию вещества (каждой точке на диаграммах) соответствуют определённые значения термодинамических параметров. По двум из них можно определить все остальные. Энтропия является как раз таким параметром, в дополнение к давлению, температуре и объему. Это то, что нам нужно! Вперёд, строить новые диаграммы!

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Вот так будет теперь выглядеть цикл Карно на диаграмме T-S, то есть такой, где каждое состояние вещества можно наглядно показать с помощью значений температуры и энтропии:

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Цикл Карно, в данном представлении - это обычный прямоугольник


Площадь фигуры 1-2-3-4 равна работе, которую совершило рабочее тело, площадь прямоугольника под процессами 2-3 это тепло отданное в конденсаторе. Значит КПД — это отношение площадей этих фигур. В реальном процессе часть энергии уйдет на увеличение энтропии (трение, расширение, процессы быстрые, много причин), и с помощью T-S диаграммы можно наглядно это показать. Затраченная теплота увеличится, работа останется почти на том же уровне, а КПД уменьшится - смотрите на площади фигур. Обратите внимание на точки с индексом r - это реальные точки, с ними мы имеем дело в реальной жизни.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Цикл Карно с учетом потерь и рассеяния тепла



Установки в тепловой энергетике бывают паротурбинными (в качестве рабочего тела выступает испаряющаяся жидкость, например - вода) и газотурбинными (в качестве рабочего тела некий газ; см. Цикл Брайтона). Разница будет в наличии фазового перехода. Опуская многие подробности, скажу лишь, что рассматриваются два агрегатных состояния вещества, в них включена также и переходная область между перегретым паром и жидкостью. Вот так это выглядит:

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Диаграмма состояний реального вещества для двух фаз



Внутренняя часть «купола», изображённого на картинке, это область фазового перехода между жидким и газообразным состоянием. Зелёная линия – это линия кипящей жидкости, фиолетовая – линия сухого насыщенного пара (в паре не остаётся влаги если эту линию переступить). Как можно заметить, при определённом давлении p3 вода не имеет фазового перехода, то есть нет стадии перехода жидкости в газ. При параметрах, превышающих критические давление и температуру, уже отсутствует понятие пара, это закритическая жидкость. Для воды критическое давление и температура это 22.064 МПа и 373.95 °C (в абсолютных единицах 647.1 Кельвин). При фазовом переходе из жидкости в газ температура не изменяется при подведении тепла. Это связано с тем, что энергия, передаваемая рабочему телу, расходуется не на повышение температуры, а на разрыв связей в жидкости.


А давайте теперь посмотрим, как будет выглядеть цикл Карно в случае двухфазной среды:

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Цикл Карно для реального газа



Замечательно, но точка 3 находится в области влажного пара, а значит, чтобы перекачать весь этот объём на участке 3-4r нам потребуется большой мощный компрессор, потери в котором будут существенными. Для того, чтобы этого избежать, сконденсируем пар до состояния жидкой воды, то есть получим состояние вещества на зелёной линии. Тогда вместо компрессора мы сможем использовать относительно миниатюрный конденсатный насос.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Таким образом мы получили классический цикл Ренкина



Вот с этим уже можно работать, правда есть один существенный нюанс:точка 2r находится в области влажного пара, а это не очень хорошо для турбины. Дело в том, что скорость пара в турбине составляет несколько сотен метров в секунду. Во влажном паре содержатся капельки жидкости, которые на большой скорости повреждаютлопатки турбины. Такая турбина долго не проработает, поэтому нам нужно снизить влажность пара, чтобы он не разбомбил вращающиеся лопатки. Один из способов – это перегрев пара, и разделение турбины на часть с высоким давлением и часть с низким. Максимальное содержание влажной фазы обычно не превышает 15%.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

Цикл Ренкина с перегревом после турбины на высоком давлении



Уже лучше. Таким образом мы и среднюю температуру подняли, что положительно скажется на КПД, и тепло лучше использовали. Но из этого цикла можно выжать ещё больше, если часть тепла возвращать в его более низкотемпературные части. Этот приём называется регенерацией теплоты. То есть, из тех участков, где мы уже выжали из рабочего тела максимум, мы можем частично возвращать тепло в цикл. Это позволит меньше греть воду в парогенераторе и повысить эффективность преобразования тепла в работу.


Помимо этого, между частями высокого и низкого давления можно использовать сепаратор, отделяющий влагу от влажного пара, а также сепарировать пар в ступенях турбины между лопатками. Всё это повышает эффективность работы паротурбинной установки, но эффективность ещё очень далека до КПД цикла Карно. Из-за естественных потерь в турбине и насосах КПД на атомных станциях редко превышает 34%.

Как работает атомный энергоблок. Часть 2 АЭС, Энергия, Физика, Тепло, Наука, Атом, Длиннопост, Познавательно

На десерт. Тут внесены все упомянутые изменения. Сможете разобраться что к чему?



Внимательный читатель спросит,- А почему бы сразу не перегреть пар до входа в турбину? Дело в том, что на водо-водяных реакторах этот приём не будет эффективным. Нужно будет либо снизить давление на входе в турбину, либо ещё повысить параметры воды в первом контуре (исследования на эту тему ведутся, но по последним новостям зашли в тупик). Параметры на современных АЭС выбраны оптимальными с точки зрения безопасности, тепловой экономичности и конструкционных пределов. В реальности с перегретым паром работают только энергоблоки с жидкометаллическим теплоносителем, которые могут позволить себе перегрев пара до входа в турбину.


Заметка 2.


Зачем нужны эти ухищрения и высокая эффективность? Почему ради каких-то десятых долей процента создаются целые проектные институты и собираются огромные команды специалистов? Всё дело в том, что каждая малая доля прироста КПД – это прирост в выработке при тех же затратах тепла. Эти цифры кажутся ничтожными, поэтому давайте пересчитаем это в деньги.


Допустим, есть две реакторные установки, у одной КПД 33%, а у другой 33.1%. То есть имея 3200 МВт тепла первая установка даст 1056 МВт электрической мощности, а вторая 1059.2 МВт. Разница составляет 3.2 МВт. Сколько это в рублях?


Цена отпускаемого кВт-ч для АЭС примерно 2 рубля. Считаем сколько это принесёт станции за год. 3200*365*24*2= 56064000 р. То есть с выигрышем всего на 0.1% КПД вторая станция за год заработает больше на 56 миллионов при том же тепловыделении в реакторе!


Тут я вынужден остановиться и предоставить пытливым читателям возможность самостоятельно ознакомиться со способами дальнейшего увеличения эффективности циклов и глубже погрузиться в мир технической термодинамики. В будущем мы обсудим вопросы передачи теплоты и выясним, почему очень высокая температура - это плохо, даже если материалы могут её выдерживать.


Предыдущие посты по атомной тематике:

Пост для выпускников школ и не только

Полезные и интересные ссылки. Атомная энергетика

Пятничное познавательное. Канада и CANDU

Безопасность на АЭС. Начало


Жду ваших комментариев, вопросов и критики. Если кому-то хочется получить векторные оригиналы картинок в формате .svg для использования в учебных целях и студенческих работ, ищите меня в телеграме под юзернеймом wwnuc. Все векторные изображения выполнены в inkscape. Это же касается и предыдущего поста этой серии.

Показать полностью 17
115

Физики представили квантовые системы в виде сферы

17 ноября 2020

Ученые предложили количественный способ оценки степени нахождения системы в квантовом состоянии. Результаты исследования опубликованы в журнале AVS Quantum Science.

Известно, что более или менее крупные материальные объекты подчиняются классическим законам механики, сформулированным Ньютоном. Маленькие, такие как атомы и субатомные частицы, регулируются квантовой механикой, где объект может вести себя и как волна и как частица.

Для описания классических и квантовых состояний используется различный математический аппарат. При этом описание квантовой системы с помощью волновой функции возможно не всегда, а только для так называемых чистых состояний, когда состояние системы можно представить в виде линейной суперпозиции некоторых базисных состояний.

Помимо чистых состояний квантовомеханических систем существуют смешанные, которые описывают с помощью матрицы плотности. Кроме того, физики понимают, что должны быть и переходные состояния между классической и квантовой моделями, когда система частично "классическая", а частично "квантовая".

Исследователи во главе с Луисом Санчесом-Сото (Luis Sanchez Soto) из Мадридского университета Комплутенсе изучили экстремальные квантовые состояния, когда система проявляет наибольшую или наименьшую "квантовость", и разработали метод количественной оценки этого параметра.

Вместо численной шкалы квантовости авторы предложили для визуального представления экстремальных квантовых состояний так называемые созвездия Майораны, с помощью которых квантовая система может быть представлена математически точками на сфере.

Физики представили квантовые системы в виде сферы Наука, Научпоп, Математика, Физика, Технологии, Квантовая механика, Квантовые вычисления, Риа Новости

созвездия Майораны

Известно, что наименее квантовые - когерентные - состояния можно описать как квазиклассические. Поэтому их созвездия представляет собой просто одну точку на сфере. Когерентные состояния возникают, например, в лазере, где свет от источников множества фотонов находится в одной фазе, что делает их состояниями с наименьшим квантом.

Для наиболее квантовых состояний созвездия покрывают большую часть сферы.
Исследователи рассмотрели в своей работе несколько способов, которыми другие ученые оценивали степень квантовости и построили созвездия Майораны для каждого из них. Сравнив результаты, авторы сделали вывод, что их метод не только удобен, но и "невероятно красив".

Оценка степени квантовости систем имеет не только чисто теоретическое значение. Она важна в таких перспективных областях, как квантовые вычисления и квантовое зондирование.

https://ria.ru/amp/20201117/kvanty-1585064788.html

Показать полностью
352

Вода. Казалось бы, чего уж проще?

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

Вода - окисел водорода, содержащий 88.6% кислорода и 11,4% водорода, что отвечает простейшей формуле H²O.
Эта формула знакома всем - даже людям, знающим о химии только понаслышке. Чего уж проще - эта простота уже вошла в поговорку!)
Но так ли проста, вездесущая и всем знакомая вода?
Нет, это далеко не так.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ.
Многие физические константы жидкой воды (например, плотность, теплоёмкость) приняты как эталон, образец.
Её температуры плавления и
кипения долгое время служили точками отсчёта cтoградусной шкалы температур по Цельсию(0 °С и100 °С).
Значит ли это, что свойства воды обычны,«образцовы»?
Нет, совсем наоборот!
Трудно найти в природе другое вещество, физические свойства которого были бы так необычны, своеобразны и аномальны.
Давайте забудем всё, что нам известно о воде, и попробуем «открыть» её для себя заново.
Поставим перед собой вопрос: каковы должны быть температуры плавления и кипения воды?
Можно ли ставить такой вопрос?
А почему бы и нет, ведь периодическая
система Менделеева даёт возможность представить себе свойства какого-либо соединения, зная свойства аналогичных соединений элементов той же группы.
Аналоги кислорода - это сера, селен и теллур.
Аналоги Н²0 - это H²S, H²Se и H²Те.
Если построить графики их свойств, идя в периодической системе снизу вверх, то
получится картина, отражающая закономерное изменение температур кипения и плавления гидридов H²Te, H²Se и H²S.
Если продолжить получившиеся линии, то окажется, что при сохранении той же
закономерности - вода должна быть газом, кипеть при —80 °C, вместо +100°С, и замерзать при -100°С вместо 0°С!.
Попробуйте представить себе, что получилось бы, если бы вода вела себя "нормально".

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

Обратимся к другим аномалиям воды (а их немало).
Так, жидкая вода имеет самую высокую теплоёмкость среди всех жидкостей (1 кал/ (г. град), или по Международной системе единиц СИ 4,19 кДж/(кг - град)].
Аномально и изменение плотности воды.
Плотность других жидкостей, как правило, при понижении температуры постепенно возрастает и становится максимальной при замерзании.
А плотность воды при охлаждении «нормально» возрастает лишь до +4 °С,
достигая 1 г/см³. От +4 °C до 0°C она немного уменьшается.
Плотность же льда
резко, скачком уменьшается до 0,91 г/см3. Теплота плавления льда 332,7 кДж/кг (79,4 кал/г) также аномально высока, она в 13,5 раза выше, чем, например, у свинца.
Как же объяснить необычные свойства воды??
Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к ее молекулярному строению..
Молекула Н²0 нелинейна, угол между связями O-H равен 104,27°. Связи эти ковалентные, но они полярны
(атомы Н несут на себе некоторый положительный заряд,
атомы O - отрицательный).
Поэтому полярна и молекула в целом; она представляет собой диполь.
Дипольные молекулы взаимодействуют сильнее, чем молекулы неполярные.
Но молекулы воды связаны между собой гораздо прочнее, чем можно было бы ожидать, учитывая лишь физическое взаимодействие диполей.
Это объясняется существованием водородных связей.
В водородной связи участвуют атом O одной молекулы и
атом H - другой:

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

Такие связи гораздо менее прочны, чем ковалентные связи 0-Н внутри молекул, и всё же именно благодаря им взаимодействие молекул в воде гораздо сильнее, чем во многих других жидкостях (например, в жидких H²S, H²Se, H²Te).
В процессе теплового движения молекул водородные связи рвутся, но взамен тут же возникают новые.
Таким образом, в жидкой воде существует
динамическая система межмолекулярных водородных связей.
Иначе говоря, молекулы воды ассоциированы.
Именно повышенная прочность связей между молекулами H²О служит причиной аномально высокой температуры кипения воды.
Сильное межмолекулярное взаимодействие затрудняет переход молекул из жидкости в пар.
В кристаллах льда тоже существуют водородные связи, но здесь система таких связей статична, а следовательно, ещё более прочна, чем в жидкой воде.
Именно в этом причина аномально высокой температуры и теплоты плавления льда.
Рассмотрим теперь структуру льда более
внимательно.
Вероятно, каждого поражали красота и разнообразие форм снежинок.
Но при всём разнообразии снежинок их внутреннее строение ВСЕГДА ОДИНАКОВО.
В кристаллах льда каждая молекула Н²0 соединена водородными связями с четырьмя соседними.
Такая структура ажурна, в ней много «пустот».
Вот почему плотность льда сравнительно низка.
При плавлении льда часть «пустот» заполняется «одиночными», и «сдвоенными» молекулами H²О, уже освободившимися из кристаллической решётки.
Поэтому плотность воды выше, чем у льда.
Такое увеличение плотности продолжается и при нагревании от 0 до
+4 °C.
Но при более высоких температурах начинает преобладать тепловое движение молекул, расстояния между отдельными молекулами H²0 увеличиваются, и изменение плотности становится «нормальным».
Поскольку тепловая энергия при нагревании воды расходуется не только на ускорение движения молекул Н²0, но и на разрыв водородных связей между ними, то и теплоёмкость воды оказывается столь большой.
Кстати, даже в парах воды, при
100 °C эти связи разорваны
ещё не полностью, так что из каждых 200 молекул Н²О примерно 7 попарно связаны между собой.

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

В виде H²O вода существует и при растворении её в органических растворителях.
Вот как сложна «простая» и обыкновенная вода.
С высокой полярностью молекул Н²О связано большое значение её диэлектрической проницаемости и почти не имеющая себе равных способность растворять другие полярные соединения и вызывать электролитическую диссоциацию кислот, оснований и солей.
И вода и лёд (при их достаточной чистоте) вполне прозрачны и бесцветны. В толстых слоях вода имеет голубоватую окраску, потому что задерживает красную часть спектра световых лучей сильнее, чем синюю (синюю отражает).
Ещё сильнее поглощает вода невидимые инфракрасные (тепловые) лучи это имеет важнейшее значение для температурного режима нашей планеты.
Так как водород имеет 2, а кислород
3 стабильных изотопа, существует 9 различных вариантов соединения их в молекулы воды. (а с учётом радиоактивных изотопов - 36 вариантов).
В природной воде молекулы, состоящие
только из «лёгких» изотопов 1H и 16 O, составляют 99.73 %.

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Молекула Н²О настолько прочна, что разрушить её можно лишь очень энергичным внешним воздействием.
Разложение воды по обратимой реакции:
2H²О=2Н²+О²
становится заметным лишь при нагревании до 2000 °С (термическая диссоциация).
Оно происходит и под действием ультрафиолетовых лучей (фотохимическая диссоциация).
Радиоактивное излучение разлагает воду с образованием водорода, кислорода, перекиси водорода и очень активных свободных радикалов.
Вода — слабый электролит.
При комнатной температуре лишь одна из 10 млрд. молекул диссоциирует.
Так что при 25 °С в чистой воде концентрации Н+ и OH- составляют всего 10-7 г-ионов/л.
Это соответствует водородному
показателю рН=7.
При повышении температуры электролитическая диссоциация воды усиливается.
При 700 °С и давлении 130000 атм концентрация Н+ становится такой же, как при обычных условиях у 10%-ной соляной кислоты.
Ион водорода Н+ в растворах не существует в свободном состоянии, а присоединяется к молекуле Н²О и образует ион гидроксония Н³О+.
Қак и все другие ионы, гидроксоний в водной среде, в свою очередь, гидратирован, то есть окружён несколькими молекулами H²0.

ПОЛУЧЕНИЕ.
Қазалось бы, разговор об этом
не заслуживает особого внимания: ведь вода - самое распространённое вещество на поверхности Земли.
Но всё дело в том, что нас окружает не чистая вода, а растворы различных веществ в воде.
Даже в самой чистой, по житейским понятиям, воде, «что-нибудь да растворено...».
Абсолютно же чистую воду получить очень и очень трудно.
Дистиллированная вода, полученная конденсацией водяного пара и достаточно чистая для большинства целей, не годится для точных химических исследований. Критерием чистоты воды служит постоянство её свойств, в частности, электропроводности.
Лишь после 35—40 повторных дистилляций воды в вакууме, перестают
изменяться её свойства.
Посуда для перегонки должна быть сделана из кварца.
Самую же чистую воду получают взаимодействием тщательно очищенных водорода и кислорода в присутствии платинового катализатора.
Области применения воды — даже
если говорить только о промышленности -
настолько обширны, что практически невозможно назвать какой-либо производственный процесс, в котором не используется вода.

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

ЖЁСТКОСТЬ ВОДЫ.
Жесткость воды это совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней ионов Са2+ и Mg2+.
Если концентрация этих ионов велика, то
воду называют жёсткой, если мала мягкой.
Вы хотите в жёсткой воде помыть голову с мылом? - но пена не образуется.
То же и при стирке белья — жёсткость не только ухудшает качество тканей, но и повышает затраты мыла и стирального порошка.
В обоих случаях мыло (калиевая или натриевая соль
стеариновой кислоты C17H35COOK) расходуется на связывание ионов Са2+ и Mg2+ и осаждается в виде нерастворимых солей.
Пена образуется лишь после полного осаждения этих ионов.
В очень жёсткой воде с трудом развариваются пищевые продукты, а сваренные в ней овощи невкусны;
плохо заваривается чай, теряется его аромат.
При большом содержании ионов
Mg2+ (как в море или океане) вода горьковата на вкус и оказывает послабляющее действие, на кишечник.
Никто из нас не станет пить
такую воду, хотя в санитарно-гигиеническом отношении ионы Са2+ и Mg2+ не вредны.
Непригодна жёсткая вода для использования в паровых котлах.
Растворённые в ней соли при нагревании и испарении воды образуют на стенках котлов слой накипи, который плохо проводит теплоту.
Это ведёт к перерасходу топлива, к преждевременному износу котлов, а иногда из-за перегрева стенок котлов и к аварии.
При кипячении жёсткой воды образуется и накипь в чайниках.
Не годится жёсткая вода и для обогащения полезных ископаемых методом флотации, где применяются олеиновая кислота и другие флотореагенты, образующие малорастворимые соли с Ca и Mg.
Наконец, жёсткая вода вредна для металлических конструкций, трубопроводов, кожухов охлаждаемых машин.
Ионы Са2+ обусловливают кальциевую
жёсткость, а ионы Mg2+ соответственно, магниевую жёсткость.
Общая жесткость воды складывается из
кальциевой и магниевой, то есть из суммарной концентрации ионов Са2+ и Mg2+.
По отношению к процессам умягчения воды различают жёсткость карбонатную и некарбонатную.
Карбонатная жёсткость вызвана присутствием растворённых гидрокарбонатов кальция Са (HCO3), и магния Mg (HCO).
При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, образующиеся при этом малорастворимые карбонаты
выпадают в осадок, и общая жёсткость воды уменьшается.
Поэтому карбонатную жёсткость называют также временной.

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия

Водная оболочка Земли гидросфера — составляет около 71% земной поверхности.
В связанном состоянии вода находится и в земно коре — литосфере, причем подсчитано, что запасы такой воды (на секундочку!!) примерно равны массе свободной воды в гидросфере.
Найдено, что 1 км³ гранита при плавлении может выделить 26 млн. тонн воды.
Ещё больше «резервы» В., заключённые в
более глубоких недрах Земли — в мантии.
Считают, что здесь до 13 млрд. км³ воды, то есть, вдесятеро больше, чем в гидросфере.
Но на поверхность вулканы выносят лишь 1 км³ такой воды ежегодно.
Вода играла и играет определяющую роль
в геологической истории Земли, в формировании её теплового режима, климата и погоды.
Сегодня далеко не всё известно об этом интереснейшем, давно знакомом, но во многом загадочном, таком обильном и таком дефицитном веществе, О ПРОСТОЙ ВОДЕ.

Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Вода. Казалось бы, чего уж проще? Вода, Познавательно, Наука, Длиннопост, Химия, Большая Советская Энциклопедия
Показать полностью 15
269

Галлий атакует алюминий и бьется, как сердце

Галлий – невероятный металл, который разбивается, как стекло, плавится в руке человека, атакует другие металлы, но не токсичен для людей и действует как инопланетная форма жизни при воздействии серной кислоты и раствора дихромата. Звучит слишком удивительно, чтобы быть правдой, но галлий – это абсолютно реальный химический элемент, который содержится в некоторых гаджетах, которые мы используем каждый день.

Но, что, пожалуй, еще интереснее, ученые проводят массу безумных экспериментов с галлием. Благодаря своим странным свойствам и поведению галлий может творить довольно странные вещи в лаборатории. На видео выше показано, что происходит, когда галлий «атакует» алюминий.

Популярный эксперимент с «бьющимся сердцем галлия» показывает, что галлий может действовать как живое существо, будучи погруженным в серную кислоту и раствор дихромата. Изменяя поверхностное натяжение галлия, ученые могут сделать металл похожим на органическое бьющееся сердце, что показано на видео выше.

Жидкая ложка из галлия – это забавная демонстрация, в которой хорошо используется температура плавления галлия 30 градусов по Цельсию. Ложка галлия перемешивает горячую воду и тут же тает в лужу на дне кружки, что вы можете наблюдать на видео ниже.


Источник - 4everScience

Показать полностью 1
28

Познакомьтесь с роботом-химиком, который может проводить собственные эксперименты

Познакомьтесь с роботом-химиком, который может проводить собственные эксперименты Химия, Наука, Роботизация, Автоматизация, Технологии, Искусственный интеллект, Видео

Робот, которого обычно можно найти на конвейере автомобилей, можно модифицировать для работы в химической лаборатории рядом с людьми. Об этом сообщают в статье, опубликованной вчера в журнале Nature. Робот связан с алгоритмами машинного обучения, что позволяет ему выбирать, какие эксперименты проводить при выдвижении гипотез.

Автоматизированные химические установки становятся все более распространенными как в академических, так и в промышленных лабораториях. Они сочетаются с поточным анализом и принятием решений, чтобы обеспечить определенную степень автономии. Однако химические роботы изготавливаются на заказ и требуют специализированных интерфейсов с лабораторным оборудованием и аналитическими приборами или специальными приборами, которые будет использовать только робот.


Эндрю Купер и его коллеги описывают модифицированного робота, который использует те же стандартные аналитические инструменты, что и химик-человек, автоматизируя исследователя, а не инструменты. Робот использует комбинацию лазерного сканирования в сочетании с сенсорной обратной связью для позиционирования, а не систему видения. Следовательно, он может работать в полной темноте, что является преимуществом для проведения светочувствительных фотохимических реакций. Робот имеет человеческие размеры и может работать в обычной неизмененной лаборатории. В отличие от многих автоматизированных систем, которые могут дозировать только жидкости, этот робот дозирует как твердые вещества, так и жидкости с высокой точностью и повторяемостью, расширяя его полезность в исследованиях материалов.

Авторы запрограммировали робота для изучения различных гипотез, чтобы улучшить производительность полимерного фотокатализатора. Он оптимизировал условия реакции в течение двух-трех дней вместо нескольких месяцев, которые требуются человеку. Авторы предполагают, что этот робот может использоваться в обычных лабораториях для решения ряда исследовательских задач, помимо фотокатализа.


Источник - https://4everscience.com/2020/07/09/robot-himik/

Показать полностью 1
891

Что в центре чёрной дыры?

Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост
Что в центре чёрной дыры? Комиксы, Веб-комикс, Наука, Научный юмор, Черная дыра, Физика, Астрономия, Анахорет, Длиннопост


У Анахорет есть телеграм - https://t.me/anahoretcomics

Основано на статье - https://www.livescience.com/what-happens-at-black-hole-cente...
Про планковские звёзды отсюда - https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S02182718144...

Показать полностью 9
794

Почему песок мягкий?

Почему песок мягкий? Песок, Физика, Habr, Наука, Частица, Длиннопост

Для многих областей науки, от предсказания оползней до сельского хозяйства, очень важно понимать физику потока частиц. Пока что учёным не очень хорошо это удаётся.


Мы не знаем. Никто не понимает, как работает песок.

Звучит абсурдно, но в принципе так и есть. Понимание потока гранулированных материалов, типа песка, — одна из основных нерешённых задач физики.

Почему песок мягкий? Песок, Физика, Habr, Наука, Частица, Длиннопост

Допустим, вы решили сделать песочные часы и заполнить их гранулами песка, размер и форма которых известны. Вы не найдёте формулы, способной точно предсказать, сколько времени песок будет перетекать из одной части часов в другую, и будет ли он перетекать вообще. Вам останется только провести эксперимент.

Карен Дэниелс, физик из государственного университета Северной Каролины; она изучает песок и другие гранулированные среды (эта область называется "физика мягкого вещества"). Она рассказала мне, что одна из сложностей работы с песком связана с огромным количеством свойств песчинок – форма, размер, шероховатость, и т.п. «Одна из причин, по которой у нас нет общей теории, состоит в том, что все эти свойства имеют значение».

Почему песок мягкий? Песок, Физика, Habr, Наука, Частица, Длиннопост

Однако разобраться с отдельными песчинками – это только начало. «Нужно заботиться не только о свойствах частиц, но и о том, как они организованы», — сказала Дэниелс. Свободно лежащие частицы кажутся мягкими, потому что у них есть пространство для манёвра. Если плотно упаковать частицы, у них уже не будет места для движения, и они на ощупь будут казаться твёрдыми. Поэтому поверхность песчаного пляжа кажется мягче, чем нижние слои – песчинки в них спрессованы, и находятся ближе друг к другу.

Почему песок мягкий? Песок, Физика, Habr, Наука, Частица, Длиннопост

Мы не можем найти общую теорию песка не потому, что плохо стараемся. Для многих областей науки, от предсказания оползней до сельского хозяйства, чрезвычайно важно понимать физику потока частиц. Нам просто пока не очень хорошо это удаётся.

«Люди, работающие на химических производствах с машинами, имеющими дело с частицами, подтвердят, что эти машины очень часто ломаются, — сказала Дэниелс. – Каждый, кто пытался починить автоматическую кофемолку, знает, что в ней постоянно застревают частицы. Эти вещи не очень хорошо работают».

Почему песок мягкий? Песок, Физика, Habr, Наука, Частица, Длиннопост

счастью, мы движемся не совсем на ощупь, и можем кое-что сказать о том, почему песок кажется мягче или твёрже.

Обычно песок с более округлыми гранулами кажется мягче, поскольку таким гранулам легче скользить. Также гранулы меньшего размера не так сильно давят на кожу. Но если они будут совсем уж мелкими, они будут слипаться из-за влаги, из-за чего материал будет казаться комковатым и плотным.

Дэниел сказала, что самым мягким сыпучим материалом, который она когда-либо трогала, было вещество Q-Cell – кварцевая пудра, заполняющая трещины в досках для сёрфинга. Она состоит из пустотелых гранул, поэтому кажется очень лёгким. При этом кварц плохо смачивается, из-за чего такая пудра не комкуется. Она сравнила то, как эта пудра пересыпается в ведре, с очень мелким и сухим пляжным песком.

Пляж, состоящий из «песка» Q-Cell, был бы очень мягким, но не очень приятным. Мелкий сухой порошок – это не песок, а пыль, и дышать такой пылью очень вредно для лёгких. Размеры и форма гранул песка на идеальном пляже должны сочетать в себе мягкость, мелкость, комкуемость и множество иных свойств, делающих песок мягким и приятным для ходьбы. Поскольку приходится рассматривать так много факторов, очень сложно сказать, каким должен быть идеальный мягкий песок для пляжа.

Нужно собрать больше экспериментальных данных.

Почему песок мягкий? Песок, Физика, Habr, Наука, Частица, Длиннопост

Источник

Показать полностью 4
42

Максим Воробьёв, Ярослав Борисов - Электронная микроскопия в научном парке СПБГУ

Как устроен микроскоп? Чем отличаются электронные приборы от своих световых аналогов? Каков процесс и порядок работы с этими аппаратами? Как в работе с такими микроскопами используются тяжёлые металлы? Какие существуют правила пользования данными устройствами?

Рассказывают:

• Ярослав Борисов, сотрудник научного парка СПбГУ, специалист по просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии.

• Максим Воробьёв, сотрудник научного парка СПбГУ, специалист по просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии.

608

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода

В прошлую пятницу многие жилые дома подмосковного города Дубны остались без электричества, воды и отопления. Закрылись некоторые магазины, перестал работать сайт местного Объединенного института ядерных исследований. Дубненский «конец света» не стал сюрпризом для тех, кто обратил внимание на листовки, которые появились в городе накануне. Те предупреждали, что с 10 до 12 часов «будет осуществляться перемещение магнита MPD для проекта NICA от причала на реке Дубна до площадки Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ».

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Магнит для детектора MPD в путешествии по Дубне.

Дубненский коллайдер


Коллайдер — это один из типов ускорителей, в котором разогнанные заряженные частицы — электроны, протоны, ионы и так далее — сталкиваются с другими такими же частицами. Коллайдеров в мире много: прямо сейчас работает семь, а самый известный из них — Большой адронный коллайдер — использует в качестве снарядов протоны (на нем проводятся и эксперименты с ионами свинца, но это не основная часть его рабочего времени), и предназначен для поиска новых частиц и «новой физики».


Коллайдер NICA, который уже давно строится в Дубне, будет сталкивать тяжелые ионы и изучать экстремальное состояние вещества — кварк-глюонную плазму. Ее температура и плотность настолько высока, что осколки элементарных частиц, кварки, не «склеиваются» в адроны, частицы привычной для нас материи (глюоны, соответственно, это тот самый «клей», калибровочный бозон, который отвечает за сильное взаимодействие кварков друг с другом).


У кварк-глюонной плазмы, как у любого другого вещества, есть фазовая диаграмма. В случае воды эта диаграмма показывает, как на координатной плоскости «температура — давление» проходят границы между тремя агрегатными состояниями — жидкостью, газом (паром) и твердым состоянием (льдом). На этой плоскости есть критические точки, например, тройная точка воды, где все три ее состояния могут существовать одновременно. Ученые рассчитывают с помощью «Ники» выяснить, как выглядит фазовая диаграмма кварк-глюнной плазмы, и где на ней находятся критические точки.

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Фазовая диаграмма адронного вещества. По оси x отложена плотность вещества, по оси y — температура. Источник: nica.jinr.ru


Для того, чтобы получить кварк-глюонную плазму и разобраться в том, что в ней происходит, недостаточно просто столкнуть ионы в коллайдере. Нужно еще собрать данные о результатах этого столкновения. Для этого, помимо ускорителя и источника частиц нужны детекторы в точках столкновения пучков ионов.

Зачем нужен магнит?


В сентябре 120-тонный саркофаг ярко желтого цвета погрузили в порту Генуи на корабль, который отправился в Петербург. 28-го октября его пересадили уже на речной транспорт, и неделю спустя баржа встала на рейд строго на границе между Тверской и Московской областью — на реке Дубна. На следующий день к ней подогнали плавучий кран, тот перегрузил итальянскую посылку с баржи на автомобильный тягач, и тот отправился с берега Дубны в Лабораторию физики высоких энергий. Под эту трехкилометровую поездку пришлось обесточить несколько районов города: саркофагу высотой семь метров надо было проехать под линиями электропередач, которые висели слишком низко — поэтому линию отключили а провода приподняли краном, чтобы пропустить под ними грузовик. Поскольку водоснабжение и вышки сотовой связи тоже нуждаются в электричестве, часть жителей города осталась без воды и связи.


Внутри «коробки», проделавшей этот путь — главный элемент детектора MPD (Multi-Purpose Detector). В центре этого детектора, похожего по форме на гигантскую металлическую бочку, и будут сталкиваться пучки тяжелых ионов. Детектор будет определять массу и скорость всех получившихся при столкновении осколков и новых частиц. А физики, анализируя эти данные, будут реконструировать физические процессы, возникающие при столкновениях. Точно так же данные о столкновениях собирают детекторы Большого адронного коллайдера CMS и ATLAS, которые почти десять лет назад засекли следы рождения бозона Хиггса, существование которого было предсказано за полвека до того.


«Если речь идет о столкновениях ядер [атомов] золота с прицельным параметром (максимальным отклонением от центра), скажем, пять фемтометров, то при каждом столкновении будет рождаться около двух тысяч заряженных частиц. Частота таких столкновений при проектной светимости коллайдера будет около 7 тысяч в секунду, то есть 7 килогерц. Детектор должен каждую из таких частиц зафиксировать, то есть определить, что это за частица, измерить ее траекторию», — объясняет Кекелидзе.

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Сборка детектора MPD


Роль главного «чувствительного элемента» в MPD играет камера TPC (Time Projection Chamber — «времяпроекционная камера»). Это тоже бочка — диаметром 2,6 метра и длиной 3,4 метра, которую посередине пересекает «перепонка»-катод, подключенная к источнику высокого напряжения. «Дно» и «крышка» бочки — это аноды. Пространство в бочке заполнено инертным газом (90 процентов аргона и 10 процентов метана). Когда заряженная частица пролетает сквозь него, она ионизирует его и получившиеся электроны начинают дрейфовать к анодам, где их встречают позиционные детекторы, которые определяют не только точку прихода этих электронов, но и время их прихода.




Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Схема TPC-камеры


«Точка определяет позицию X-Y, а время — если знать скорость дрейфа электронов с учетом напряжения — определяется расстоянием вдоль оси этого цилиндра», — говорит Кекелидзе.


Помимо TPC в детекторе есть еще несколько чувствительных элементов: времяпролетная камера (TOF), которая восстанавливает траекторию полета, калориметры, осевые детекторы — все они призваны собрать достаточно данных, чтобы восстановить трехмерную картину разлета «осколков» с помощью дубненского суперкомпьютера «Говорун».


Однако вся эта машинерия будет бесполезной, если не будет выполнено главное условие: в камере детектора должно было постоянное магнитное поле определенной конфигурации. Магнитное поле играет роль той «руководящей и направляющей силы», благодаря которой заряженные частицы летят не в случайных направлениях, а по траекториям, которые определяются их скоростью и массой.

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

TPC-камера в процессе сборки


В однородном магнитном поле заряженные частицы летят по криволинейной траектории, поворачивая поперек силовых линий. На этом эффекте построен принцип действия масс-спектрометров: чем круче поворачивает частица в магнитном поле, тем меньше ее масса.


«По радиусу траектории и величине магнитного поля можно однозначно определить импульс частицы. Если вы знаете импульс, вы можете измерить ее массу. Если у вас будет время пролета, оно даст вам скорость. Зная скорость и импульс, вы можете посчитать массу и восстановить всю кинематику миллионов рожденных при столкновении частиц», — говорит Кекелидзе.


Чтобы эта восстановленная картина была достаточно точной, нужно, чтобы магнитное поле было очень, очень однородным. «Перед разработчиками магнита была поставлена задача, чтобы во всем объеме TPC-камеры — 2,6 метра на 3,4 метра — поле было идеально, чтобы силовые линии были точно параллельны оси. Мы потребовали такой однородности, которой еще ни в одном эксперименте я не помню», — говорит ученый. Магнитное поле MPD не слишком велико — 0,5 теслы, максимум — 0,65 теслы. Похожий соленоид детектора CMS рассчитан на поле 4 теслы. Однако здесь самое важное не «сила» магнита, а его «точность».

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Конфигурация магнитного поля в детекторе MPD


Отношение поперечной составляющей поля к осевой должно быть не более, чем 3*10⁻⁴ Любое отклонение будет означать, что вся установка будет бесполезна для ученых. Если поле будет неоднородным, у вас будет ошибка измерений параметров, а значит научный результат вы получить не сможете.

Как строили магнит


Итальянская компания ASG Superconductors специализируется на производстве мощных сверхпроводящих магнитов, именно здесь делали значительную часть магнитов как для Большого адронного коллайдера и его детекторов CMS и ATLAS, так и для его предшественника — электрон-позитронного коллайдера LEP.


Магнит для детектора MPD устроен примерно так же, как магнит детектора CMS. Это два вложенных друг в друга цилиндра из нержавеющей стали диаметром 5,4 метра и 4,6 метра. Торцы закрыты фланцами. В пространстве между ними — катушка с намотанным на нее сверхпроводящим кабелем общей длиной 27 километров и массой 6,4 тонны, и трубки системы охлаждения. В пространстве между цилиндрами должен поддерживаться вакуум (10−5 торр — примерно одна десятитысячная доля миллиметра ртутного столба).

Несмотря на сходство с магнитами для Большого адронного коллайдера, магнит для MPD — штучное изделие. По словам Кекелидзе, только для того, чтобы создать инструменты и оснастку для постройки, понадобилось два года. Пришлось повозиться и со сверхпроводящим кабелем. Первоначально планировалось заказать его компании из Бразилии, но кабель был забракован, потом из Америки — тоже не пошел. В конце концов японский вариант подошел. Только работа с кабелем заняла полтора года.


Сверхпроводящий кабель сделан из собственно сверхпроводящего провода (сплав ниобия и титана), и матрицы из сверхчистого алюминия, в которую он внедрен. Для того, чтобы намотать получившийся кабель на катушку, потребовалась построить намоточную машину высотой с трехэтажный дом, — сложное инженерное сооружение, с электромоторами, точной подачей, с контролем намотки. После намотки катушку залили густой жидкостью на базе эпоксидной смолы и запекли в специально построенной печи. Нельзя было допустить, чтобы даже один пузырек воздуха остался в этой смоле. Пришлось бы все делать заново.

Соленоид с системой труб системы охлаждения поместили в вакуумный криостат и примерно год испытывали и проверяли. Затем магнит уложили в специально построенный семиметровый саркофаг, оснащенный датчиками ускорений, и 18 сентября отправили морем из Генуи в Петербург. Всего постройка магнита заняла почти пять лет — переговоры российских физиков с подрядчиками начались еще в 2014 году, а формальный контракт подписан в 2016 году.


Что дальше?


Пока саркофаг будет стоять на специальных опорах в экспериментальном зале детектора MPD. Вскроют его только после того, как в Дубну приедут итальянские специалисты. Те должны будут, в частности, проверить датчики ускорений: нужно убедиться, что в процессе перевозки магнит нигде не «приложили». «Надеюсь, что пандемия не задержит их приезд», — говорит Кекелидзе.


После того, как саркофаг будет вскрыт, криостат установят в железное «ярмо» детектора. Оно собрано пока что лишь наполовину и стоит в экспериментальном зале на рельсах, в стороне от линии, по которой в будущем будет лететь поток тяжелых ионов. Когда коллайдер начнет работать, детектор нужно будет просто подкатить к этой линии.

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Сборка ярма детектора MPD

Сложность заключается в том, что точность размещения криостата, точность самого ярма должна быть очень высокой. Несмотря на большие размеры и вес, речь идет о «сотках», то есть точность позиционирования составляет 300-400 микрон. От этого зависит качество магнитного поля.

Потом начнется процедура подключения. «Туда надо вести криогенные линии с гелием, с азотом, коммуникации, и все это надо подключить к большой криогенно-компрессорной станции, которая сейчас еще строится. Это крупнейшая в России криогенно-компрессорная станция по сжижению жидкого гелия наработке жидкого азота. Туда подключаются все силовые линии, источники питания, коммуникации. Мы надеемся, что все это будет закончено где-то к весне», — говорит ученый.

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Криостат с магнитом после установки в ярмо детектора MPD

Когда все линии будут подключены, специалисты начнут тестировать магнит, чтобы убедиться в устойчивости магнитного поля, что все сооружение в целом выдерживает нагрузки. Начнутся измерения магнитного поля. Для этого в ЦЕРНе специально по заказу ОИЯИ изготовили измеритель магнитного поля. Похожий измеритель на базе датчиков Холла использовался для измерения поля на детекторах Большого адронного коллайдера.

По словам Кекелидзе, специально для измерений в Дубну приедут специалисты ЦЕРНа. «Часть из этих ребят из ЦЕРНа уже вышла на пенсию в этом году, мы должны будем извлечь их из пенсионного отдыха во Франции и Швейцарии. Но они сами переживают за нас и готовы помочь, приехать. Месяц-два будем измерять магнитное поле. Когда магнитное поле будет измерено, только тогда закончится наш контракт с итальянцами, потому что они отвечают за параметры магнитного поля, которые там должны быть достигнуты».

Зачем нужен магнит, для доставки которого в Дубну обесточили полгорода Наука, Физика, Исследования, Познавательно, Коллайдер, Интересное, Ученые, Россия, Российские ученые, Гифка, Длиннопост, Дубна, Магнит, Электромагнит, NICA, Детектор, Магнитное поле

Углепластиковая ферма для детектора MPD, желтым показаны гнезда для калориметров

Только после этого сборка детектора продолжится: внутрь криостата будет установлена углепластиковая ферма, которую создают в подмосковном ЦНИИ специального машиностроения. В эту раму будут помещены электронные калориметры, TPC-камера и другие «чувствительные элементы» детектора.

«Мы надеемся, что сборка закончится в середине 2022 года, — говорит Кекелидзе. — Тогда начнется калибровка и тесты, подключится весь компьютинг и онлайн-системы, все кабели, коммуникации. Начнем испытывать это все на космиках (частицах космических лучей) и проводить калибровки с тем, чтобы к концу 2022 года, когда появятся первые пучки, закатить на место и начать набор данных. Такой план».

Источник: https://nplus1.ru/material/2020/11/09/coldmass

Показать полностью 8
500

Пузыри Ферми

Пузыри Ферми Наука, Ученые, Исследования, Новости, Физика, Астрономия, Галактика, Ферми, Астрофизика

Гигантская восьмерка в центре Млечного Пути

В ноябре 2010 года космический гамма-телескоп «Ферми» обнаружил две крупные структуры, исходящие из центра нашей Галактики и испускающие излучение в гамма- и рентгеновском диапазонах. Они располагаются перпендикулярно плоскости Млечного Пути и простираются на 25 тысяч световых лет каждая, что суммарно составляет половину диаметра Галактики. Восьмерка или песочные часы занимают половину видимого неба — от созвездия Девы до созвездия Журавля. Заметить пузыри Ферми раньше ученые не могли из-за высокоэнергетичных частиц и межзвездного газа, которые застилают нашу Галактику в гамма-диапазоне и мешают наблюдениям.

Розовым на изображении показаны области гамма-излучения, синим — области рентгеновского излучения, обнаруженные космической рентгеновской обсерваторией ROSAT в 1990 году. Позднее команда телескопа «Планк» обнаружила излучение этих структур в микроволновом диапазоне.

Природа пузырей Ферми пока неясна. По одной из гипотез, они связаны с недавней активностью центра Галактики. В центре Млечного Пути расположена сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой в 4 миллиона раз больше солнечной. При падении (аккреции) вещества на черную дыру и его ускорении в горизонте событий образуются релятивистские струи, или джеты, — потоки плазмы, вырывающиеся из активных ядер галактик и квазаров. Сегодня наша Галактика довольно спокойный уголок Вселенной, но если у Млечного Пути действительно были джеты, то пузыри Ферми могли образоваться из материала, поднятого ими. По другой гипотезе, эти структуры появились в результате массового превращения звезд в центре Галактики в сверхновые. Эти звезды, обладавшие вихрями высокоэнергетических частиц, могли появиться в ходе кратковременной вспышки звездообразования. Обе гипотезы пытаются объяснить, как возник столь мощный поток заряженных частиц.

Подобные структуры были обнаружены и в других галактиках. Так, в 2016 году российские астрономы заметили нечто похожее у галактики Андромеды (М31).

Измерение интенсивности гамма-излучения пузырей Ферми может помочь обнаружить облако темной материи, предположительно расположенное близ центра нашей Галактики, так как взаимодействие между частицами таинственной субстанции может сопровождаться испусканием гамма-квантов. Гамма-излучение, испускаемое пузырями Ферми, можно вычесть из общего сигнала гамма-излучения и получить в остатке излучение, исходящее из темной материи.

Показать полностью
388

Тумбага

Тумбага Наука, Химия, Археология, Золото, Медь, Копипаста, Бронелифчик, Elementy ru, Длиннопост

Перед вами женское нагрудное украшение южноамериканской доколумбовой культуры Кимбая, датированное 300–1600 гг. н. э. Оно выполнено из специфического сплава золота и меди под названием тумбага.

Тумбага (испанские конкистадоры заимствовали это название из малайского языка, tembaga означает «медь» или «латунь») — собирательное название для сплавов, состоящих главным образом из меди и золота. Тумбага широко применялась в доколумбовых цивилизациях Южной и Центральной Америки (где сплавы сходного состава назывались гуанин; см. Guanín). Из нее изготавливали церемониальные предметы, украшения, статуэтки.

По химическому составу тумбага представлена смесью золота и меди с переменным количеством серебра или других примесей. Вариации состава в различных изделиях весьма значительны — от 97% золота до 97% меди (скорее всего, состав зависел от доступности источников этих металлов в том или ином регионе). У сплава, содержащего 44% меди, температура плавления составляет 910°C, что ниже, чем у золота (1064°C) и меди (1084°C) по отдельности. Итоговый сплав, будучи тверже меди, сохраняет пластичность, и его легко обрабатывать.

Сложные изделия из тумбаги изготавливали методом литья по выплавляемым моделям. Сплав заливали в подготовленные формы, и изделие после остывания подвергали дальнейшей обработке методом золочения с истощением (см. Depletion gilding). В отличие от обычных методов золочения, когда золото наносится на поверхность изделия, метод золочения с истощением основан на удалении более активных металлов с поверхности изделия — чтобы увеличить долю золота в поверхностном слое. Изделие подвергали действию различных кислот (например, щавелевой кислоты) и нагревали, удаляя с поверхности медь. Получался тонкий поверхностный слой почти чистого золота. Считается, что эта технология была известна в Перу уже в 400 году до н. э и повсеместно использовалась по крайней мере за 1000 лет до прибытия конкистадоров.

В результате такой обработки изделие выглядело как выполненное из золота, хотя под золотой поверхностью был сплав меди и золота. Так, образцы золота, которые были отправлены Христофором Колумбом в Испанию, состояли из золота чуть больше, чем на половину. Но в полной мере испанцы столкнулись с тумбагой во время завоеваний Эрнана Кортеса, когда в руки конкистадоров попало огромное количество золотых изделий ацтеков.

Тумбага Наука, Химия, Археология, Золото, Медь, Копипаста, Бронелифчик, Elementy ru, Длиннопост

Испанцы и их союзники плавят добычу. Руки и ноги на переднем плане обозначают, как надевались украшения. Рисунок из Флорентийского кодекса (глава 17) — произведения XVI века по истории ацтеков, написанного испанским монахом Бернардино де Саагуном

Но когда они подвергли изделия переплавке, выяснилось, что в них велика доля меди. Часть таких переплавленных в слитки изделий была обнаружена в 1993 году на корабле, затонувшем около 1528 года у берегов Большого Багамы. Широкий разброс в составе слитков говорит о том, что они были изготовлены в кустарных условиях, из крайне неоднородного материала, что вполне ожидаемо в условиях сразу после завоевания.

Тумбага Наука, Химия, Археология, Золото, Медь, Копипаста, Бронелифчик, Elementy ru, Длиннопост

Один из слитков, найденных на затонувшем корабле близ Большого Багамы. На слитке видна печать, подтверждающая право собственности короля Испании Карла V Габсбурга. Фото с аукциона Daniel Frank Sedwick

Современник завоеваний Кортеса, историк Гонсало Фернандес де Овьедо писал, что индейцы знают, как позолотить изделия, изготовленные из меди и низкопробного золота, и применяют для этого сок определенного растения (скорее всего из рода кислица). Этот метод способен удалить медь, но не удаляет другие металлы, такие как серебро. Поэтому существовали другие методы золочения с истощением. Один из них заключался в нагревании предмета из тумбаги в смеси из квасцов, поваренной соли и кирпичной пыли. Смесь реагировала с поверхностью сплава с образованием хлоридов серебра и меди, которые поглощались кирпичной пылью. После охлаждения и промывки поверхность полировалась. Другой метод заключался в выдерживании изделия в течение 10 дней в растворе квасцов, поваренной соли и сульфата железа при комнатной температуре (аналог предыдущего способа, но без прогрева). Затем изделие промывалось в солевом растворе и нагревалось для получения более однородного поверхностного слоя.

Еще одно известное изделие, выполненное из тумбаги, — фигурка, изображающая плот муисков. Согласно легенде, новый правитель индейцев покрывал свое тело смолой или глиной, и помощники обсыпали его золотым песком. Затем новый правитель в сопровождении слуг на плоту выплывал на середину озера Гуатавита (расположено в Колумбии) и кидал в воду золотые дары. После этого он вплавь добирался до берега, в результате чего с правителя смывалась «золотая кожа». Испанцы были так поражены этим ритуалом, что многократно преувеличили его, передавая из уст в уста, и со временем человек превратился в город, затем — в королевство и, наконец, в империю Эльдорадо (по-испански el hombre dorado — «золотой человек»).

Тумбага Наука, Химия, Археология, Золото, Медь, Копипаста, Бронелифчик, Elementy ru, Длиннопост

Фигура, изображающая церемонию вступления на трон нового правителя муисков. Размеры плота: 19,5 см на 10,1 см, высота самой большой фигурки (скорее всего, вождя) — 10,2 см. Изделие хранится в Музее золота в Боготе, столице Колумбии. Фото с сайта en.wikipedia.org

Если верить легенде, то количество золота на дне озера Гуатавита должно быть поистине огромным. Было несколько попыток осушить озеро (последняя — в начале XX века), но все они закончились неудачей, так как обнаруженного золота не хватало на покрытие расходов. В 1965 году колумбийское правительство объявило озеро охраняемой территорией, любые попытки искать в нем золото или тем более его осушить теперь незаконны.

Сплавы на основе золота не потеряли своего значения и по сей день. Они нашли применение не только в ювелирном деле, но и как катализаторы в нанотехнологиях. Интересно, что наиболее стабильная форма наночастиц из золота и меди удивительным образом напоминает тумбагу: краевая часть обогащена золотом, а центральная часть содержит больше меди.

Тумбага Наука, Химия, Археология, Золото, Медь, Копипаста, Бронелифчик, Elementy ru, Длиннопост
a) изображение наночастицы из золота и меди, полученное с помощью электронного микроскопа; b) распределение меди в частице; с) распределение золота в частице; d) совмещенные изображения; e) EDX-спектр элементов, из которых состоит частица. Изображение из статьи G. Guisbiers et al., 2014. Gold–Copper Nano-Alloy, «Tumbaga», in the Era of Nano: Phase Diagram and Segregation

Фото с сайта en.wikipedia.org. Нагрудник хранится в Филдовском музее естественной истории, Чикаго, США.

Александр Марфин

https://elementy.ru/kartinka_dnya/1254/Tumbaga
Показать полностью 4
2727

Германий в гифках

Демонстрация способности германия отражать видимый свет, но быть прозрачным в инфракрасном

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Способностью пропускать ИК также обладает и германиевое стекло

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

При нагревании кристалла германия, подключенного к электрической цепи, его сопротивление будет падать, а ток постепенно повышаться

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Внешний вид синтетического монокристалла чистого германия

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Температура плавления германия 938°C

При нагревании можно заметить дым из его оксида

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Реакция нагретого германия с жидким хлором

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Хлорид германия (IV) гидролизуется в воде

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

В результате реакции алюмогидрида лития с хлоридом германия (IV) образуется токсичный горючий газ герман (GeH4) с неприятным запахом

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Разложение германа при нагревании в стеклянной трубке. В результате этого трубка покрывается чистым германием

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Реакция германа с нитратом серебра и образование осадка из германида серебра

Германий в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Германий, Гифка, Длиннопост

Предыдущие посты серии:

Литий. Бор. Углерод. Фтор. Натрий. Магний. Алюминий. Кремний. Фосфор. Сера. Хлор. Калий. Кальций. Титан. Ванадий. Хром. Марганец. Железо. Кобальт. Никель. Медь. Цинк. Галлий. Селен. Бром. Рубидий. Стронций. Серебро. Кадмий. Олово. Иод. Цезий. Барий. Вольфрам. Платина. Золото. Ртуть. Свинец. Висмут.

Показать полностью 7
79

Введение в мембранные процессы разделения

Пикабу образовательный.

Хочу предложить пикабушникам контент о мембранах, мембранных процессах и технологиях, а также исследованиях в этой области. Первым, открывающим, постом будет пост-введение, а там посмотрим, зайдет народу или нет.

Мембранные процессы разделения основаны на прохождении одного компонента разделяемой системы и не прохождении другого через полупроницаемую перегородку (мембрану) за счет некоторой движущей силы. Термин полупроницаемость как раз означает пропускание одного вида частиц и непропускание другого (других). То есть для того, чтобы попасть на тусу, нужно пройти эдакий фейс-контроль мембраны.

Введение в мембранные процессы разделения Химия, Технологии, Образование, Фильтрация, Обратный осмос, Разделение, Наука, Лига химиков, Длиннопост, Мембрана

Выглядит всё просто. Есть область 1 (I), называемая сырьевой фазой или просто сырьём. Один компонент (синие треугольники) проходит сквозь полупроницаемую перегородку, а другой (красные круги) - нет. В итоге получается область 2 (II), называемая пермеат, которая в идеале (!) содержит только один тип частиц - синие треугольники в нашем случае.

Так уж положено, что всё стремится к равновесию и любое воздействие, выводящее систему из равновесия, вызывает противодействие этой системы (привет принципу Ле Шателье - Брауна). Благодаря этому и реализуется перенос синих треугольников - некоторая сила, тянет эти частицы сквозь мембрану. Этой силой выступает разница химических (электрохимических) потенциалов областей 1 и 2. Разность химических потенциалов может возникать как следствие разности давления/концентрации частиц/температуры/электрического потенциала.


Наиболее распространены мембранные процессы, в которых разница давлений выступает основной движущей силой, так называемые баромембранные процессы: фильтрация, обратный осмос, пьезодиализ и т.д. Однако сейчас набирают обороты мембранные технологии, основанные и на других движущих силах: на разнице концентраций - первапорация, газоразделение, диализ; на разнице температур - термоосмос и мембранная дистилляция;  разнице электрохимических потенциалов - электродиализ и электроосмос.

Мембранные процессы активно используются в областях водоочистки; пищевой, текстильной, химической, нефтяной промышленности и многих других областях. Изучение и разработка новых мембран и мембранных процессов сейчас, действительно, актуально.

На этом пока всё, если интересно читать дальше, то дайте как-нибудь знать - я напишу ещё.
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: