Почему железо ржавеет, а хром или никель – нет?

Логично будет предположить, что дело в химической активности этих металлов – например, в том, что железо легче реагирует с кислородом воздуха, но это не совсем так.

Химическая активность металлов (и вообще веществ) связана с их т.н. электрохимическим потенциалом: чем он ниже, тем легче вещество вступает в реакции, например, реакции окисления. Ну так вот: у железа электрохимический потенциал, а точнее, т.н. стандартный электродный потенциал, равен -0,44 вольта, а у хрома – -0,74, то есть хром, грубо говоря, примерно в полтора раза химически активнее железа.

И именно в этом-то всё и дело: химически активный хром при контакте с воздухом быстро окисляется, покрываясь твёрдой плёнкой оксида хрома Cr₂O₃, которая предотвращает доступ кислорода к металлу и препятствует его дальнейшему окислению. То есть, хром не ржавеет потому, что он уже заржавел, причём очень быстро.

Так значит, нержавеющий никель тоже имеет низкий электрохимический потенциал? А вот и нет: у никеля стандартный электродный потенциал составляет -0,25, то есть, никель менее химически активен, чем железо, и, как ни парадоксально это прозвучит, именно поэтому он и не ржавеет.

Дело в том, что при контакте с воздухом (содержащим, помимо кислорода, ешё и водяные пары) химически активное железо образует не только и не столько «честный» оксид железа Fe2O3, но также и т.н. гидратированный оксид железа Fe₂O₃⋅nH₂O, а также гидроксид железа Fe(OH)₃. В результате образуется не тонкая прочная плёнка, защищающая металл от контакта с воздухом, а рыхлая среда, легко пропускающая и воду, и воздух. И более того, начавшие ржаветь места ржавеют ещё сильнее из-за увеличения площади поверхности, то есть, площади контакта металла с воздухом.

А вот относительно пассивный с химической точки никель гидроксидов и прочего не образует: он формирует такую же оксидную плёнку, как, скажем, у хрома, просто делает это более медленно и печально. Именно поэтому ни высокоактивный хром, ни не особо активный никель не ржавеют, а вот находящееся посредине между ними железо – ржавеет. При этом из них двоих именно хром имеет смысл добавлять в сплав с железом для получения нержавеющей стали, так как хром быстрее сформирует оксидную плёнку на поверхности стали, предотвращая её ржавение, тогда как никель будет окисляться медленнее, чем ржавеет сталь.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Если будете читать новости о летящем к Земле астероиде CE2XZW2, то не нервничайте: его диаметр составляет 20 метров, и такие тела гарантированно разрушаются в атмосфере.

Правда, даже и это может иметь разрушительные последствия (Челябинский метеорит был как раз где-то 20 метров в диаметре), но просто в теории вероятности скорее всего это произойдёт где-нибудь в глуши или вообще над океаном, который покрывает 70% поверхности Земли, так что особенно париться не стоит!

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Почему океанские суда делают такими большими?

Причин тому несколько, но основная связана с так называемым законом квадрата-куба.

Объём судна и, как следствие, масса перевозимого им груза пропорциональна его объёму, то есть, кубу его линейных размеров (например, произведению длины на ширину и высоту). С другой стороны, сопротивление, которое испытывает судно при своём движении, а значит, и расход топлива при перемещении на ту или иную дистанцию, пропорционально площади поперечного сечения, то есть, квадрату размеров (скажем, длины умножить на ширину). Например, если судно пропорционально увеличить вдвое, то его объём (а значит, и масса перевозимого груза) вырастет в 8 раз, а площадь его сечения (а значит, и сила сопротивления) - только вчетверо. Иными словами, при таком увеличении расход топлива на единицу массы груза сократится вдвое, и поэтому большие суда более экономичны.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

В новом видео на канале говорим о квантовых точках, о том, что это такое, как они устроены и зачем они вообще нам нужны.

Те, у кого не работает Youtube, могут посмотреть тут.

У нас на Ютуб-канале новое видео - первое видео цикла, который мы посвятим разбору возможных способов, пусть даже и в глубоком будущем, использовать в своих целях чёрные дыры! Приятного просмотра!

Те, у кого не работает Ютуб, могут посмотреть здесь.

Илон Маск планирует создавать дата-центры на околоземной орбите

SpaceX планирует создать в космосе сеть центров обработки данных для выполнения сложных вычислений в сфере искусственного интеллекта. Проект предполагает выведение на орбиту высотой от 500 до 2000 км около 1 миллиона спутников, на борту которых будет находиться вычислительное оборудование. Энергоснабжение спутников планируют организовать за счёт солнечных батарей, которые в условиях космоса будут работать более эффективно, чем на Земле.

Ключевой проблемой является охлаждение дата-центров: в космосе практически отсутствует окружающая среда, которой можно передавать вырабатывающееся тепло. По сути единственным вариантом является охлаждение за счёт излучения, которое не очень эффективно работает для невысоких температур. Для того, чтобы это охлаждение работало при таких температурах, потребуются антенны-радиаторы очень большой площади и массы: будет даже интересно посмотреть, как в SpaceX планируют решить данную проблему.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Пламя свечи на Земле и в невесомости

Характерную форму язычка пламя принимает из-за того, что горячий воздух, из которого оно состоит, поднимается вверх в процессе конвекции. Конвекция является проявлением закона Архимеда, а тот, в свою очередь - проявлением силы тяжести, под действием которой лёгкий горячий воздух как бы всплывает в более тяжёлом холодном.

В невесомости ни силы Архимеда, ни конвекции нет, и поэтому вытягивания пламени в язычок не происходит.

Кстати, помимо этого, конвекция обеспечивает более быстрое удаление из очага горения обеднённого кислородом и отравленного продуктами горения воздуха, на смену которому приходят новые порции свежего воздуха, способствующего дальнейшему горению. Из-за этого горение в невесомости происходит менее интенсивно и при более низкой температуре.

Это приводит к изменению цвета пламени: мы не видим характерного теплового свечения частичек сажи, которые придают желто-оранжевый цвет пламени свечи, а видим голубоватое свечение, характерное для эмиссионных спектров углеводородных соединений: таким же цветом горит чистый природный газ, практически лишённый примесных частичек.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Красивейшая иризация в облаках над горой Юйлун в Китае!

Иризация - окрашивание среды из-за дифракции света на мелких частичках, в данном случае, ледяных кристаллах. При дифракции свет разных длин волн отклоняется от прямолинейного направления на разные углы, из-за чего картинка рассеянного света от источника (в данном случае, Солнца) тоже получается цветной.

Зависимость угла отклонения от длины волны позволяет использовать дифракцию для разложения света в спектр: на этом принципе основаны приборы, известные как дифракционные решётки. По сути простейшим примером такой решётки является компакт-диск, однако оптические дифракционные решётки наделяют этими свойствами специально, нанося на 1 миллиметр поверхности до 3600 штрихов, на которых и происходит дифракция. Это позволяет получать очень выраженные разложения в спектр, позволяющие различать очень мелкие особенности таких спектров, что находит применение, например, в спектральном анализе, позволяющем крайне точно определять спектральный состав веществ, через которые проходит свет.

Что же до иризации, то она отвечает за окраску перламутровых раковин и жемчужин, некоторых драгоценных камней, вроде опалов, оперенья птиц и бабочек и много чего ещё: если вы видите, что что-то красиво переливается радужными переливами, то скорее всего вы наблюдаете именно иризацию.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Маск решил, что Марс подождёт

SpaceX откладывает проект пилотируемого полёта на Марс ради колонизации Луны, заявил Илон Маск:

Для тех, кто не знал, SpaceX уже сместила акцент на строительство саморазвивающегося города на Луне, чего мы можем достичь менее чем за десять лет

Ну а в течение 5-7 лет после строительства лунного города, Маск планирует вернуться к проекту колонизации Марса. По его словам, первые поселения на Красной планете могут появиться уже через 20 лет.

Напомним, ранее Маск планировал высадить людей на Марс уже в 2030 году, а к 2050-му создать на Марсе город с населением в миллион человек. Но что-то пошло не так.

О реалистичности планов Маска колонизировать Марс с имеющимися технологиями космических двигателей, мы подробнее разбирали в видео на нашем канале.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Иммерсионный микроскоп: хитрый способ увидеть невидимое

В микроскопии существует фундаментальное ограничение на размер объектов, которые можно разглядеть в оптический микроскоп: их линейные размеры должны быть больше половины длины волны света, в котором мы их рассматриваем. Длина волны видимого света составляет порядка 500 нанометров, и поэтому объекты размером меньше 200-250 нанометров являются для оптической микроскопии принципиально неразличимыми.

Однако есть весьма остроумный трюк, посредством которого можно заглянуть слегка за дифракционный предел. Дело в том, что длина волны света в вакууме и веществе различается: если точнее, в веществе свет как бы немного сжимается: его длина волны становится равной длине волны в вакууме делить на показатель преломления среды. К примеру, в среде с показателем преломления в 1,5 свет с длиной волны в 500 нанометров превращается в свет с длиной волны в 330 нанометров, а половина длины его волны, то есть, дифракционный предел, составит около 150-160 нанометров, и объекты такого размера, помещённые в данную среду, становятся видимыми.

На этом принципе основана работа так называемых иммерсионных микроскопов: объект помещают в прозрачную жидкость с высоким показателем преломления, например, специальные иммерсионные масла, для которых он составляет 1,7, и получаем ощутимый выигрыш в разрешающей способности!

Увы, этого всё ещё недостаточно для того, чтобы мочь рассмотреть многие объекты, которые нам желательно было бы уметь видеть в оптический микроскоп: вирусы, крупные белковые молекулы, мелкие электронные компоненты обладают размерами, которые меньше даже этого расширенного дифракционного предела, и для того, чтобы сделать видимыми их, приходится идти на более серьёзные ухищрения.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Сопло Лаваля: как инженеры здравый смысл обманули

Канал, по которому текут раскалённые газы в реактивных двигателях, имеет странную форму: он сначала сужается, а затем расширяется. Эта конструкция называется соплом Лаваля и предназначена для того, чтобы разгонять газ до скоростей, во много раз превосходящих скорость звука.

Как работает сужающаяся часть сопла, понятно: при уменьшении диаметра канала скорость потока возрастает. Этот эффект активно применяют огородники, когда поливают грядки: частично зажав выходное отверстие шланга, можно добиться того, что вода будет вылетать быстрее и лететь дальше. По той же причине на пожарные шланги надевают наконечники, представляющие собой сужающиеся на конце трубки.

Но зачем нужно расширение? Действительно, если при сужении диаметра канала скорость возрастает, то при его расширении она должна падать? Ан нет: оказывается, что при определённых условиях при сужении канала скорость растёт, а потом, при его расширении... снова растёт! Давайте попробуем понять, почему так происходит.

Ключевым для понимания процесса является т.н. принцип неразрывности потока: каким бы ни был диаметр канала, через него на всём протяжении должно проходить одно и то же количество вещества, то есть, произведение площади сечения канала, скорости течения вещества и его плотности должно быть постоянным.

При малых (меньших скорости звука) скоростях течения струи газы считаются несжимаемыми. Не то чтобы их нельзя было сжать в принципе, но вот из-за изменения площади сечения трубы они не сжимаются, вместо этого они меняют свою скорость: ускоряются при сужении трубки и замедляются при расширении, тогда как плотность их остаётся постоянной.

Но при преодолении скорости звука всё меняется.

Дело в том, что скорость звука корректнее называть скоростью распространения упругих возмущений: просто звук является одним из видов таких возмущений. Соответственно, когда газ течёт с дозвуковой скоростью (или через него с дозвуковой скоростью движется некое тело), возмущения в среде распространяются существенно быстрее: газ "успевает среагировать" на них и просто перераспределяется в системе (например, обтекает движущееся тело или меняет скорость движения при изменении ширины канала) без изменения плотности.

А вот если всё это происходит на сверхзвуковых скоростях, то перераспределение произойти уже не успевает, и газ становится сжимаемым.

Сопла Лаваля рассчитывают так, чтобы скорость звука достигалась именно в самом узком месте сопла. Перевалив за звуковой барьер здесь, газ становится сжимаемым. Принцип неразрывности потока продолжает работать, но только теперь меняется не только площадь и скорость, но и плотность.

Переходя в более широкую часть сопла, газ расширяется, т.е. плотность его уменьшается. Да, одновременно с этим возрастает площадь сечения, но оказывается, что (грубо говоря) плотность падает быстрее. А значит, принцип непрерывности потока требует, чтобы в этой расширяющейся части сопла газ ускорялся.

Можно объяснить и иначе: как известно, при расширении все газы охлаждаются, т.е. теряют внутреннюю энергию. И этой энергии попросту "некуда больше деваться", кроме как переходить в кинетическую энергию потока.

Подведём итог: проходя через сужающуюся часть сопла газ ускоряется, так как движется с дозвуковой скоростью и является несжимаемым; в самой узкой части сопла газ достигает звуковой скорости и становится сжимаемым; поэтому, пройдя в более широкую часть, он расширяется и ускоряется, теряя при этом внутреннюю энергию.

В современных реактивных двигателях сопла Лаваля и их аналоги разгоняют реактивные газы до 2-2,5 километров в секунду, т.е. в 6-7 раз быстрее звука!

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Астрономы убедились, что чёрные дыры могут формироваться и без взрыва сверхновой

Согласно современным представлениям, чёрные дыры в современной Вселенной рождаются по одному-единственному механизму - в результате гравитационного коллапса сверхмассивных звёзд, исчерпавших своё термоядерное топливо. После того, как термоядерные реакции иссякают, внутреннее давление проигрывает гравитации звезды, и та начинает сплющивать саму себя, что и приводит к формированию чёрной дыры. Однако до недавнего времени считалось, что в процессе этого звезда проходит через вспышку сверхновой, рассеивая большую часть своей массы по окружающему космосу (подробнее об этом мы говорили вот в этом видео). Однако некоторое время назад учёные, изучая цифровые архивы наблюдений за космическими объектами начали выявлять странные "исчезновения" массивных звёзд: ну, то есть вот была звезда - и нету! Тогда-то астрономы и начали с осторожностью высказывать гипотезы насчёт того, что рождение чёрной дыры не обязательно сопровождается взрывом. Точнее, взрыв-то происходит, но оказывается слишком слабым, и продукты этого взрыва сразу же засасывает в чёрную дыру, не дав образоваться характерной яркой вспышке.

И вот теперь группа ученых под руководством Кишалая Де (Kishalay De) из Колумбийского университета подтвердила эту гипотезу, пронаблюдав за одной из таких пропавших звёзд - звезду M31-2014-DS1 в галактике Андромеда: с 2014 по 2016 год звезда продемонстрировала резкий (на 50%) рост яркости в инфракрасном диапазоне, практически не изменив яркости в оптическом, а затем стала быстро тускнеть во всех видимых диапазонах, к 2022 году уменьшив яркость в 100 раз, а к 2023 полностью исчезнув.

Авторы исследования утверждают, что именно так должен был бы выглядеть "недовзрыв" с поглощением продуктов взрыва новорожденной чёрной дырой, и заявляют, что M31-2014-DS1 может стать первым изученным случаем такого исчезновения.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Пыльные бури на Марсе могут бушевать месяцами, и иногда могут охватывать почти всю планету, вздымая в воздух огромные количества пыли, которая буквально застилает небо.

Вопреки тому, что иногда изображают в фантастических фильмах, эти бури не столь разрушительны: скорости ветра обычно не превышают таковые у земных штормов притом, что атмосфера Марса очень разрежена и давление ветра при той же скорости будет гораздо ниже. Тем не менее, такие бури могут быть проблемой для будущих колонистов, если те будут получать энергию с помощью солнечных батарей, которые во время бури работать не будут, а после неё потребуют чистки от нанесённого песка и пыли.

Кроме того, песок и пыль могут также забиваться в щели различных устройств и механизмов, выводя их из строя.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

На нашем канале новое видео - про очень интересный и остроумный способ решать физические проблемы, известный как метод размерностей. Лично я с самой идеи о том, что так, оказывается, можно, офигевал ещё со школы, когда впервые узнал о нём, потому что это реально очень круто и просто, а главное - очень эффективно! В общем, всем приятного просмотра! У кого не работает Youtube, можете посмотреть здесь!

⚡️ Здравствуйте, Дорогие подписчики!
Представляем вашему вниманию подборку полезных каналов в сфере «Наука и образование» 🔥
Будем очень рады, если вы найдете для себя, что-нибудь полезное.

❗️Ссылка на папку:

https://t.me/addlist/GSkueoNu2e5lYWZi

Очередная попытка найти тёмную материю закончилась неудачей

Обсерватория HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Observatory) в штате Пуэбла в Мексике завершила многолетний экперимент по поиску одного из кандидатов в тёмную материю - так называемых вимпов (от английского WIMP - weakly interactin massive particle, слабо взаимодействующих массивных частиц).

Идея метода заключается в следующем: если вимпы существуют, то должны существовать и антивимпы, и эти частицы и их античастицы время от времени должны аннигилировать, превращая свою массу в энергию в виде квантов электромагнитного излучения - фотонов. Так как мы примерно знаем, какой массой должны обладать вимпы, то можем рассчитать и энергию фотонов, которые образуются: речь идёт о фотонах с энергией порядка 100-1000 гигаэлектронвольт, т.е. в 100-1000 миллиардов раз большей, чем энергия фотонов видимого света. И так как такие фотоны в космосе встречаются не то чтобы очень часто, то их обнаружение могло бы свидетельствовать о существовании вимпов.

Увы, результаты оказались неудовлетворительными. Эти данные сами по себе нельзя считать опровержением существования вимпов: например, они могут иметь другие массы или аннигилировать реже, чем считали учёные. И уж тем более результаты эксперимента нельзя рассматривать как опровержение существования тёмной материи, которая может быть представлена не только вимпами. Однако в целом это очередная неудача на пути поисков доказательств существования тёмной материи, которая усиливает позиции учёных-скептиков, полагающих, что тёмной материи вообще нет, а наблюдаемые аномалии, для объяснения которых её придумали, объясняются иными причинами.

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.

Друзья, нынче всякое может случиться, и на случай, если у вас перестанет работать Телеграм, то материалы канала так же доступны тут. Там же лежат видео, если у вас не работает Ютуб.

Ламинарное течение жидкости, то есть течение, при котором жидкость перемещается слоями без перемешивания и пульсаций - абстракция: в реальном потоке обычно присутствуют небольшие турбулентности и иные возмущения. Но как видно, иногда и реальные течения внешне почти не отличимы от идеально-ламинарного.

Для формирования такого течения нужно не только полное отсутствие внешних возмущающих факторов (например, ветра), но и определённые параметры самого потока жидкости: малая скорость, определённые параметры (площадь поверхности, объём) сосуда и отверстия в нём, а также соотношение плотности жидкости к её вязкости. Для определения того, будет ли течение ламинарным, используют т.н. число Рейнольдса - чем оно меньше, тем лучше. Несколько упрощённо можно сказать, что проще всего наблюдать ламинарный поток при медленном истечении жидкости через маленькое отверстие - правда, при этом расход жидкости должен быть достаточным для формирования устойчивой струи (без дробления её на капли под действием капиллярных сил).

Помочь проекту донатом можно тут.

Разблокировать комментарии можно, оформив подписку здесь.