Космические фейерверки: новые звёзды
Термину «новая звезда» без малого 450 лет: его ввёл в обиход астроном Тихо Браге, в ноябре 1572 года неожиданно для себя обнаруживший яркую звезду в части неба, где раньше ничего подобного не наблюдалось.
Для средневекового астронома было бы логично предположить, что он наблюдает рождение новой звезды, и именно так он и назвал объект в своих записях – de stella nova.
Правда, когда со временем светило стало тускнеть, и примерно через 17 месяцев полностью исчезло с неба, стало ясно, что это, вероятно, было что-то другое. Но термин уже успел закрепиться.
На самом деле термин оказался весьма неудачным: к рождению звёзд происходящее отношения не имеет. Наоборот, речь идёт об очень старых звёздах, а точнее – в огарках отживших своё светил, так называемых белых карликах.
Эти объекты образуются из обычных звёзд средней массы после того, как те исчерпают запасы своего ядерного топлива (чаще всего - водорода): под действием собственной гравитации звезда сжимается, а значит нагревается, превращаясь в очень маленький, очень плотный и очень горячий объект.
Для подавляющего большинства белых карликов это – конец их истории. Но некоторые белые карлики способны снова напомнить о себе яркими вспышками – их-то мы и знаем как вспышки новых.
Для этого рядом с белым карликом должна оказаться звезда-компаньон, причём достаточно близко для того, чтобы мощная гравитация карлика могла перетаскивать к нему вещество из внешних слоёв звезды-компаньона.
При этом это вещество достаточно богато водородом – то есть, там самым термоядерным топливом, которое у белого карлика закончилось.
«Ворованное» вещество постепенно оседает на поверхность белого карлика, нагреваясь и уплотняясь, пока в нём не начинают протекать термоядерные реакции – такие же, которые идут в недрах родительской звезды. Ну, почти такие же.
Нормальные звёзды обладают рядом механизмов, обеспечивающих плавное протекание таких реакций. Ключевым из них является т.н. отрицательная теплоёмкость: звезда устроена так, что если её внутренняя энергия увеличивается, то она расширяется и охлаждается, что, среди прочего, приводит к снижению интенсивности термоядерных реакций.
Но в нашем случае реакция происходит в слое водорода, находящегося в гравитационном поле белого карлика. И возросшее из-за запуска термоядерной реакции внутреннее давление в водородном слое не способно преодолеть силу этой гравитации: водородный слой продолжает сжиматься и нагреваться – причём даже быстрее за счёт выделяющейся в процессе энергии.
В результате в реакцию вовлекается всё большее количество водорода оболочки– до тех пор, пока она не оказывается охвачена ими полностью.
По сути происходит термоядерный взрыв водородной оболочки, которая в мощной вспышке разлетается по окружающему космосу – эдакая термоядерная бомба с массой, примерно равной массе Земли. Именно это мы и наблюдаем как вспышку новой. В ходе этого явления выделяется энергия, эквивалентная той, которую Солнце излучит примерно за миллион лет.
Интересно, что после такой вспышки система возвращается в своё прежнее состояние: ни белый карлик, ни его звезда-компаньон, вообще говоря, никуда не деваются, и процесс перекачки вещества и его накопления у белого карлика продолжается, обещая в будущем новые вспышки. Нам известно уже более десятка звёзд, вспыхивающих как новые: например, Т Компаса демонстрировала вспышки в 1890, 1902, 1920, 1944, 1966 и 2011 годах, а U Скорпиона за последние 150 лет показывала файер-шоу аж 10 раз.
А самое забавное в том, что «новая звезда» Тихо Браге на самом деле… не была новой в современном понимании этого термина, то, что наблюдал Браге, было так называемой сверхновой типа 1а. История физической терминологии иногда бывает весьма забавной.
На картинке – иллюстрация процесса «перетаскивания» (аккреции) вещества на белый карлик в процессе «зарядки» новой перед очередной вспышкой.
Термину «новая звезда» без малого 450 лет: его ввёл в обиход астроном Тихо Браге, в ноябре 1572 года неожиданно для себя обнаруживший яркую звезду в части неба, где раньше ничего подобного не наблюдалось.
Для средневекового астронома было бы логично предположить, что он наблюдает рождение новой звезды, и именно так он и назвал объект в своих записях – de stella nova.
Правда, когда со временем светило стало тускнеть, и примерно через 17 месяцев полностью исчезло с неба, стало ясно, что это, вероятно, было что-то другое. Но термин уже успел закрепиться.
На самом деле термин оказался весьма неудачным: к рождению звёзд происходящее отношения не имеет. Наоборот, речь идёт об очень старых звёздах, а точнее – в огарках отживших своё светил, так называемых белых карликах.
Эти объекты образуются из обычных звёзд средней массы после того, как те исчерпают запасы своего ядерного топлива (чаще всего - водорода): под действием собственной гравитации звезда сжимается, а значит нагревается, превращаясь в очень маленький, очень плотный и очень горячий объект.
Для подавляющего большинства белых карликов это – конец их истории. Но некоторые белые карлики способны снова напомнить о себе яркими вспышками – их-то мы и знаем как вспышки новых.
Для этого рядом с белым карликом должна оказаться звезда-компаньон, причём достаточно близко для того, чтобы мощная гравитация карлика могла перетаскивать к нему вещество из внешних слоёв звезды-компаньона.
При этом это вещество достаточно богато водородом – то есть, там самым термоядерным топливом, которое у белого карлика закончилось.
«Ворованное» вещество постепенно оседает на поверхность белого карлика, нагреваясь и уплотняясь, пока в нём не начинают протекать термоядерные реакции – такие же, которые идут в недрах родительской звезды. Ну, почти такие же.
Нормальные звёзды обладают рядом механизмов, обеспечивающих плавное протекание таких реакций. Ключевым из них является т.н. отрицательная теплоёмкость: звезда устроена так, что если её внутренняя энергия увеличивается, то она расширяется и охлаждается, что, среди прочего, приводит к снижению интенсивности термоядерных реакций.
Но в нашем случае реакция происходит в слое водорода, находящегося в гравитационном поле белого карлика. И возросшее из-за запуска термоядерной реакции внутреннее давление в водородном слое не способно преодолеть силу этой гравитации: водородный слой продолжает сжиматься и нагреваться – причём даже быстрее за счёт выделяющейся в процессе энергии.
В результате в реакцию вовлекается всё большее количество водорода оболочки– до тех пор, пока она не оказывается охвачена ими полностью.
По сути происходит термоядерный взрыв водородной оболочки, которая в мощной вспышке разлетается по окружающему космосу – эдакая термоядерная бомба с массой, примерно равной массе Земли. Именно это мы и наблюдаем как вспышку новой. В ходе этого явления выделяется энергия, эквивалентная той, которую Солнце излучит примерно за миллион лет.
Интересно, что после такой вспышки система возвращается в своё прежнее состояние: ни белый карлик, ни его звезда-компаньон, вообще говоря, никуда не деваются, и процесс перекачки вещества и его накопления у белого карлика продолжается, обещая в будущем новые вспышки. Нам известно уже более десятка звёзд, вспыхивающих как новые: например, Т Компаса демонстрировала вспышки в 1890, 1902, 1920, 1944, 1966 и 2011 годах, а U Скорпиона за последние 150 лет показывала файер-шоу аж 10 раз.
А самое забавное в том, что «новая звезда» Тихо Браге на самом деле… не была новой в современном понимании этого термина, то, что наблюдал Браге, было так называемой сверхновой типа 1а. История физической терминологии иногда бывает весьма забавной.
На картинке – иллюстрация процесса «перетаскивания» (аккреции) вещества на белый карлик в процессе «зарядки» новой перед очередной вспышкой.
👍3👎1😁1
Сверхновые типа 1а: самые мощные термоядерные бомбы во Вселенной
Под термином «сверхновая» понимают сразу несколько весьма различных явлений, некоторые из которых по последним данным настолько отличаются от других, что заслуживают собственного названия. Сегодня мы поговорим об одном из типов сверхновых – т.н. сверхновых типа 1а. Именно такое явление, как считается, наблюдал в 1572 году датский астроном Тихо Браге - отец термина "новая звезда".
Как и со вспышкой новой, в случае сверхновых типа 1а в главной роли выступает белый карлик – горячий и плотный остаток звезды, исчерпавшей запасы своего термоядерного топлива. Чаще всего имеется в виду водород, объединение атомов которого с образованием атомов гелия является главным источником энергии звёзд. Однако следует понимать, что «гореть» в звёздах может не только водород: к примеру, наше Солнце с исчерпанием запасов водорода сможет перейти на гелий, атомы которого будут сливаться с образованием углерода.
Другие звёзды способны использовать в качестве топлива и углерод (с образованием кислорода и неона), некоторые способны «питаться» даже кислородом (с образованием кремния), а самые «всеядные» могут «переваривать» даже кремний с образованием никеля и железа.
На этом цепочка возможных термоядерных превращений заканчивается: атомы железа и никеля уже не могут являться термоядерным топливом, так как при их слиянии энергия не выделяется, а поглощается.
Почему одни звёзды способны поддерживать термоядерные реакции с участием более тяжёлых элементов, а другие – нет? Все дело в том, что для «горения» более тяжёлых элементов нужны более экстремальные условия (более высокие температура и давление) в ядре звезды. А давление и температура в ядре растут по мере роста массы звезды. Красным карликам не хватает температуры даже для «поджига» гелиевой реакции. Солнцу для этого массы хватит, а вот на запуск более сложных реакций – уже нет.
То есть, понятие «ядерное топливо» относительно. И то, что уже не может быть таковым для меньших звёзд, будет прекрасно «гореть» в звёздах большей массы.
Причём же здесь сверхновые типа 1а? А они имеют к этому как раз самое прямое отношение.
Представим себе систему из двух звёзд средней массы – скажем, вроде нашего Солнца – которые сожгли весь свой водород и гелий и превратились в белые карлики, состоящие преимущественно из углерода. Массы каждой из этих звёзд по отдельности недостаточно для того, чтобы «зажечь» этот углерод. Но что если эти звёзды будут расположены достаточно близко для того, чтобы обмениваться массой друг с другом? В тесных двойных системах эта ситуация вполне возможна: более массивный «огарок» может «воровать» материю у менее массивного, либо, как вариант, возможна ситуация полного слияния двух белых карликов.
Так вот: в результате возможно, что масса одного из белых карликов станет достаточной для зажигания следующей «ступени» термоядерной реакции. Причём если в обычных звёздах условия для протекания реакции существуют лишь в ядре звезды, тогда как большая часть её объёма для этого слишком холодная, то в белом карлике температура распределена существенно более равномерно, и термоядерные реакции начинают происходить почти во всём его объёме одновременно. По сути, как и в случае с вспышками новых, происходит термоядерный взрыв. Но если там масса одновременно реагирующего вещества составляет порядка массы Земли, то в случае сверхновых типа 1а речь идёт уже о массе в несколько масс Солнца или даже более. А значит, и энергии в ходе такой вспышки выделяется в сотни тысяч и миллионы раз больше.
Например, сверхновая Тихо Браге в максимуме свечения на ночном небе уступала по яркости лишь Венере, хотя и находилась примерно в 7500 световых лет от Земли.
В результате взрыва сверхновой типа 1а «материнский» объект, как считается, полностью разрушается, а результатом взрыва становится медленно расширяющееся газовое облако – т.н. планетарная туманность. Остаток взрыва сверхновой Тихо Браге прикрепляю к посту в качестве иллюстрации.
Под термином «сверхновая» понимают сразу несколько весьма различных явлений, некоторые из которых по последним данным настолько отличаются от других, что заслуживают собственного названия. Сегодня мы поговорим об одном из типов сверхновых – т.н. сверхновых типа 1а. Именно такое явление, как считается, наблюдал в 1572 году датский астроном Тихо Браге - отец термина "новая звезда".
Как и со вспышкой новой, в случае сверхновых типа 1а в главной роли выступает белый карлик – горячий и плотный остаток звезды, исчерпавшей запасы своего термоядерного топлива. Чаще всего имеется в виду водород, объединение атомов которого с образованием атомов гелия является главным источником энергии звёзд. Однако следует понимать, что «гореть» в звёздах может не только водород: к примеру, наше Солнце с исчерпанием запасов водорода сможет перейти на гелий, атомы которого будут сливаться с образованием углерода.
Другие звёзды способны использовать в качестве топлива и углерод (с образованием кислорода и неона), некоторые способны «питаться» даже кислородом (с образованием кремния), а самые «всеядные» могут «переваривать» даже кремний с образованием никеля и железа.
На этом цепочка возможных термоядерных превращений заканчивается: атомы железа и никеля уже не могут являться термоядерным топливом, так как при их слиянии энергия не выделяется, а поглощается.
Почему одни звёзды способны поддерживать термоядерные реакции с участием более тяжёлых элементов, а другие – нет? Все дело в том, что для «горения» более тяжёлых элементов нужны более экстремальные условия (более высокие температура и давление) в ядре звезды. А давление и температура в ядре растут по мере роста массы звезды. Красным карликам не хватает температуры даже для «поджига» гелиевой реакции. Солнцу для этого массы хватит, а вот на запуск более сложных реакций – уже нет.
То есть, понятие «ядерное топливо» относительно. И то, что уже не может быть таковым для меньших звёзд, будет прекрасно «гореть» в звёздах большей массы.
Причём же здесь сверхновые типа 1а? А они имеют к этому как раз самое прямое отношение.
Представим себе систему из двух звёзд средней массы – скажем, вроде нашего Солнца – которые сожгли весь свой водород и гелий и превратились в белые карлики, состоящие преимущественно из углерода. Массы каждой из этих звёзд по отдельности недостаточно для того, чтобы «зажечь» этот углерод. Но что если эти звёзды будут расположены достаточно близко для того, чтобы обмениваться массой друг с другом? В тесных двойных системах эта ситуация вполне возможна: более массивный «огарок» может «воровать» материю у менее массивного, либо, как вариант, возможна ситуация полного слияния двух белых карликов.
Так вот: в результате возможно, что масса одного из белых карликов станет достаточной для зажигания следующей «ступени» термоядерной реакции. Причём если в обычных звёздах условия для протекания реакции существуют лишь в ядре звезды, тогда как большая часть её объёма для этого слишком холодная, то в белом карлике температура распределена существенно более равномерно, и термоядерные реакции начинают происходить почти во всём его объёме одновременно. По сути, как и в случае с вспышками новых, происходит термоядерный взрыв. Но если там масса одновременно реагирующего вещества составляет порядка массы Земли, то в случае сверхновых типа 1а речь идёт уже о массе в несколько масс Солнца или даже более. А значит, и энергии в ходе такой вспышки выделяется в сотни тысяч и миллионы раз больше.
Например, сверхновая Тихо Браге в максимуме свечения на ночном небе уступала по яркости лишь Венере, хотя и находилась примерно в 7500 световых лет от Земли.
В результате взрыва сверхновой типа 1а «материнский» объект, как считается, полностью разрушается, а результатом взрыва становится медленно расширяющееся газовое облако – т.н. планетарная туманность. Остаток взрыва сверхновой Тихо Браге прикрепляю к посту в качестве иллюстрации.
🤔2❤1
#Как_это_устроено: микроволновка
Сталкивались с ситуацией, когда микроволновка греет посуду, а не еду? Чтобы понять, как это происходит, нам сначала надо разобраться, почему она вообще что-то греет.
Микроволновая печь нагревает за счёт воздействия на вещество электромагнитных волн сверхвысокой частоты. Но откуда берётся такое воздействие, ведь, электрический заряд молекул равен нулю (в молекуле, а точнее, в её атомах, вообще говоря, столько же протонов, сколько и электронов)? Он-то равен, но вопрос в том, что в некоторых молекулах он распределён неоднородно.
Так, в молекуле воды электроны атомов водорода связаны с ядром относительно слабо. И обладающее большим положительным зарядом ядро атомов кислорода как бы «оттягивает» на себя эти электроны. В итоге получается, что у атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, тогда как та её часть, где находятся атомы водорода, получается положительный. Такие поляризованные молекулы называются диполями: их суммарный заряд равен нулю, но распределён он неравномерно.
В электрическом поле молекулы-диполи склонны обретать определённую ориентацию в пространстве, подобно тому, как стрелка компаса разворачивается на север: положительный «кончик» молекулы «указывает» на «плюс», отрицательный – на «минус».
Если же положение плюса и минуса постоянно меняется, то молекула вынуждена менять ориентацию в пространстве – проще говоря, вращаться.
Так вот: в микроволновке полярность меняется 2,5 миллиона (!) раз в секунду. Поэтому обладающие свойствами диполя молекулы в таком поле не просто вращаются, а крутятся как сумасшедшие! Попутно они «распихивают» близлежащие «нормальные» молекулы, из-за чего те также начинают двигаться быстрее. А ведь температура есть ни что иное, как макроскопическое отражение того, как быстро двигаются молекулы тела.
То есть, микроволновка разогревает еду из-за того, что создаваемое ей электромагнитное поле «раскручивает» присутствующие в этой еде молекулы-диполи, прежде всего, но не только, молекулы воды.
Часто можно встретить мнение, что микроволновка нагревает еду «изнутри». Это не так, а точнее, не совсем так. Изнутри нагревается еда, внутри которой воды и других дипольных молекул больше, чем снаружи. Например, хлеб, снаружи более сухой, действительно так и нагревается. А вот для, скажем, тарелки супа это правило работать не будет. Наоборот, расположенные во внешних слоях жидкости молекулы воды будут поглощать энергию электромагнитных волн, не пропуская её внутрь. Внутренние слои вещества будут нагреваться уже за счёт теплообмена со внешними.
Именно поэтому посуда часто греется сильнее, чем то, что в неё налито: материал посуды попросту тоже содержит дипольные молекулы, которые нагреваются и поглощают энергию входящих электромагнитных волн. Например, очень часто этим «грешит» неглазированная керамическая посуда: в ней много пор, поглощающих и удерживающих воду. Именно эта вода будет греться, нагревая стенки посуды и «отбирая» энергию у того, что мы, собственно, хотим разогреть.
Впрочем, у глазированной и эмалированной посуды свои минусы: в эмалях и красителях могут содержаться частицы металла, которые в высокочастотном электромагнитном поле приходят в интенсивное движение: если молекула-диполь вращается вокруг своей оси, то в металлах возникает быстрое движение по круговым (вихревым) траекториям самих частиц. Это приводит к ещё более сильному нагреву и к тому, что ещё меньше энергии доходит до, собственно, нагреваемого продукта.
Хотя некоторые умельцы превращают этот недостаток микроволновок в достоинство, и даже ухитряются даже плавить металл с их помощью.
А целиком металлические предметы вообще имеют свойство отражать электромагнитные волны: это чревато в лучшем случае поломкой магнетрона, в худшем – пожаром, а то и взрывом.
Идеальная посуда для микроволновки – стекло: оно гладкое, а его частицы почти не обладают дипольным моментом. Причём стекло лучше использовать обычное, без красителей – их добавление может существенно изменить его электрические свойства.
Сталкивались с ситуацией, когда микроволновка греет посуду, а не еду? Чтобы понять, как это происходит, нам сначала надо разобраться, почему она вообще что-то греет.
Микроволновая печь нагревает за счёт воздействия на вещество электромагнитных волн сверхвысокой частоты. Но откуда берётся такое воздействие, ведь, электрический заряд молекул равен нулю (в молекуле, а точнее, в её атомах, вообще говоря, столько же протонов, сколько и электронов)? Он-то равен, но вопрос в том, что в некоторых молекулах он распределён неоднородно.
Так, в молекуле воды электроны атомов водорода связаны с ядром относительно слабо. И обладающее большим положительным зарядом ядро атомов кислорода как бы «оттягивает» на себя эти электроны. В итоге получается, что у атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, тогда как та её часть, где находятся атомы водорода, получается положительный. Такие поляризованные молекулы называются диполями: их суммарный заряд равен нулю, но распределён он неравномерно.
В электрическом поле молекулы-диполи склонны обретать определённую ориентацию в пространстве, подобно тому, как стрелка компаса разворачивается на север: положительный «кончик» молекулы «указывает» на «плюс», отрицательный – на «минус».
Если же положение плюса и минуса постоянно меняется, то молекула вынуждена менять ориентацию в пространстве – проще говоря, вращаться.
Так вот: в микроволновке полярность меняется 2,5 миллиона (!) раз в секунду. Поэтому обладающие свойствами диполя молекулы в таком поле не просто вращаются, а крутятся как сумасшедшие! Попутно они «распихивают» близлежащие «нормальные» молекулы, из-за чего те также начинают двигаться быстрее. А ведь температура есть ни что иное, как макроскопическое отражение того, как быстро двигаются молекулы тела.
То есть, микроволновка разогревает еду из-за того, что создаваемое ей электромагнитное поле «раскручивает» присутствующие в этой еде молекулы-диполи, прежде всего, но не только, молекулы воды.
Часто можно встретить мнение, что микроволновка нагревает еду «изнутри». Это не так, а точнее, не совсем так. Изнутри нагревается еда, внутри которой воды и других дипольных молекул больше, чем снаружи. Например, хлеб, снаружи более сухой, действительно так и нагревается. А вот для, скажем, тарелки супа это правило работать не будет. Наоборот, расположенные во внешних слоях жидкости молекулы воды будут поглощать энергию электромагнитных волн, не пропуская её внутрь. Внутренние слои вещества будут нагреваться уже за счёт теплообмена со внешними.
Именно поэтому посуда часто греется сильнее, чем то, что в неё налито: материал посуды попросту тоже содержит дипольные молекулы, которые нагреваются и поглощают энергию входящих электромагнитных волн. Например, очень часто этим «грешит» неглазированная керамическая посуда: в ней много пор, поглощающих и удерживающих воду. Именно эта вода будет греться, нагревая стенки посуды и «отбирая» энергию у того, что мы, собственно, хотим разогреть.
Впрочем, у глазированной и эмалированной посуды свои минусы: в эмалях и красителях могут содержаться частицы металла, которые в высокочастотном электромагнитном поле приходят в интенсивное движение: если молекула-диполь вращается вокруг своей оси, то в металлах возникает быстрое движение по круговым (вихревым) траекториям самих частиц. Это приводит к ещё более сильному нагреву и к тому, что ещё меньше энергии доходит до, собственно, нагреваемого продукта.
Хотя некоторые умельцы превращают этот недостаток микроволновок в достоинство, и даже ухитряются даже плавить металл с их помощью.
А целиком металлические предметы вообще имеют свойство отражать электромагнитные волны: это чревато в лучшем случае поломкой магнетрона, в худшем – пожаром, а то и взрывом.
Идеальная посуда для микроволновки – стекло: оно гладкое, а его частицы почти не обладают дипольным моментом. Причём стекло лучше использовать обычное, без красителей – их добавление может существенно изменить его электрические свойства.
YouTube
Плавим металл в микроволновке. Плавление меди 1050+100 гр С. How to melt metal in the microwave.
Как в домашних условиях плавить цветные и драгоценные металлы. . Писать нa shara_kk@mail.ru Более подробное мое видео, все вопросы пишите туда https://www.youtube.com/watch?v=KLn5qf61AhU
👍3🤔2
#Как_это_устроено: холодильник
Холодильник – один из самых распространённых бытовых приборов, но все ли знают, как он работает? Если вы не знаете, но хотите узнать, то этот текст – именно для вас.
В целом холодильник состоит из трёх основных элементов: это представляющий собой сеть трубок испаритель, который размещён в основной камере холодильника, конденсатор (тоже сеть трубок, но меньшего объёма), находящийся снаружи на задней стенке холодильника, а также компрессор, соединяющий обе эти системы. Четвёртый элемент, позволяющий конструкции работать – хладагент, специальное вещество, которое циркулирует внутри системы, осуществляя теплообмен между её частями и окружающей средой.
Цикл охлаждения выглядит так. Предположим, что в нулевой момент времени хладагент находится в испарителе (внутри холодильной камеры) в газообразном состоянии. Затем мы включаем холодильник: запускается компрессор, который всасывает хладагент из испарителя и сжимает его. При этом хладагент конденсируется, сильно нагреваясь за счёт теплоты конденсации. Горячий и жидкий хладагент подаётся в конденсатор, где он охлаждается за счёт взаимодействия с атмосферным воздухом. Именно поэтому внешняя задняя стенка холодильника, где расположена решётка конденсатора, всегда горячая.
Остывший жидкий хладагент снова подаётся в испаритель, который устроен так, что его объём больше объёма конденсатора. То есть, давление в нём существенно меньше, чем в конденсаторе – меньше настолько, что хладагент закипает и начинает интенсивно испаряться. За счёт этого он охлаждается, так как на парообразование тратится энергия, вообще говоря, равная теплоте конденсации.
Получившийся холодный газообразный хладагент через поверхность конденсатора вступает в теплообмен с воздухом внутри холодильника, отбирая у него теплоту и охлаждая его. Именно поэтому внутренняя стенка холодильника всегда холодная.
После этого хладагент снова поступает в компрессор, где сжимается и нагревается, а оттуда – в конденсатор, где остывает и снова подаётся в испаритель. Цикл замыкается.
Именно на этом несложном принципе основана работа бытовых холодильников. Конечно, в схеме есть масса нюансов, которые используют производители для оптимизации процесса. Но общий принцип остаётся тем же. На нём же, кстати, работают и другие подобные устройства - скажем, кондиционеры воздуха.
Холодильник – один из самых распространённых бытовых приборов, но все ли знают, как он работает? Если вы не знаете, но хотите узнать, то этот текст – именно для вас.
В целом холодильник состоит из трёх основных элементов: это представляющий собой сеть трубок испаритель, который размещён в основной камере холодильника, конденсатор (тоже сеть трубок, но меньшего объёма), находящийся снаружи на задней стенке холодильника, а также компрессор, соединяющий обе эти системы. Четвёртый элемент, позволяющий конструкции работать – хладагент, специальное вещество, которое циркулирует внутри системы, осуществляя теплообмен между её частями и окружающей средой.
Цикл охлаждения выглядит так. Предположим, что в нулевой момент времени хладагент находится в испарителе (внутри холодильной камеры) в газообразном состоянии. Затем мы включаем холодильник: запускается компрессор, который всасывает хладагент из испарителя и сжимает его. При этом хладагент конденсируется, сильно нагреваясь за счёт теплоты конденсации. Горячий и жидкий хладагент подаётся в конденсатор, где он охлаждается за счёт взаимодействия с атмосферным воздухом. Именно поэтому внешняя задняя стенка холодильника, где расположена решётка конденсатора, всегда горячая.
Остывший жидкий хладагент снова подаётся в испаритель, который устроен так, что его объём больше объёма конденсатора. То есть, давление в нём существенно меньше, чем в конденсаторе – меньше настолько, что хладагент закипает и начинает интенсивно испаряться. За счёт этого он охлаждается, так как на парообразование тратится энергия, вообще говоря, равная теплоте конденсации.
Получившийся холодный газообразный хладагент через поверхность конденсатора вступает в теплообмен с воздухом внутри холодильника, отбирая у него теплоту и охлаждая его. Именно поэтому внутренняя стенка холодильника всегда холодная.
После этого хладагент снова поступает в компрессор, где сжимается и нагревается, а оттуда – в конденсатор, где остывает и снова подаётся в испаритель. Цикл замыкается.
Именно на этом несложном принципе основана работа бытовых холодильников. Конечно, в схеме есть масса нюансов, которые используют производители для оптимизации процесса. Но общий принцип остаётся тем же. На нём же, кстати, работают и другие подобные устройства - скажем, кондиционеры воздуха.
👍3🤔1
Нейтрино - крошечная, но тем не менее имеющая массу элементарная частичка, а точнее - группа из трёх элементарных частиц и их античастиц.
Нейтрино возникают как правило в реакциях, обусловленных так называемым слабым взаимодействием, а точнее, сопровождают превращения элементарных частиц друг в друга. Например, нейтрон при определённых обстоятельствах может превратиться в протон, причём также образуются электрон и электронное антинейтрино. И наоборот: возможно превращение протона в нейтрон с выделением позиторна (античастицы электрона) и электронного нейтрино.
Нейтрино не имеют электрического заряда и имеют крайне малую (хотя и совершенно точно ненулевую) массу. Благодаря этому нейтрино очень слабо взаимодействуют с обычным веществом. Так, длина свободного пробега нейтрино в воде оценивается примерно в 100 световых лет: именно такой слой воды "среднестатистическое" нейтрино пройдёт без каких-либо препятствий.
Благодаря этому, а также тому, что нейтрино выделяются в ходе ядерных превращений, изучение потоков нейтрино крайне интересует астрономов, так как они могут нести в себе информацию о весьма удалённых и почти невидимых иными способами космических объектах, а также о ранних этапах существования Вселенной.
На практике нейтрино могут использоваться в качестве средства дальней связи, например, с поводными лодками. Кроме того, изучение потоков нейтрино может сказать многое о процессах внутри ядерных реакторов и других ядерных установок.
Проблема в том, что улавливать нейтрино довольно сложно именно из-за их слабого взаимодействия с веществом. Для этого учёные идут на разные ухищрения и строят весьма внушительного вида установки - вроде детектора «Супер-Камиоканде» (фото изнутри него я прикрепляю в качестве иллюстрации) в Японии или Байкальского подводного нейтринного телескопа в России.
Нейтрино возникают как правило в реакциях, обусловленных так называемым слабым взаимодействием, а точнее, сопровождают превращения элементарных частиц друг в друга. Например, нейтрон при определённых обстоятельствах может превратиться в протон, причём также образуются электрон и электронное антинейтрино. И наоборот: возможно превращение протона в нейтрон с выделением позиторна (античастицы электрона) и электронного нейтрино.
Нейтрино не имеют электрического заряда и имеют крайне малую (хотя и совершенно точно ненулевую) массу. Благодаря этому нейтрино очень слабо взаимодействуют с обычным веществом. Так, длина свободного пробега нейтрино в воде оценивается примерно в 100 световых лет: именно такой слой воды "среднестатистическое" нейтрино пройдёт без каких-либо препятствий.
Благодаря этому, а также тому, что нейтрино выделяются в ходе ядерных превращений, изучение потоков нейтрино крайне интересует астрономов, так как они могут нести в себе информацию о весьма удалённых и почти невидимых иными способами космических объектах, а также о ранних этапах существования Вселенной.
На практике нейтрино могут использоваться в качестве средства дальней связи, например, с поводными лодками. Кроме того, изучение потоков нейтрино может сказать многое о процессах внутри ядерных реакторов и других ядерных установок.
Проблема в том, что улавливать нейтрино довольно сложно именно из-за их слабого взаимодействия с веществом. Для этого учёные идут на разные ухищрения и строят весьма внушительного вида установки - вроде детектора «Супер-Камиоканде» (фото изнутри него я прикрепляю в качестве иллюстрации) в Японии или Байкальского подводного нейтринного телескопа в России.
👍2
США продолжают испытания гиперзвуковой ракеты AGM-183A ARRW, разработчиком которой является компания Lockheed Martin. Очередной испытательный запуск ракеты запланирован на июль после того, как попытка запуска 5 апреля завершилась неудачей из-за "невозможности завершить последовательность запуска".
AGM-183A ARRW представляет собой двухступенчатую ракету воздушного базирования (запускать её планируют с бомбардировщиков типа Б-52, F-15EX или В-1В). В качестве первой ступени, разгоняющей ракету до гиперзвуковых скоростей, используется твердотопливный ракетный двигатель, который после этого должен отделяться и в ход пойдёт планирующий гиперзвуковой блок с обычной или ядерной боевой частью.
То есть, ракета не является, вообще говоря, гиперзвуковой, так как не может совершать полноценных манёвров на гиперзвуковых (5 скоростей звука или более) скоростях: полёт на таких скоростях осуществляется в режиме планирования, как и в российском авиационном комплексе "Кинжал", принятом на опытно-боевое дежурство ещё в 2017 году.
В отличие от этих ракет, полностью сверхзвуковой является, к примеру, российская ракета корабельного базирования "Циркон". Она также является двухступенчатой с твердотопливным ускорителем в качестве первой ступени, но вторая ступень является уже не планирующей, а оснащена прямоточным воздушно-реактивным двигателем, что позволяет осуществлять полноценные манёвры на гиперзвуковых скоростях.
Основной сложностью в создании гиперзвуковых ракет являются особенности аэродинамики этих устройств и поведение окружающего воздуха на дозвуковых, околозвуковых и гиперзвуковых скоростях. Грубо говоря, один и тот же двигатель будет эффективно работать на скоростях 1-2 скорости звука, но не может быть использван при больших скоростях из-за резкого возрастания скорости набегания воздушного потока и других проблем.
Однако овчинка стоит выделки: гиперзвуковые ракеты благодаря скорости полёта не могут быть перехвачены обычными сверхзвуковыми противоракетами и иными средствами. Да и вообще их перехват представляется делом проблематичным: "Циркон", например, способен преодолеть максимальную дальность действия в 500 км за 2-3 минуты, и не факт, что даже самая совершенная ПРО за это время сможет предпринять какие-либо действия по её перехвату.
Параллельно идут испытания другой перспективной гиперзвуковой системы - ракеты HAWC, также воздушного базирования. Последняя попытка провести учебный запуск произошла 24 декабря и также была неудачной.
На фото - американская AGM-183A ARRW на борту Б-52.
AGM-183A ARRW представляет собой двухступенчатую ракету воздушного базирования (запускать её планируют с бомбардировщиков типа Б-52, F-15EX или В-1В). В качестве первой ступени, разгоняющей ракету до гиперзвуковых скоростей, используется твердотопливный ракетный двигатель, который после этого должен отделяться и в ход пойдёт планирующий гиперзвуковой блок с обычной или ядерной боевой частью.
То есть, ракета не является, вообще говоря, гиперзвуковой, так как не может совершать полноценных манёвров на гиперзвуковых (5 скоростей звука или более) скоростях: полёт на таких скоростях осуществляется в режиме планирования, как и в российском авиационном комплексе "Кинжал", принятом на опытно-боевое дежурство ещё в 2017 году.
В отличие от этих ракет, полностью сверхзвуковой является, к примеру, российская ракета корабельного базирования "Циркон". Она также является двухступенчатой с твердотопливным ускорителем в качестве первой ступени, но вторая ступень является уже не планирующей, а оснащена прямоточным воздушно-реактивным двигателем, что позволяет осуществлять полноценные манёвры на гиперзвуковых скоростях.
Основной сложностью в создании гиперзвуковых ракет являются особенности аэродинамики этих устройств и поведение окружающего воздуха на дозвуковых, околозвуковых и гиперзвуковых скоростях. Грубо говоря, один и тот же двигатель будет эффективно работать на скоростях 1-2 скорости звука, но не может быть использван при больших скоростях из-за резкого возрастания скорости набегания воздушного потока и других проблем.
Однако овчинка стоит выделки: гиперзвуковые ракеты благодаря скорости полёта не могут быть перехвачены обычными сверхзвуковыми противоракетами и иными средствами. Да и вообще их перехват представляется делом проблематичным: "Циркон", например, способен преодолеть максимальную дальность действия в 500 км за 2-3 минуты, и не факт, что даже самая совершенная ПРО за это время сможет предпринять какие-либо действия по её перехвату.
Параллельно идут испытания другой перспективной гиперзвуковой системы - ракеты HAWC, также воздушного базирования. Последняя попытка провести учебный запуск произошла 24 декабря и также была неудачной.
На фото - американская AGM-183A ARRW на борту Б-52.
Атомы кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), фото сделано с увеличением в 100 миллионов раз.
Яркие точки - ядра атомов. Размытые пятна вокруг них - электронные облака.
Фото отсюда.
Яркие точки - ядра атомов. Размытые пятна вокруг них - электронные облака.
Фото отсюда.
Если Keppler 62e, по всей видимости, является планетой-раем с климатом даже более благоприятным, чем на Земле, то COROT-7b - планета-ад, с одними из наиболее неприемлемых условий для существования жизни из возможных.
Звезда COROT-7 весьма похожа на Солнце: это жёлтый карлик спектрального класса G9V с массой в 0,97 и радиусом в 0,87 солнечных. Звезда удалена от нас примерно на 500 световых лет.
COROT-7b, в свою очередь, относится к классу суперземель - это планета, состоящая в основном из твёрдого вещества (в отличие от газовых гигантов), масса которой превосходит Землю примерно в 7 раз (соответственно, гравитация там тоже примерно в 7 раз больше). При этом по размерам COROT-7b всего в 1,5 раза больше Земли - то есть, это небесное тело обладает куда большей плотностью, чем наша планета.
Возможно, это связано с тем, что в прошлом, как предполагают учёные, COROT-7b могла быть газовым гигантом, испарённым жаром звезды, от которого осталось лишь спрессованное каменное ядро.
Но самое главное в том, что COROT-7b расположен всего в 0,017 астрономических единицах от родительской звезды. Для сравнения, Меркурий удалён от Солнца в среднем на 0,4 а.е. Поэтому на COROT-7b по-настоящему жарко: температура там может достигать 2500 градусов Цельсия, что превышает температуру плавления большинства известных материалов.
Из-за близости к светилу планета находится под мощным влиянием т.н. приливных сил, которые, скорее всего, синхронизировали её вращение вокруг своей оси и по орбите вокруг светила, из-за чего COROT-7b скорее всего обращена к Солнцу всегда одной и той же стороной. Из-за этого планета скорее всего поделена на две части - дневную и ночную.
Первая представляет собой раскалённый ад - никогда не застывающее бурлящее море лавы. Поднимающиеся от этой лавы раскалённые пары конденсируются во внешних слоях атмосферы и, вероятно, выпадают обратно в виде "каменных дождей".
Ночная сторона же представляет собой ад ледяной: вечная тьма, космический холод и поля водяного и углекислотного льда.
В общем, COROT-7b - явно не то место, где вы бы хотели провести свой отпуск!
Звезда COROT-7 весьма похожа на Солнце: это жёлтый карлик спектрального класса G9V с массой в 0,97 и радиусом в 0,87 солнечных. Звезда удалена от нас примерно на 500 световых лет.
COROT-7b, в свою очередь, относится к классу суперземель - это планета, состоящая в основном из твёрдого вещества (в отличие от газовых гигантов), масса которой превосходит Землю примерно в 7 раз (соответственно, гравитация там тоже примерно в 7 раз больше). При этом по размерам COROT-7b всего в 1,5 раза больше Земли - то есть, это небесное тело обладает куда большей плотностью, чем наша планета.
Возможно, это связано с тем, что в прошлом, как предполагают учёные, COROT-7b могла быть газовым гигантом, испарённым жаром звезды, от которого осталось лишь спрессованное каменное ядро.
Но самое главное в том, что COROT-7b расположен всего в 0,017 астрономических единицах от родительской звезды. Для сравнения, Меркурий удалён от Солнца в среднем на 0,4 а.е. Поэтому на COROT-7b по-настоящему жарко: температура там может достигать 2500 градусов Цельсия, что превышает температуру плавления большинства известных материалов.
Из-за близости к светилу планета находится под мощным влиянием т.н. приливных сил, которые, скорее всего, синхронизировали её вращение вокруг своей оси и по орбите вокруг светила, из-за чего COROT-7b скорее всего обращена к Солнцу всегда одной и той же стороной. Из-за этого планета скорее всего поделена на две части - дневную и ночную.
Первая представляет собой раскалённый ад - никогда не застывающее бурлящее море лавы. Поднимающиеся от этой лавы раскалённые пары конденсируются во внешних слоях атмосферы и, вероятно, выпадают обратно в виде "каменных дождей".
Ночная сторона же представляет собой ад ледяной: вечная тьма, космический холод и поля водяного и углекислотного льда.
В общем, COROT-7b - явно не то место, где вы бы хотели провести свой отпуск!
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Вот небольшая иллюстрация того, где завтра, 10 июня, будет видно солнечное затмение!
Классическое "чёрное солнце", т.е. полное кольцевое затмение, будет видно лишь в самых северных регионах, но кое-что покажут и жителям средних широт!
Максимум затмения придётся на 14:08-14:15 по московскому и киевскому времени.
Классическое "чёрное солнце", т.е. полное кольцевое затмение, будет видно лишь в самых северных регионах, но кое-что покажут и жителям средних широт!
Максимум затмения придётся на 14:08-14:15 по московскому и киевскому времени.
Гора Олимп на Марсе реально очень большая. Она имеет 26 километров в высоту: на её вершине атмосферное давление не превышает 0,002 атмосфер, что соответствует техническому вакууму.
Диаметр Олимпа - 540 километров: если вы будете стоять на его вершине, то край склона уйдёт за горизонт.
Площадь Олимпа - около 18 тысяч квадратных километров - он в 9 раз больше Москвы.
Олимп - вулкан, который, по последним данным, последний раз извергался около 2 миллионов лет назад. А значит, называть его потухшим не совсем верно, и в теории он может начать извергаться снова.
Столь гигантские размеры, вероятно, обусловлены тем, что тектонические плиты Марса малоподвижны (долгое время считалось, что их нет вообще), а значит, вулкан Олимп мог существовать долгое время и "наизвергать" за него огромное по земным меркам количество вещества. Кроме того, на Марсе, где нет воды и очень разреженная атмосфера практически отсутствует эрозия, подтачивающая земные горы.
Кстати, внешний вод Олимпа является одной из вещей, которые как бы намекают нам, что Марс был таким, каким мы его знаем, не всегда. Внешние склоны Олимпа, относящиеся к самой ранней стадии его истроии - крутые и обрывистые: вероятно, когда-то очень давно их подтачивали воды марсианских океанов...
Диаметр Олимпа - 540 километров: если вы будете стоять на его вершине, то край склона уйдёт за горизонт.
Площадь Олимпа - около 18 тысяч квадратных километров - он в 9 раз больше Москвы.
Олимп - вулкан, который, по последним данным, последний раз извергался около 2 миллионов лет назад. А значит, называть его потухшим не совсем верно, и в теории он может начать извергаться снова.
Столь гигантские размеры, вероятно, обусловлены тем, что тектонические плиты Марса малоподвижны (долгое время считалось, что их нет вообще), а значит, вулкан Олимп мог существовать долгое время и "наизвергать" за него огромное по земным меркам количество вещества. Кроме того, на Марсе, где нет воды и очень разреженная атмосфера практически отсутствует эрозия, подтачивающая земные горы.
Кстати, внешний вод Олимпа является одной из вещей, которые как бы намекают нам, что Марс был таким, каким мы его знаем, не всегда. Внешние склоны Олимпа, относящиеся к самой ранней стадии его истроии - крутые и обрывистые: вероятно, когда-то очень давно их подтачивали воды марсианских океанов...
👍12🔥4
Изумруд - разновидность берилла ( Be3Al2Si6O18), яркий цвет которому придают оксиды ванадия или (реже) хрома. При нагревании (до 700 градусов Цельсия или выше) эти оксиды распадаются, и изумруд теряет свой цвет, превращаясь в обычный берилл. Кроме того, изумруд очень хрупкий и подвержен сколам при механических повреждениях.
Природные кристаллы изумруда относятся к гексагональной сингонии, проще говоря, имеют форму шестиугольной призмы.
Большая часть изумрудов сегодня добывается в Колумбии. А крупнейшим мировым производителем искусственных изумрудов является компания "Таирус" из Новосибирска.
Искусственный изумруд довольно сложно отличить от натурального. На естественное происхождение камня могут указывать микротрещины, которые можно разглядеть в увеличительное стекло. Кроме того, для искусственных изумрудов характерно красновато-коричневое свечение в ультрафиолете. К сожалению, некоторые природные камни тоже демонстрируют такую люминисценцию, а разглядеть микротрещины трудно, не будучи специалистом.
Природные кристаллы изумруда относятся к гексагональной сингонии, проще говоря, имеют форму шестиугольной призмы.
Большая часть изумрудов сегодня добывается в Колумбии. А крупнейшим мировым производителем искусственных изумрудов является компания "Таирус" из Новосибирска.
Искусственный изумруд довольно сложно отличить от натурального. На естественное происхождение камня могут указывать микротрещины, которые можно разглядеть в увеличительное стекло. Кроме того, для искусственных изумрудов характерно красновато-коричневое свечение в ультрафиолете. К сожалению, некоторые природные камни тоже демонстрируют такую люминисценцию, а разглядеть микротрещины трудно, не будучи специалистом.
👍2
Южный полюс мира - точка, вокруг которой совершают видимое вращение звёзды неба Южного полушария в течение суток.
Точнее, вращаются, конечно, не звёзды: это Земля вращается вокруг своей оси относительно неподвижных звёзд, из-за чего создаётся иллюзия их движения по концентрическим окружностям. Их центры называют полюсами мира - соответственно, Южным и Северным.
Направление на полюс мира совпадает с направлением на соответствующий географический плюс земли, а высота этой точки над горизонтом соответствует географической широте наблюдателя.
Ближайшей к Северному полюсу мира видимой звездой является Альфа Малой Медведицы, она же Полярная звезда. Ближайшей к Южному полюсу мира видимой звездой является куда менее яркая Сигма Октанта.
Точнее, вращаются, конечно, не звёзды: это Земля вращается вокруг своей оси относительно неподвижных звёзд, из-за чего создаётся иллюзия их движения по концентрическим окружностям. Их центры называют полюсами мира - соответственно, Южным и Северным.
Направление на полюс мира совпадает с направлением на соответствующий географический плюс земли, а высота этой точки над горизонтом соответствует географической широте наблюдателя.
Ближайшей к Северному полюсу мира видимой звездой является Альфа Малой Медведицы, она же Полярная звезда. Ближайшей к Южному полюсу мира видимой звездой является куда менее яркая Сигма Октанта.
🔥1
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
Эта гифка отлично показывает, почему вблизи полюсов случаются полярные дни и полярные ночи - периоды времени, в которые солнце никогда не заходит за горизонт или, наоборот, никогда из-за него не выходит.
Из-за того, что ось вращения Земли имеет наклонена к плоскости орбиты её вращения вокруг Солнца на 23,5 градуса, могут возникать ситуации, когда Солнце всегда остаётся видимым (или невидимым) вне зависимости от вращения Земли. На картинке показана ситуация, когда на Южном полюсе полярный день, а на Северном - полярная ночь.
Родственное явление - всем известные белые ночи, когда Солнце заходит за горизонт, но не опускается за него ниже чем на 6 градусов. И хотя напрямую Солнце не видно, из-за рассеяния его света в атмосфере, часть его всё-таки доходит до наблюдателя - наблюдаются эдакие вечные сумерки.
Из-за того, что ось вращения Земли имеет наклонена к плоскости орбиты её вращения вокруг Солнца на 23,5 градуса, могут возникать ситуации, когда Солнце всегда остаётся видимым (или невидимым) вне зависимости от вращения Земли. На картинке показана ситуация, когда на Южном полюсе полярный день, а на Северном - полярная ночь.
Родственное явление - всем известные белые ночи, когда Солнце заходит за горизонт, но не опускается за него ниже чем на 6 градусов. И хотя напрямую Солнце не видно, из-за рассеяния его света в атмосфере, часть его всё-таки доходит до наблюдателя - наблюдаются эдакие вечные сумерки.
Эффект Вигнера, или как его ещё называют, дефект или болезнь Вигнера – неприятная особенность поведения ряда кристаллических материалов в мощных нейтронных полях.
Пролетая сквозь материал, нейтроны сталкиваются с составляющими его атомами и молекулами, «выбивая» их из постоянных мест расположения в кристаллической решётке.
При этом один нейтрон может выбить десятки, а то и сотни атомов из своих положений. Выбитые атомы начинают носиться по решётке, соударяясь друг с другом и находящимися на своих местах атомы. Большинство из них в результате занимают места в кристаллической решётке, например, освобождённые другими выбитыми атомами. Но с некоторой вероятностью тот или иной атом может оказаться в ситуации, когда свободных мест в узлах решётки рядом с ним не будет. И он застрянет в промежуточном положении, став т.н. межузельным атомом.
Чем дольше образец вещества находится в нейтронном потоке, тем больше межузельных атомов там возникает.
В скобках отметим: следует понимать, что каждому межузельному атому, вообще говоря, соответствует «дырка» в атомной решётке где-то в другом месте образца, но добраться до неё межузельный атом не может, так как она далеко. В скобках отметим, что минимальное расстояние, которое атом может «перепрыгнуть», чтобы занять вакантное место в решётке, зависит от температуры материала. А ещё это вероятностный процесс: то есть, атом не «застревает» в промежуточном положении навечно, и через какое-то время он всё-таки займёт место в решётке.
На то, чтобы выбить атом из его положения в решётке, тратится энергия (кинетическая энергия нейтрона, который в результате замедляется). И просто по закону сохранения энергии понятно, что межузельный атом будет обладать большей энергией, чем расположенные в узлах решётки. И если в результате тех или иных процессов межузельный атом найдёт вакантное место в одном из узлов и займёт его, он высвободит опредлённое количество энергии – вообще говоря, в виде тепла.
Представим себе кристаллическое вещество, достаточно долго находящееся в нейтронном потоке и накопившее значительное количество межузельных атомов. Представим себе теперь, что один из этих атомов случайным образом (вероятностный процесс!) занимает вакантное место в решётке. Выделившаяся энергия увеличивает температуру образца, что повышает вероятность «прыжка» на свободную позицию других межузельных атомов. Каждый такой прыжок, снова-таки, приводит к повышению температуры и росту вероятности «приземления» в узел решётки других атомов. Возникает своеобразная цепная реакция, приводящая к быстрому выделению тепла, при большом количестве межузельных атомов достаточно значительная. Причём происходит она с точки зрения внешнего наблюдателя без всяких видимых причин: просто кусок вещества внезапно и быстро сильно увеличивает свою температуру. Вот этот-то температурный скачок и называют эффектом Вигнера.
Учёт эффекта Вигнера важен при проектировании конструкций, элементы которых будут размещаться в мощных нейтронных потоках, как, например, в ядерных и термоядерных реакторах. Ведь нам же не нужно, чтобы температура какой-то части нашего реактора внезапно подскочила на сотню-другую градусов, причём совершенно без нашего участия и контроля, не так ли?
В современных реакторах эта проблема не наблюдается: из рабочие температуры достаточно высоки, и почти все выбитые нейтроны могут найти себе местечко в кристаллической решётке. Но вот при более низких температурах (для графита, активно используемого в реакторах, эта температура составляет менее 250 градусов Цельсия) болезнь Вигнера может существенно подпортить «здоровье» реактора – и его операторов.
Для того, чтобы держать под контролем эффект Вигнера, низкотемпературные реакторы время от времени подвергают процедуре прокаливания: контактирующие с плотным потоком высокоэнергетических нейтронов из активной зоны нагревают до температур выше критической, чтобы контролируемо высвободить накопившуюся из-за эффекта Вигнера энергию.
На фото - графитовая оболочка экспериментального реактора в Оак Ридж, США, 1963 год.
Пролетая сквозь материал, нейтроны сталкиваются с составляющими его атомами и молекулами, «выбивая» их из постоянных мест расположения в кристаллической решётке.
При этом один нейтрон может выбить десятки, а то и сотни атомов из своих положений. Выбитые атомы начинают носиться по решётке, соударяясь друг с другом и находящимися на своих местах атомы. Большинство из них в результате занимают места в кристаллической решётке, например, освобождённые другими выбитыми атомами. Но с некоторой вероятностью тот или иной атом может оказаться в ситуации, когда свободных мест в узлах решётки рядом с ним не будет. И он застрянет в промежуточном положении, став т.н. межузельным атомом.
Чем дольше образец вещества находится в нейтронном потоке, тем больше межузельных атомов там возникает.
В скобках отметим: следует понимать, что каждому межузельному атому, вообще говоря, соответствует «дырка» в атомной решётке где-то в другом месте образца, но добраться до неё межузельный атом не может, так как она далеко. В скобках отметим, что минимальное расстояние, которое атом может «перепрыгнуть», чтобы занять вакантное место в решётке, зависит от температуры материала. А ещё это вероятностный процесс: то есть, атом не «застревает» в промежуточном положении навечно, и через какое-то время он всё-таки займёт место в решётке.
На то, чтобы выбить атом из его положения в решётке, тратится энергия (кинетическая энергия нейтрона, который в результате замедляется). И просто по закону сохранения энергии понятно, что межузельный атом будет обладать большей энергией, чем расположенные в узлах решётки. И если в результате тех или иных процессов межузельный атом найдёт вакантное место в одном из узлов и займёт его, он высвободит опредлённое количество энергии – вообще говоря, в виде тепла.
Представим себе кристаллическое вещество, достаточно долго находящееся в нейтронном потоке и накопившее значительное количество межузельных атомов. Представим себе теперь, что один из этих атомов случайным образом (вероятностный процесс!) занимает вакантное место в решётке. Выделившаяся энергия увеличивает температуру образца, что повышает вероятность «прыжка» на свободную позицию других межузельных атомов. Каждый такой прыжок, снова-таки, приводит к повышению температуры и росту вероятности «приземления» в узел решётки других атомов. Возникает своеобразная цепная реакция, приводящая к быстрому выделению тепла, при большом количестве межузельных атомов достаточно значительная. Причём происходит она с точки зрения внешнего наблюдателя без всяких видимых причин: просто кусок вещества внезапно и быстро сильно увеличивает свою температуру. Вот этот-то температурный скачок и называют эффектом Вигнера.
Учёт эффекта Вигнера важен при проектировании конструкций, элементы которых будут размещаться в мощных нейтронных потоках, как, например, в ядерных и термоядерных реакторах. Ведь нам же не нужно, чтобы температура какой-то части нашего реактора внезапно подскочила на сотню-другую градусов, причём совершенно без нашего участия и контроля, не так ли?
В современных реакторах эта проблема не наблюдается: из рабочие температуры достаточно высоки, и почти все выбитые нейтроны могут найти себе местечко в кристаллической решётке. Но вот при более низких температурах (для графита, активно используемого в реакторах, эта температура составляет менее 250 градусов Цельсия) болезнь Вигнера может существенно подпортить «здоровье» реактора – и его операторов.
Для того, чтобы держать под контролем эффект Вигнера, низкотемпературные реакторы время от времени подвергают процедуре прокаливания: контактирующие с плотным потоком высокоэнергетических нейтронов из активной зоны нагревают до температур выше критической, чтобы контролируемо высвободить накопившуюся из-за эффекта Вигнера энергию.
На фото - графитовая оболочка экспериментального реактора в Оак Ридж, США, 1963 год.
Банановый эквивалент - полушуточная "единица измерения" активности радиоактивного источника, равная примерно 32 беккерелям (32 радиоактивных распада в секунду).
Природная радиоактивность бананов объясняется тем, что они богаты калием. А природный калий содержит около 0,012 % радиоактивного изотопа калий-40.
Все продукты с высоким содержанием калия обладают повышенной радиоактивностью: курага, чернослив и изюм, многие виды орехов, фасоль, шпинат и т.п. Среди рекордсменов по радиоактивности - т.н. бразильский орех (до 450 беккерелей на килограмм и выше).
Однако не стоит отказываться от этих продуктов, чтобы не "травить себя радиацией": по сути накопления радиоактивных веществ в организме из-за их употребления не происходит, ведь также, как радиоактивные изотопы поступают в организм, так же они выводятся из него естественным путём.
Само понятие считается изобретением американских учёных, которым надо было успокоить общественность после утечки радиации на АЭС Тримал-Айленд. Тогда в молоке местных коров обнаруживали до 5 беккерелей на литр активности, обусловленной заражением радиоактивным йодом-131. Безвредность такого заражения иллюстрировали с помощью бананового эквивалента: мол, стакан такого молока с точки зрения радиации куда безопаснее обычного банана.
Однако этот метод сравнения не вполне корректен. Во-первых, радиоактивность бывает разная, о чём подробнее мы говорили тут. Во-вторых, различные радиоактивные изотопы по-разному ведут себя в организме: к примеру, тот же калий распределяется по организму достаточно равномерно, тогда как тот же радиоактивный йод скапливается в щитовидной железе, активно облучая её. А радиоактивный кальций и химически похожий на него стронций склонны оседать в костях, облучая организм долгие годы.
Природная радиоактивность бананов объясняется тем, что они богаты калием. А природный калий содержит около 0,012 % радиоактивного изотопа калий-40.
Все продукты с высоким содержанием калия обладают повышенной радиоактивностью: курага, чернослив и изюм, многие виды орехов, фасоль, шпинат и т.п. Среди рекордсменов по радиоактивности - т.н. бразильский орех (до 450 беккерелей на килограмм и выше).
Однако не стоит отказываться от этих продуктов, чтобы не "травить себя радиацией": по сути накопления радиоактивных веществ в организме из-за их употребления не происходит, ведь также, как радиоактивные изотопы поступают в организм, так же они выводятся из него естественным путём.
Само понятие считается изобретением американских учёных, которым надо было успокоить общественность после утечки радиации на АЭС Тримал-Айленд. Тогда в молоке местных коров обнаруживали до 5 беккерелей на литр активности, обусловленной заражением радиоактивным йодом-131. Безвредность такого заражения иллюстрировали с помощью бананового эквивалента: мол, стакан такого молока с точки зрения радиации куда безопаснее обычного банана.
Однако этот метод сравнения не вполне корректен. Во-первых, радиоактивность бывает разная, о чём подробнее мы говорили тут. Во-вторых, различные радиоактивные изотопы по-разному ведут себя в организме: к примеру, тот же калий распределяется по организму достаточно равномерно, тогда как тот же радиоактивный йод скапливается в щитовидной железе, активно облучая её. А радиоактивный кальций и химически похожий на него стронций склонны оседать в костях, облучая организм долгие годы.
🍌1