Смешивание жидкостей разной плотности
Как электрический ток заставляет гудеть провода?
Провода от электрического тока могут гудеть, а могут трещать. Остановимся на гудении.
Характерное электрическое гудение можно вспомнить из опытов с высоковольтным генератором Ван дер Графа. Вероятно, не все видели такую штуку в школе на физике. Её работа сопровождается регулярным гулом. Посмотрите в этом ролике, как оно работает. Звук похож на мечи джедаев в звёздных войнах.
Для того, чтобы это услышать характерный звук, не обязательно идти под высоковольтную линию. Иногда достаточно просто включить электрический нагреватель в розетку и прислушаться.
Далеко не все электрические нагреватели будут именно что гудеть, но некоторые этак точно начинают издавать этот странный звук. Собственно, на процесс напрямую влияет конструкция нагревательного элемента, но об этом чуть позже.
Кстати говоря, подобный эффект легко даже почувствовать пальцами, если потереть рукой раму велосипеда под высоковольтной линией электрических передач. Пальцы по раме будут не скользить, а как будто вязнуть и гудеть. При бОльшей интенсивности воздействия тока, появился бы и слышимый характерный звук.
В чём физика процесса?
Для начала стоит вспомнить, что у нас всегда сопровождает движущиеся заряды? Правильно, если в проводе есть электрический ток, то вокруг провода обязательно появляется и магнитное поле. Характеристики этого поля могут быть самыми разными и зависят от параметров электрического тока, породившего это поле. Помните', например, про электромагнитную индукцию?
Когда провода начинают гудеть, мы имеем дело сразу с несколькими физическими процессами. Один из них механический, а другой сугубо "магнитный".
Непосредственное механическое взаимодействие проводников
Под механическим процессом мы понимаем возникновение звука из-за поведения проводника похожего на поведение струны гитары.
Представьте, что провод, который соединяет две мачты и натянут, как минимум, под действием собственного веса, работает как большая струна. В этом случае, он может испускать механические волны, или, правильнее сказать, колебаться сам. Такие колебания будут причиной появления и звуковых волн, которые являются ответом упругой окружающей среды на появление колебания от провода.
Остается найти резонаторы, чтобы этот звук стал более слышим для нас с вами. Таким резонатором могут стать опоры или столбы, шкафы, корпуса прибора и прочие окружающий предметы.
Вот только откуда берется именно гудение. Тут всё также. Было бы здорово, если бы вы представляли себе поведение электрической гитары. Достаточно дотронуться до струны и поводить по ней пальцами и появится звук, очень похожий на гудение.
С учетом того, что проводник сам постоянно взаимодействует механически с разными предметами, вполне может наблюдаться аналогичный эффект. Кроме того, это мы ещё не учитываем, что ток у нас переменный. Это значит, что в какой-то момент "электричества" в проводе нет, а в какой-то момент ещё и меняется его направление.
Магнитное поле тоже на это реагирует и смена "конфигураций" порождает звук. Стоит тут отметить, что если бы характеристики электрического тока были другие, то и гул был бы на другой частоте. А тут мы обычно получаем гул на 50 Гц, что соответствует параметрам сети.
Магнитное взаимодействие проводников
Теперь пару слов про магнитное взаимодействие. Оно возможно в том случае, если рядом есть два проводника с током. Очень хорошо это заметно именно на электрических линиях. Если характеристики магнитного поля в проводниках окажутся разными, то магнитные поля могут взаимодействовать друг с другом порождать колебания окружающей среды.
Когда магнитные поля отталкиваются, они сами гудят, раскачивая частички воздуха вокруг себя и ещё и создают механическое воздействие на провода, которые являются, как мы ранее выяснили, средой для появления механической волны или струной на гитаре.
Как гудит нагреватель?
Зная это мы можем вернуться к нашему электрическому нагревателю и поймем, откуда там появляется гудение. Гудящий нагреватель состоит из специального СТИЧ-элемента.
Это проводник, по которому проходит переменный электрический ток, а сам он нагревается, что следует из закона Джоуля-Ленца. Очень подробно я разбирал закон тут.
Обратите внимание на специфическое расположение иголочек этого проводника. Каждая из них может быть как струной сама, так ещё и прекрасно будет взаимодействовать с окружающими объектами. Все они смогут играть и гудеть как механически, так и электрически.
Магнитные поля в этих иголочках обязательно будут иметь разные характеристики и вероятно будут отталкиваться друг от друга. Да и сами поля будут взаимодействовать друг с другом с характерным электрическим гулом. Помимо этого есть ещё металлический корпус, который является неплохим, направленным в потолок, резонатором, да ещё и взаимодействует с полем.
Достаточно представить досконально, как поля с разными характеристиками проходят через каждое звено такого нагревательного элемента и сразу станет понятно, как появляется типичный электрический гул с потрескиванием.
Алмазы не вечны (Diamonds are not forever)
Правда ли, что домашняя пыль на 70% состоит из человеческой кожи?
В подборках занимательных фактов можно обнаружить информацию, что домашняя пыль состоит в основном из человеческой кожи. Мы решили проверить, правдиво ли такое утверждение.
(Спойлер для ЛЛ: нет, ее содержание существенно меньше)
Наш организм постоянно обновляется. Каждую секунду в нём гибнет и появляется порядка 3,8 млн клеток, в день — около 330 млрд. У каждого типа клеток свой «срок» жизни. Так, клетки кишечника живут около 10,7 года, клетки эпителия — всего пять дней, а клетки сетчатки — всю человеческую жизнь.
Кожа, самый большой орган человека, состоит из эпидермиса (поверхностный слой) и дермы (внутренний слой). На полное обновление эпидермиса требуется от 40 до 56 дней. В час отмирает и отшелушивается в среднем 200 млн клеток кожи. Всего в сутки отмирает от 0,72 до 0,18 г кожи. Часть мёртвых клеток, как можно догадаться, задерживается на некоторое время одеждой, при этом другая часть попадает в окружающую среду, в том числе становясь пылью.
Помимо кожи, в состав домашней пыли входят микрочастицы краски, тканевых волокон, плесени, различных строительных материалов, пыльца растений, бактерии, вирусы, мёртвые клетки других организмов (домашних животных и насекомых), пепел, сажа, частицы почвы и разнообразные минералы. Все эти элементы в составе пыли обнаружили канадские учёные, собрав образцы в 1025 домах городских жителей страны.
Американские учёные установили, что примерно на 60% пыль состоит из частиц, принесённых извне помещения, то есть с улицы, а 40% составляющих пыли производятся внутри дома. Это уже меньше заявленных 70%, а ведь человеческая кожа — не единственный «внутренний» источник пыли.
Учёные из Технологического университета Эйндховена в Нидерландах подсчитали, что больше всего клеток кожи находится в той пыли, которая скапливается в матрасах (внезапно). В зависимости от типа наполнителя, в пыли из матраца может содержаться до 53% отмерших клеток эпидермиса. Также высок процент содержания мёртвых клеток в пыли из кресел и диванов. При этом около половины частиц пыли размером менее 100 микрометров — мёртвая кожа, а вот среди частиц от 100 до 300 микрометров кожа составляет уже всего 20%.
Исследователи некоммерческого проекта CABA, продвигающего технологии интеллектуального строительства, проанализировали 5197 образцов пыли, собранных в 48 штатах США в период с 2007 по 2017 год. Клетки кожи человека составляли в изученных образцах лишь небольшую долю (отмечена светло-голубым на диаграмме).
В целом вывести универсальное значение, сколько процентов пыли составляет человеческая кожа, почти невозможно. Наличие ковровых покрытий увеличивает общее количество пыли, содержащееся в доме. Домашние животные также вносят значительный вклад в образование пыли. Количество пыли будет изменяться также в зависимости от климатической зоны, времени года, погоды за окном и того, как часто проживающие выходят на улицу и возвращаются обратно в помещение.
Таким образом, популярные цифры в 70%, 80% и 90% сильно завышены. Матрасы и спальные места содержат больше всего клеток кожи в составе пыли, однако и в них содержание отмершего эпидермиса доходит только до 53%, в остальных же местах дома кожи в составе пыли значительно меньше.
Наш вердикт: неправда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Научный метод познания – научный журналист Сергей Белков | Научпоп
Что такое научный метод познания? Как правильно получить научные данные? Как должны проводиться научные исследования и эксперименты? Как некоторые исследователи фальсифицируют результаты, чтобы попасть в журнал Nature? Верна ли базовая модель мира? Как положительные результаты искажают восприятие науки? Рассказывает Сергей Белков, химик, флейворист, научный журналист, член Британского сообщества флейвористов.
Говорил ли Кеннеди, что советское образование — лучшее в мире?
Многие противники ЕГЭ и других нововведений XXI века часто цитируют Джона Кеннеди, который якобы признал первенство СССР в сфере образования. Мы проверили, действительно ли бывший президент США такое говорил.
(Спойлер для ЛЛ: буквально эту фразу он не говорил, но неоднократно лестно отзывался о советском образовании. Даже с пруфами. Даже слегка огребал за это)
При поиске ключевых слов фразы в Рунете поисковая система выдаёт множество вариаций фразы. Большинство авторов не указывают первоисточник, но некоторые всё-таки описывают обстоятельства, при которых Джон Кеннеди якобы сказал подобную фразу. Одно из самых ранних упоминаний о том, что Кеннеди якобы признал первенство советского образования, нам удалось найти в материале на ресурсе «Цензор.нет», опубликованном в 2008 году. Согласно изложенной там версии, Кеннеди якобы признал победу советского образования в 1961 году, после успешного полёта в космос Юрия Гагарина. Хотя смысл приведённого высказывания похож, дословная цитата всё же отличается от рассматриваемой нами фразы.
Источник: LiveJournal, пользователь evg_berg
В публикации 2012 года на портале «Возрождение. Золотой век» тоже утверждается, что фразу о советском образовании Кеннеди произнёс в 1961 году, хоть и несколько другую:
А в 2013 году лауреат Нобелевской премии по физике академик Жорес Алфёров утверждал, что Кеннеди произнёс слова о «космической гонке, выигранной за школьной партой» ещё в 1957 году — после запуска первого искусственного спутника. При этом Алфёров упомянул, что это сказали одновременно Эйзенхауэр (34-й президент США) и Кеннеди:
Самое раннее упоминание полной версии цитаты нам удалось найти в лекции российского историка Вардана Багдасаряна за ноябрь 2016 года. После этого выступления Багдасярян стал часто упоминать это высказывание в своих публикациях. И именно в такой формулировке цитата наиболее часто встречается в интернете у различных авторов.
Президент Джон Кеннеди и астронавт Джон Гленн-младший заглядывают внутрь космической капсулы Friendship 7 на мысе Канаверал, 1962 год. Сейчас этот комплекс НАСА носит имя «Космический центр Кеннеди». Источник: Президентская библиотека и музей Джона Ф. Кеннеди
Разброс формулировок и обстоятельств, при которых Кеннеди якобы произнёс эту фразу, вызывает сомнения в её правдоподобности. В наиболее полной коллекции речей, публикаций и указов этого американского лидера, доступных на сайте Президентской библиотеки и музея Джона Ф. Кеннеди, дословную цитату нам найти не удалось. Тем не менее Кеннеди действительно не раз говорил о роли советского образования в успехах СССР в космической области. Например, в сентябре 1960 года тогда ещё сенатор Джон Кеннеди сказал:
**Кличка Чекерс — отсылка к знаменитой речи Ричарда Никсона 1952 года. Тогда Никсона обвинили в принятии незаконных пожертвований на свою избирательную кампанию. В оправдание Никсон выступил с телевизионным обращением к избирателям, сказав, что не использовал ни цента в личных целях, и единственным личным подарком был кокер-спаниель по кличке Чекерс, подаренный ему одним из избирателей: «Мои дети обожают эту собаку, и я хочу заявить прямо сейчас: независимо от того, кто и что будет говорить, мы оставим Чекерса себе». Так речь вошла в историю как «Речь о Чекерсе».
Аналог шара, доставленного на Луну космическим аппаратом «Луна-2» в 1959 году. Источник: Музей космонавтики
В октябре 1960 года соперник Кеннеди на президентских выборах Ричард Никсон раскритиковал его за подобную оценку:
Отвечая на критику Никсона, Кеннеди пояснил, почему, по его мнению, американское образование уступает советскому:
Сотрудник НАСА рассказывает президенту Джону Кеннеди о работе Центра управления «Меркурий» на мысе Канаверал, 1962 год. Источник: Президентская библиотека и музей Джона Ф. Кеннеди
В 1958 году Кеннеди, говоря о холодной войне, сказал, что «борьба, в которой мы сейчас участвуем, будет выиграна или проиграна в классах Америки». Дальше Кеннеди привёл примеры различий в советской и американской системах, подчеркнув сильные стороны советского образования:
В заключение Кеннеди подвёл неутешительный итог:
А в 1963 году в Специальном послании Конгрессу на тему образования он опять привёл примеры, где СССР опережал не только США, но и остальные страны мира, и в конце добавил:
Таким образом, Кеннеди действительно признавал, что успехам в науке и космической области СССР обязан именно образованию. Тем не менее точной фразы, которую наиболее часто используют многие пользователи Рунета, Кеннеди не говорил.
Наш вердикт: большей частью правда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Горение железной ваты делает ее тяжелее
Этот огонь кажется нереальным, но он настоящий (нитрометан)
Научный юмор
В научном мире есть свои шубейки, которые обывателям зачастую непонятны. Как минимум потому что для этого надо много знать по теме. Зачастую такие шутки основаны на простейших явлениях.
В этом видео мы на практике реализуем шутку про то, как с помощью электролиза проверить посолен ли суп.
Вроде бы "глупость", особенно для прожжённых "учёных", но весёлый способ узнать про электролиз обывателю.
Приятного аппетита и просмотра!
Урановые рудники
Дорогие друзья, в народе есть море "шуток" и мифов про урановые рудники, на которые отправляли всех "не угодных" и провинившихся. В этом видео мы посетим самые настоящие урановые рудники. А точнее самое старое действующее предприятие по добыче урана в мире.
Находится оно в Краснокаменске (рядом с Забайкальском).
Уникальные кадры с уникального предприятия.
На луне редчайший гелий-3, который обладает слишком интересными характеристиками
Существование гелия-3 было предсказано ещё в 1934 году австралийским учёным Марком Олифантом. Это один из двух стабильных изотопов гелия. Ядро гелия-3 состоит из двух протонов и одного нейтрона, в отличие от более тяжёлого стабильного изотопа — гелия-4, имеющего в составе два протона и два нейтрона (индексы изотопам дали как раз по количеству элементарных частиц). В 1939 году Луис Альварес и Роберт Корног смогли экспериментально подтвердить существование гелия-3. Однако это открытие не вызвало у учёных особого энтузиазма. Дело в том, что несмотря на все преимущества (о которых мы будем говорить ниже), на гелий-3 приходится 0,000137% гелия на Земле, а 99,99986% — на гелий-4, который не имеет полезных свойств первого. Всё изменилось с 1969 года, когда «Аполлон-11» доставил на Землю первые образцы лунного грунта. Оказалось, что лунный реголит относительно богат на гелий-3. Учёные взялись за детальное исследование возможностей данного изотопа гелия.
Что такое ядерный синтез
Для человечества в современном его виде добыча энергии является основополагающим фактором для комфортного существования. Из химических процессов наиболее эффективной в качестве получения энергии является реакция взаимодействия с кислородом — горение, которая сегодня служит основным источником энергии на электростанциях, транспорте и в быту. Ядерные реакции в этом смысле подобны химическим, только энергия связи протонов и нейтронов в ядре значительно больше, чем та, что связывает атомы в молекулы. Поэтому одна тонна ядерного топлива может легко заменить миллионы тонн нефти. Но для выделения из него энергии нужно приложить немало сил (нагреть его до сотен миллионов градусов, чтобы запустить термоядерную реакцию). В природе подобные процессы происходят в недрах звёзд.
Люди подобную реакцию могут повторить пока только в военных целях (водородная бомба). Чтобы удержать такую энергию в каком-нибудь месте и использовать в своих целях, нужны более сложные технологии. Одним из теоретических вариантов являются термоядерные реакторы (токамаки), в которых изначально планировалось синтезировать гелий из дейтерий-тритиевой смеси. Главный недостаток системы — высокая радиоактивность трития, период полураспада которого составляет всего 12,5 лет. В промышленном реакторе внутренние стенки камеры сгорания необходимо будет менять через каждые несколько лет из-за радиационного разрушения материала. Кроме того, выделяемую энергию уносят в основном нейтроны, не имеющие электрического заряда и плохо взаимодействующие с веществом, что усложняет её сбор. Одним из лучших альтернатив является замена трития на гелий-3. Реакции дейтерий-гелиевой смеси практически радиационно безопасны, так как в них используются только стабильные ядра, и не производят неудобные нейтроны.
Что такое гелий-3 и где его искать
Из химии мы знаем, что гелий — это инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха, являющийся вторым по распространенности во Вселенной элементом после водорода. Однако на Земле его содержание крайне мало. Более того, на нашей планете при распаде радиоактивных химических элементов вылетают альфа-частицы — ядра гелия-4. Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях. Данный газ очень лёгкий, поэтому, попадая в атмосферу Земли, он быстро улетучивается. Общее количество гелия-3 в атмосфере нашей планеты оценивается в 35 000 тонн. Однако в настоящее время изотоп не добывается из природных источников, а создаётся при распаде искусственно полученного трития, бомбардируя нейтронами литий-6 в ядерном реакторе. Таким способом можно получать до 18 килограмм гелия-3 в год, чего абсолютно недостаточно для каких-либо промышленных нужд.
В природе же он может накопиться либо на больших планетах (Уран или Нептун), способных его удерживать, либо на телах без атмосферы и магнитосферы. Так, Луна в течение миллиардов лет терпела плазменную бомбардировку солнечным ветром. В привезённых на Землю образцах лунного реголита содержание гелия-3 на тонну составило 0,01 грамма. Это означает, что на Луне должно быть от 500 тысяч до нескольких миллионов тонн данного изотопа. Учёные подсчитали, что 0,02 грамма гелия-3 в ходе реакции термоядерного синтеза выделяют энергии столько же, сколько образуется при сжигании барреля нефти (159 литров). При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива человечеству хватило бы на 5-10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива (газа, нефти, угля) на Земле.
Зачем вообще добывать гелий-3
Большая часть добытого людьми гелия используется в лабораториях для научных целей. Гелий-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Это счётчики для измерения нейтронного потока. К примеру, нейтронные мониторы используют для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма. Также гелий-3 используют для достижения сверхнизких температур. Ноль Кельвинов (-273,1 °C) — это минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. Откачкой паров гелия-4 под вакуумом можно получить температуры до 0,7 К. Если же откачивать пары гелия-3, то можно вплотную приблизиться к условной границе криогенных и сверхнизких температур (0,3 К). Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур (около 0,02 К).
Самым же полезным видом применения гелия-3 является термоядерное топливо. Однако именно этого человечество ещё пока делать и не может ввиду отсутствия гелия-3 в необходимых количествах, а также сырой технологии создания и эксплуатации токамаков. Но в теории гелий-3 является чуть ли не идеальным вариантом ядерного топлива. Дейтерий-гелиевые реакции не производят радиоактивные отходы (в том числе в случае аварий), обладают высокой энергоэффективностью, вместо малополезных нейтронов выделяют протоны, которые могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, а реакторы, по расчётам учёных, будут иметь меньшие эксплуатационные затраты.
В чём проблема добычи гелия-3
Как уже было сказано, на Земле природный гелий-3 добывать если и возможно, то абсолютно не эффективно, а искусственное производство покрывает только интересы учёных. На Луне же находятся огромные запасы данного природного топлива. По данным издания World Security Network, стоимость добычи 1 тонны гелия-3 на спутнике Земли может составлять около 3 миллиардов долларов (на 2014 год). Учитывая разницу в энергетической эффективности изотопа гелия и нефти и другие сложные расчёты, даже такая сумма является экономически выгодной. Однако есть нюанс. Для того, чтобы начать добычу чего бы то ни было на Луне, придётся для начала переселить туда несколько шахтерских городов, что, по сути, означает колонизацию спутника. Нужна ещё и соответствующая инфраструктура (людям придется жить в условиях вакуума самостоятельно и обеспечивать себя водой, воздухом, топливом, основными строительными материалами и так далее), создание которой обойдется гораздо дороже и займёт не меньше 20 лет. А этим никто не будет заниматься, пока до конца не ясна перспектива использования термоядерных реакторов, которые на данный момент работают исключительно в экспериментальном режиме, удерживая реакции в течение нескольких секунд, и ни о каком массовом получении энергии пока речь не идет.