Текст книги "Юный техник, 2006 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Когда взорвется Н ₂О?

При какой температуре кипит вода? При ста градусах Цельсия?

Если дистиллированную воду налить в очень чистую пробирку и медленно подогреть, то она будет оставаться спокойной вплоть до 140 °C, а потом… нет, не закипит, а буквально взорвется. Но давайте обо всем по порядку.

Итак, почему вдруг вода не закипела при 100 °C? Вообще-то на температуру кипения влияет давление. Например, при давлении 0,11 ат вода может кипеть при обычной комнатной температуре, а при давлении 100 ат температура кипения поднимется до 350 °C. Но в нашем примере давление обычное, атмосферное.

Если точнее, пример этот не наш. Такой эксперимент поставил в свое время известный немецкий физик Вихард Поль. В его описании он особо подчеркивал, что пробирка должна быть промыта хромпиком (смесью хромовой и серной кислоты). В «грязной», то есть промытой обычным способом, пробирке никакого эффекта кипения не получается.

Быть может, все дело в каких-то химических примесях, которые мы удалили со стенок пробирки при помощи хромпика? Отнюдь нет. Промойте хромпиком осколки стекла или фарфора, а потом бросьте в химически чистую пробирку. Жидкость закипит при 100 °C.

Дело в том, что кипение начинается не во всей жидкости сразу, а в так называемых центрах парообразования, в роли которых выступают пылинки и известковые кристаллики на стенках пробирки, даже если она чисто вымыта обычным способом. В химически чистой пробирке также образуются ядра парообразования, их роль выполняют микроскопические бугорки на поверхности чистого стекла. Но они гладкие, и для разрыва связей между молекулами воды – именно потому вода начинает кипеть – их нужно предварительно раскачать при помощи нагрева.

Кипение начинается на стенках, а затем лавинообразно распространяется на всю массу воды. Только из-за более высокой первоначальной температуры происходит оно взрывоподобно.

Опыт В.Поля видоизменил американский физик Дэвидсон. Он придумал сосуд с… жидкими стенками. Не думайте, что это продукт сверхвысоких технологий. Ничего, кроме остроумия, здесь не понадобилось. Повторить опыт сможете и вы.

Дэвидсон попросту налил в пробирку чистое оливковое масло и ввел в нее при помощи пипетки капельку воды. Диаметр капельки был очень мал, около 1 мм. Казалось бы, вода плотнее масла и капля должна опуститься на дно сосуда. Так оно и происходит. Только капли такого размера опускаются очень медленно, и этого времени хватает на то, чтобы успеть поставить эксперимент. А заключался он в том, что масло подогревали до тех пор, пока капля не закипала. Происходило это при 250 °C! Разумеется, процесс шел взрывоподобно.

Что здесь выполняло роль ядер парообразования, так пока и неизвестно. Сам Дэвидсон полагал, что причина заключена в хаосе теплового движения. Обычно он для нас усредняется, поскольку мы живем в макромире. Например, теоретически можно задохнуться из-за того, что в результате теплового движения весь воздух в комнате соберется в одном углу. Но риск невелик, такое, согласно подсчетам, может случиться лишь раз в 10 ⁷⁰лет… В малых объемах жидкости или газа хаос теплового движения проявляет себя иначе. Так, например, в объеме воздуха равном 1 мм ³давление меняется на 10 % каждый час.

В крохотной капельке воды для образования разрыва, приводящего к возникновению ядра парообразования, достаточно лишь ничтожного повышения давления. Оно-то и наступает при достаточном повышении температуры. (Нечто подобное мы наблюдаем в масле, налитом на мокрую сковородку.)

Опыт можно поставить в демонстрационном варианте с проекцией на экран при помощи школьного универсального проектора и жаростойкой металлостеклянной коробки, применяемой в опыте для демонстрации критической точки.

Стекла из нее удалите, а на дно поставьте небольшую жестяную коробочку. В нее на проволочных распорках поставьте пробирку с маслом. Оно должно быть чистым и прозрачным. Коробку установите затем на проекционный столик, допускающий нагревание при помощи обычной школьной газовой горелки. После этого включите лампу проектора, и вы увидите четкое изображение пробирки на экране.

Далее начинается самое сложное. Нужно при помощи самой тонкой иглы ввести шприцем в масло, налитое в пробирку, крохотную каплю воды. (Работа упрощается, если кончик иглы слегка расплющить.) После этого можно зажигать горелку.

Вначале вогнутая поверхность масла в пробирке разгладится – уменьшится его сила поверхностного натяжения и вязкость. Капля придет в движение и поплывет в сторону и вниз. (Обратите внимание, изображение на экране перевернуто.) Вскоре наступит момент, когда капля вскипит и взорвется. Температуру взрыва можно замерить при помощи термопары, обычно прилагаемой к цифровому авометру.

Опыты по определению максимальной температуры вскипания высокочистой воды имеют чисто научное значение для выяснения природы этой замечательной жидкости. У В.Поля температура кипения была 140 °C, у Дэвидсона – 250 °C. Кто больше?

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Очарование винилового звука

Двадцать лет назад на смену виниловым дискам пришел диск лазерный с цифровой записью. Компактный, легкий и очень емкий, он, казалось, вытеснит виниловый диск навсегда.

Однако сегодня все обстоит совсем не так. Например, в США продажа виниловых дисков превышает объем продаж CD-дисков и продолжает расти.

В чем же дело? А все просто и непонятно. Простота в том, что звучание винилового диска на слух кажется более звонким, теплым, естественным. И кажется так не какому-то одному тонкому ценителю, а миллионам. Непонятно же потому, что электроакустическая наука не в силах объяснить это явление. Поддающиеся измерению с помощью приборов параметры звукового сигнала, полоса частот, коэффициенты искажений у дисков LD и CD практически одинаковы.

Разница в том, что в звучании виниловых дисков есть нечто трогающее душу, хотя душа понятие не научное.

Впрочем, пора перейти к делу. Во многих семьях сохранились виниловые и даже еще более ранние – шеллачные – грампластинки. Состояние их, как правило, плачевное – зацарапаны, сильно шумят. Но имеющиеся на них записи по содержанию своему могут оказаться бесценны. Неспроста ведь старые пластинки продают на специальных аукционах. Что же касается шума и треска, то сегодня в этом беды особой нет. При помощи компьютера их можно значительно ослабить и даже полностью устранить.

Сегодня за рубежом выпускаются высококачественные проигрыватели виниловых дисков, но стоят они очень, очень дорого. К счастью, даже из разрозненных узлов и деталей прежних радиол, электрофонов можно собрать вполне приличный проигрыватель. Ну а электронную начинку мы используем современную, обратив внимание на рисунок 1, где изображена принципиальная электросхема стереоусилителя малой мощности, работающего на головные телефоны. При этом качество звука будет несравненно выше, чем во времена ваших дедов.

Рис. 1

Стереоусилитель собирается на основе отечественной микросхемы КФ174УН17 или ее зарубежного аналога типа ТДА-7688. Мощность усилителя порядка 10 мВт на нагрузке с сопротивлением 20…40 Ом. Для его питания достаточно напряжения 3 В, при этом собственное потребление микросхемы не превышает 5 мА. «Плечи» усилителя DA1 и DA2 построены по одинаковым схемам; они имеют общее питание, но раздельные входы и выходы на телефоны BF1 и BF2.

Регулирование громкости ведется сдвоенным переменным резистором R1, R2. Входные цепи защищены экранирующей оплеткой от внешних электромагнитных наводок; эти оплетки должны быть соединены с проводом «массы» усилителя. Если ваш звукосниматель окажется монофоническим, сигнал с него подайте параллельно на оба входа усилителя.

Для сборки усилителя подойдут постоянные резисторы типа МЛТ-0,25 и любые оксидные конденсаторы (например, К50-6) с рабочим напряжением 6,3…16 В; в качестве регулятора громкости подойдет любой сдвоенный резистор с близкими к указанным на схеме номиналами.

На рисунке 2 приведено расположение выводов используемой микросхемы.

Усилитель монтируйте на односторонне фольгированном текстолите толщиной около 1 мм. Пружинная амортизация панели проигрывателя не требуется, поскольку в нашей конструкции отсутствует мощный источник вибраций – динамическая головка.

P.S.В некоторых записях вам будет мешать шум. В одном из ближайших номеров мы опубликуем схему приставки, которая сможет его заметно ослабить.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

В прессе сообщали, что энтузиасты всего мира собирались в августе 2006 года сдвинуть нашу планету с орбиты, подпрыгнув в строго назначенное время. Состоялся ли этот эксперимент?

Андрей Звягинцев,

г. Тула

Как известно, большинство людей попросту забыло о назначенной дате, и эксперимент был сорван. Единственным своеобразным следом этой акции стала легкая паника в Калининграде. Дело в том, что ведущий одной из местных радиостанций позволил себе пошутить в эфире: вот, дескать, люди подпрыгнут – и случится землетрясение, подобное тому, что было отмечено в области два года назад.

Многие не поняли юмора, и пришлось передавать в эфир специальное сообщение МЧС, чтобы их успокоить. В самом деле никакого землетрясения и вообще сотрясения планеты в назначенный срок так и не случилось.

Я слышал, что есть специалисты, которые могут определить характер человека по его походке. Что вы знаете об этом?

Олег Каратаев,

г. Ковров

О характере человека по тому, как он двигается, можно судить разве что в самых общих чертах. Люди нервные, импульсивные, как правило, ходят довольно быстро. У человека же спокойного движения сравнительно медленные, плавные; ходит он не торопясь.

Более подробные, правда, довольно специфические сведения о том или ином человеке может дать бывший врач-тренер сборной СССР по легкой атлетике В.Нечаев. По его мнению, люди с высоким сводом стопы обладают «жесткой» походкой; стук их каблуков по коридору можно услышать издалека. Они более перспективны как спринтеры, то есть бегуны на короткие дистанции. А вот люди с уплощенной стопой, шаркающей походкой никогда не смогут бегать быстро. Их удел в лучшем случае – длинные, стайерские дистанции.

Правда, указывает врач, ему не раз доводилось наблюдать, как длительные и интенсивные занятия тем или иным видом спорта меняли и свод стопы, и походку человека. Так, например, для велосипедистов, пловцов, теннисистов характерна стопа с пониженным сводом. А вот у гимнастов, как правило, формируется стопа с высоким сводом.

Время от времени объявляют, что вскоре будет запущен первый промышленный термоядерный реактор. А потом – тишина. Когда же все-таки можно ожидать пуска первой термоядерной электростанции?

Олег Шапошников,

г. Калуга

Большие надежды исследователи возлагают на строительство Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР), который должен вступить в строй в начале следующего десятилетия. Однако не исключено, что международное сообщество опередят китайцы, которые намерены приступить к строительству собственного экспериментального термоядерного реактора уже в ближайшие месяцы.

Китайские ученые надеются, что новый ТОКАМАК («тороидальная камера с магнитной катушкой») – устройство, позволяющее удерживать высокотемпературную плазму в пределах магнитных полей, – поможет им осуществить прорыв на этом направлении уже в июле – августе 2006 года.

Проект EAST («экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий ТОКАМАК») будет осуществляться силами Института физики плазмы при Академии наук КНР, который базируется в восточной провинции Аньхой. Ориентировочная стоимость строительства около 300 млн. юаней (37 млн. долларов). Это, по оценкам китайских экспертов, в 15–20 раз меньше затрат на другие аналогичные проекты.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Механические куклы-автоматы известны очень давно. Хроники сообщают, что в 1220 году немецкий философ Альберт Великий создал механическую женщину, которая могла ходить и «разумно» отвечать на вопросы. Его ученик, богослов Фома Аквинский, решив, что без дьявола здесь не обошлось, ее уничтожил. Секрет первого робота оказался утерян.

С тех пор было много попыток сделать механическое подобие человека, пригодное для практических целей. В 1930 году в Германии был построен рекламный робот, который мог двигать руками, глазами и даже ушами. А чуть позднее в США прославился механический лектор. Он расстегивал рубашку и, показав прозрачную грудную клетку, объяснял работу заключенных в ней органов. Это был первый робот, ставший причиной смерти своего создателя. Конструктор попытался на ходу улучшить винтовое соединение, но тяжелая металлическая рука опустилась на его голову…

В начале 1960-х годов в США для войны в джунглях Вьетнама создали шестиметрового робота-великана. Внутри его на специальной подвеске располагался человек-оператор, руки и ноги которого были оплетены датчиками перемещения. Предполагалось, что через их посредство конечности робота будут копировать движение конечностей человека и он будет уверенно ходить и действовать. В общем-то, эти надежды оправдались, но оператор в неестественной позе уставал столь сильно, что о практическом применении великана не могло быть и речи.

В наше время мозг человека удалось заменить компьютером, и появились первые человекоподобные солдаты-роботы и даже роботы-насекомые. Полагают, что отныне способность их производить будет определять боевую мощь государства.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Отчего на любой планете, будь то Юпитер или Земля, дуют ветры? Связана пи скорость ветра со скоростью вращения планеты?

2. От него больше зависит температура в фокусе линзы – от ее диаметра или от выпуклости?

3. Почему капля воды прыгает на раскаленной сковородке?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 7 – 2006 г.

1. Мелкое существо легче перенесет жару, так как у маленького животного меньше площадь поверхности тела, и для его охлаждения нужно меньше энергии.

2. На дороге, как ни парадоксально, устойчивее трехколесный транспорт, так как ныне на таких экипажах ставят усовершенствованную подвеску, улучшающую устойчивость.

3. Аэростат будет обладать большей подъемной силой в холодной Карелии, поскольку здесь значительнее разница между температурой окружающего воздуха и нагретого газа внутри оболочки.

* * *

Поздравляем с победой Запариванного Павлаиз г. Пятигорска! Правильно ответив на вопросы, он получает приз – микродрель.

* * *

 _{А почему?Кто на Новый год наряжает вместо елки… траву? Отчего глаза кошек светятся в темноте? Как наука относится к многочисленным рассказам о призраках, будто бы обитающих в старинных замках и дворцах? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть в знаменитый амстердамский Рийкмузей, где можно увидеть картины великого Рембрандта и многих других голландских художников.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВША– Дальний бомбардировщик Ил-4 – один из самых известных самолетов Второй мировой войны. Он участвовал во всех важнейших операциях на советско-германском фронте. Предлагаем вам пополнить ваш «Музей на столе» бумажной моделью легендарного Ил-4.}

_{– Юные умельцы смогут собрать интересный спортивный снаряд для зимних развлечений – санки с плавающим центром тяжести.}

_{– Как всегда, «Левша» предложит вам забавные головоломки, новые разработки по радиоэлектронике и, конечно же, полезные советы.}

* * *