Сегодня - 16.09.2019

«Из пламя и света»

06 февраля 2014
 
Опыты на уроках физики или химии — дело интересное, но привычное. Намного любопытнее увидеть своими глазами, как производятся манипуляции с веществом по-настоящему, для решения тех или иных научных задач. Сотрудники Института химической кинетики и горения им. В.В.Воеводского СО РАН в рамках Дней науки показали и рассказали школьникам, чем занимаются в ходе экспериментов ученые-«пироманы». 
 
Горючие металлы
 
В лаборатории горения конденсированных систем все уже готово для демонстрации, однако, сначала — немного теории. Кандидат физико-математических наук Олег Григорьевич Глотов рассказывает о твердых ракетных топливах: все они содержат металлы, использовать которые, по словам ученого, впервые предложил Юрий Кондратюк. «Дело в том, что они имеют высокую теплоту сгорания, а также приличную плотность: это очень важно, когда речь идет о том, чтобы в корпус поместить побольше массы», — говорит специалист. Самая распространенная добавка, использующаяся в качестве компонента ракетных топлив — алюминий. Однако при всех своих плюсах, таких, например, как высокая энергетичность, он имеет и ряд минусов: в частности, встает проблема агломерации. Суть ее, как объясняет Олег Глотов, заключается в следующем: в топливо закладывают частички металла размером в 1 микрон, но в процессе использования они сплавляются в крупные (вплоть до миллиметра) шарики, которые горят, конечно же, дольше, чем мелкие, что вызывает определенные трудности. Кроме того, иногда у ракет в пазухах, расположенных около сопла, может идти их накопление — а это уже пассивная масса. 
 
Олег Глотов начинает опыт
 
Алюминием в лаборатории занимались давно, а сравнительно небольшое время назад начали работать с титаном. Он тоже очень хорошо горит, но в дополнение ко всему образует свой оксид. Это соединение обладает фотокаталитическими свойствами: то есть, на его частицах можно абсорбировать какие-то вредные вещества, которые под действием ультрафиолета могут быть переработаны в воду, углекислый газ и что-либо еще. «С помощью диоксида титана можно дезактивировать любую органику, в том числе, вирусы и бактерии», — рассказывает Олег Глотов.  
 
Сама демонстрация горения вышеописанного элемента занимает несколько секунд: про этот процесс дольше рассказывать. 

Яркие "зерна" - это как раз фрагментирующий титан
Берется кварцевая трубочка, на один конец которой налеплена полоска безметалльного состава. В нем есть включения частиц титана. С другого края подносится огонь, и по образцу бежит волна горения. Она доходит до каждого вкрапления, которое, соответственно, тоже зажигается и вылетает из трубки, сначала падая спокойно, а потом — начиная фрагментировать (то есть, взрываться). Так в модельных условиях можно изучать, что происходит с этими частицами. 
 
Океанический бульон
 
Доктор химических наук Виктор Федорович Плюснин под гудение установки объясняет, чем занимается его коллектив. Он заведует лабораторией фотохимии: и именно за счет нее (фотохимии, не лаборатории, конечно), по словам ученого, мы все живем, ведь это явление заключается во взаимодействии света с молекулами материи. «Мы исследуем самые быстрые процессы. Чтобы этим заниматься, нужно иметь соответствующее оборудование: в частности, лазер, который выдает очень короткие импульсы длительностью примерно в 1 наносекунду. После того, как этот импульс попадает на образец, в последнем появляются возбужденные частицы, затем идут какие-то реакции — их-то мы и рассматриваем, для чего у нас есть зондирующий свет: он нацеливается на нужную точку, а затем попадает на специальный прибор, потом — на усилитель и компьютер. Когда сигнал будет обработан, можно увидеть изменения, случившиеся в результате взаимодействия импульса и образца», — объясняет ученый. С помощью этого подхода, в принципе, можно определить все протекающие процессы, начиная с продолжительности в несколько наносекунд. 
 
Сложная система для изучения фотохимических процессов
 
Фотохимию, по словам ученого, можно использовать для рассмотрения тех вещей, что происходят в Мировом океане, чей верхний слой толщиной примерно в 100 метров освещается солнцем. Причем, интенсивность света достаточно большая: примерно полтора киловатта на квадратный метр поверхности. Таким образом в этой среде варится некий «бульон» из комплексов железа и других металлов, а также органики — и на все сверху воздействует солнечная радиация. «Что в итоге получается, мы здесь и исследуем», — завершает Виктор Плюснин перед тем, как показать непосредственно лазерные импульсы. Как и обещано, они были столь короткими, что фотоаппаратом их поймать не удалось. Но можно представить: внизу слева на этом белом листе то и дело вспыхивало маленькое сине-фиолетовое пятнышко.
 
Попытка поймать наносекундную вспышку лазера не удалась
 
Солнышко лучистое…
 
…представляет из себя огромный термоядерный реактор. Вопрос в том, как использовать эту энергию в наших целях. В лаборатории химии и физики свободных радикалов ученые занимаются исследованиями в области альтернативной энергетики: солнечной. Эта область знаний бурно и активно развивается, но здесь речь идет о довольно новом направлении: соответствующих элементах на основе органических соединений. Чтобы улучшать их эффективность, следует более глубоко изучать фундаментальные процессы, которые творятся внутри красного слоя на «батарейке». 
 
Солнечный элемент
 
Смысл работы солнечных элементов заключается в том, что под действием света внутри возникают свободно заряженные частицы, которые могут двигаться и давать ток. Напряжение можно увидеть, если подсоединить такой квадратик к вольтметру. Все очень просто: увеличивается интенсивность освещения — становятся больше и показания прибора. 
 
При увеличении мощности освещения увеличиваются и показания вольтметра
 
Гори-гори ясно, чтобы не погасло?
 
В лаборатории кинетики процессов горения исследуют саму суть этого явления, которая  до сих пор оставляет множество загадок. Основной проблемой является понимание того, как управлять огнем. Соответственно, именно здесь ученые наблюдают за тем, как он способен распространяться, как его лучше гасить и можно ли сделать пламя управляемым. 
 
…В двух емкостях налита вода: сотрудник лаборатории капает на нее немного бензина, поджигает и пробует потушить. Обычная вода оказывается неэффективной, а вот вещество, изобретенное и запатентованное в ИХКГ СО РАН, даже в маленьких объемах отлично справляется со своей задачей.
 
За несколько секунд до начала тушения
 
Или вот, например, обычная газета, пропитанная необычным составом — окислителем. Если к ней в нужных точках поднести огонь, то он начнет распространяться по границе нанесения этого вещества. Все очень просто: при нагревании оно выделяет кислород, а там, где много последнего, горит лучше. 
 
"Фокус" с газетой
 
В соседней комнате можно увидеть установку, состоящую из трубы, из которой с определенной скоростью поступает воздух, рабочего участка, где располагается то, что должно гореть, и трех термопар — сигнал от них идет на компьютер. 
 
Эксперименты с лесной подстилкой
 
В качестве поджигаемого субстрата выступает хвойная подстилка — с помощью таких экспериментов ученые исследуют различные аспекты лесных пожаров. Делая достаточно простые измерения скорости распространения огня, специалисты получают знания, с помощью которых затем можно будет бороться с пламенем в реальной жизни. 
 
Екатерина Пустолякова
 
Фото автора
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus