Яков Гегузин - Капля
Скачивание начинается... Если скачивание не началось автоматически, пожалуйста нажмите на эту ссылку.
Жалоба
Напишите нам, и мы в срочном порядке примем меры.
Описание книги "Капля"
Описание и краткое содержание "Капля" читать бесплатно онлайн.
Итак, в объеме кристалла имеется капелька насыщенного раствора его вещества. Вначале — о форме этой капельки. Если капля «маленькая» (в том смысле, который обсуждался в очерке об опыте Плато), ее форма будет такой, при которой энергия на границе капелька — кристалл окажется минимальной. В опыте Плато капля жидкости граничит с жидкостью, аморфное вещество с аморфным веществом. Это значит, что поверхностная энергия границы во всех направлениях одинакова, и поэтому наименьшей энергия всей границы будет тогда, когда наименьшей будет ее поверхность. Для этого капля должна принять сферическую форму. Если же жидкая капля расположена в кристалле, аморфное тело граничит с кристаллом, энергия границы жидкость — кристалл, как и поверхностная энергия границы кристалл — воздух, будет зависеть от направления. В этом случае наименьшей полная энергия границы будет у капли несферической формы. Капля приобретает равновесную огранку, такую, какую продиктует ей равновесная огранка кристалла; например, капля в объеме кристалла каменной соли будет кубической, в других кристаллах она будет иметь более сложную форму — восьмигранника, пирамид, которые сложены основаниями, и т. д.
«Немаленькая» капля деформируется силой тяжести. Это во всяком случае происходит с каплей, которая свободно лежит на твердой поверхности. И нет основания для того, чтобы капля в кристалле не испытывала на себе действия этой силы. Складывается непростая ситуация: капля стремится расплющиться, так как при этом понизится ее центр тяжести и уменьшится ее потенциальная энергия, а кристалл — сохранить полость, содержащую каплю, такой, при которой энергия ее поверхности будет наименьшей. Любое изменение формы равновесной полости приведет только к увеличению ее поверхности, а значит и поверхностной энергии. В этой противоречивой ситуации капля и кристалл находят оптимальное решение.
Естественно может возникнуть недоумение: неужели капля способна вынудить кристалл изменить свою форму? Усилиям наших пальцев массивный кристалл соли не поддается, как же он подчиняется воле капли? Дело в том, что капля может сделать то, чего не могут сделать наши пальцы; она растворит в себе немного соли с боковых поверхности полости и поможет этой соли переместиться на верхнюю поверхность. Таким образом, верхняя поверхность приблизится к нижней, и центр тяжести понизится, а с ним понизится и потенциальная энергия капли.
В ископаемых минералах, в частности в естественных кристаллах солей, тысячелетия подвергавшихся действию силы тяжести, можно найти множество жидких приплюснутых включений. Выть может, именно сила тяжести их и расплющила?
Я вспоминаю великолепный кинофильм, который был снят Г. Г. Леммлейном в первые послевоенные годы. Главными героями этого фильма были кристаллы натриевой селитры с жидкими включениями — каплями раствора натриевой селитры в воде. Особенно запомнились два эпизода, которые впоследствии Леммлейн описал в одной из своих статей.
Сценарий первого эпизода был следующим. Поверхность кристалла натриевой селитры с жидким включением — каплей — ярко освещалась мощной лампой. Небольшой участок поверхности, вблизи которого было включение,— зачернен. Оказывается, капля начинает медленно двигаться по направлению к черному пятнышку. Съемка велась в замедленном темпе, чтобы при демонстрации ленты с обычной скоростью движение капли можно было отчетливо наблюдать.
Жидкая капля самопроизвольно движется в твердом кристалле по направлению к лампе! Возникают вопросы: к излучаемому ею свету? или к теплу? почему движется? как движется?
Движется капля не к свету, а к теплу. В этом легко убедиться с помощью простого контрольного опыта, например такого: поднести к кристаллу несветящийся источник тепла.
Ответы на вопросы «почему» и «как» можно совместить. Дело в том, что растворимость натриевой селитры в воде очень сильно зависит от температуры и даже при малом ее повышении заметно возрастает. Если к капле направлен поток тепла — от лампы или любого другого источника,— на лобовой ее поверхности температура будет немного выше, чем на тыльной. Это означает, что на лобовой, более горячей, поверхности натриевая селитра будет растворяться, а на тыльной, более холодной, возникший в капле избыток соли будет осаждаться. А это и означает, что капля будет двигаться по направлению к теплу. Скорость движения в опытах Леммлейпа была небольшой — приблизительно 10-7 см/сек, но важна не величина скорости, а принципиальная возможность на первый взгляд курьезного явления: жидкая капля движется в кристалле! Как следует из рассказанного, реально движется не капля, а атомы вещества кристалла, растворившиеся в ее объеме, но результат такого движения атомов мы воспринимаем как движение капли в кристалле.
Маленькое жидкое включение в монокристалле натриевой селитры движется по направлению к крупному включению и поглощается им
Второй эпизод в фильме был еще интереснее. В нем тоже была заснята маленькая движущаяся капелька в кристалле, однако лампа в этом никакого участия не принимала. Опыт был задуман хитро. В непосредственной близости от маленькой капли, движение которой надо было наблюдать, находилась крупная капля неправильной формы. В процессе преобразования ее формы в более правильную уменьшалась поверхность, и значит выделялась некоторая энергия, которая ранее была связана с поверхностью, а затем превратилась в тепло. Вот эта уменьшающая свою поверхность капля играла роль источника тепла, по направлению к которому двигалась маленькая капля. В заснятом эпизоде маленькая капля движется к большой и сливается с ней.
Успех опытов Леммлейна был предопределен удачным выбором объекта или, точнее, тем, что растворимость натриевой селитры в воде очень существенно меняется с изменением температуры. И поэтому даже незначительная разность температур между лобовой и тыльной стенками оказывается достаточной, чтобы движение капли можно было заметить за «удобное» время, а не за тысячи лет, например.
Леммлейн был пионером, а после него появилось множество исследований, посвященных движению жидких капель в кристаллах.
Быть может, любопытное явление — движение капель в кристалле — и не привлекло бы к себе внимания, если бы оно было подобно соловьиным трелям, которые, как известно, до сих пор в инженерной практике не применялись. Но оказалось, что движение капель можно использовать для решения многих практически важных задач. Назовем для примера две из них.
Получение пресной воды из морской. В процессе замерзания морской воды образуются капли с повышенным содержанием соли. Если их изгнать из льда, оставшийся лед, свободный от капель, будет содержать соль в количестве меньшем, чем морская вода, т. е. окажется частично опресненным.
Упрочнение льда. В условиях Крайнего Севера лед — строительный материал, и важно, чтобы он был прочным. Его прочность, однако, понижается из-за содержащихся в нем жидких капель. Надо освободиться от них, и тогда лед станет более прочным. Сделать в принципе это можно, заставив капли двигаться до тех пор, пока они не выйдут из льда.
Процесс частичного освобождения льда от капель происходит и самопроизвольно. Глубинные слои льда ближе к воде более теплые, чем те, которые граничат с холодным воздухом, и, следовательно, капли соленой воды будут двигаться по направлению к воде. Вот почему глубинные слои льда оказываются и менее солеными и более прочными.
Капля в кристалле явно достойна внимания естествоиспытателей.
Дипломная работа студента
Вспомните детскую (и не только детскую) забаву — почти горизонтально швырять плоские камешки на спокойную поверхность реки или моря и следить, как они скачут по водяной глади, многократно отражаясь от поверхности воды. Скачущий камешек оставляет за собой последовательность круговых волн, расходящихся от тех точек, где он соприкасался с водой. Вскоре волны затухают, и вода не сохраняет воспоминаний о камешке, проскакавшем по ней.
Камень, брошенный с недостаточной скоростью неумелой рукой, может, разок подпрыгнет, а скорее всего при первом соприкосновении с водой пойдет ко дну. Мастерство бросающего заключается в том, чтобы швырнуть камешек с максимальной скоростью и под очень малым углом к поверхности воды. В этом случае составляющая скорости, направленная в воду, мала, соприкосновение камня с водой происходит импульсно, и по отношению к такому воздействию на нее вода ведет себя почти как твердое тело. В очерке «Капля камень долбит» об этом свойстве воды рассказано подробно.
Подписывайтесь на наши страницы в социальных сетях.
Будьте в курсе последних книжных новинок, комментируйте, обсуждайте. Мы ждём Вас!
Похожие книги на "Капля"
Книги похожие на "Капля" читать онлайн или скачать бесплатно полные версии.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Отзывы о "Яков Гегузин - Капля"
Отзывы читателей о книге "Капля", комментарии и мнения людей о произведении.