Помоги проекту - поделись книгой:
Для этого прежде всего нужна полупроницаемая перегородка. Найти ее нетрудно. Например, нужным свойством обладает тонкая и плотная, немного прозрачная пергаментная бумага, в которую завертывают творожные сырки, или целлофан — очень тонкая прозрачная пленка для упаковки цветов, хлеба, кондитерских изделий. Главное ее отличие от подобных пленок в том, что при изгибе она хрустит, а на ощупь кажется немного липкой.
Приготовьте насыщенный раствор сахара в воде и доверху наполните им стакан. Накройте стакан листочком пергамента или целлофана так, чтобы не попали пузырьки воздуха, и закрепите резинкой. Затем поставьте стакан в кастрюлю и залейте водой, так чтобы она его полностью покрывала. Через несколько минут листочек, закрывающий стакан, начнет выпучиваться. Это действуют силы осмотического давления. Через несколько часов это давление и вовсе сорвет целлофан.
Что произошло? Отдельные молекулы воды прошли сквозь поры в целлофане и приняли участие в растворении сахара. Обратно уйти они уже не могли, вступив в химическую реакцию. От этого объем и давление жидкости под пленкой начали расти.
Налейте в баночку от детского питания немного канцелярского клея. Бросьте сверху несколько кристалликов марганцовки или медного купороса и примерно на сантиметр залейте водой. Через несколько дней в баночке вырастут прозрачные грибы.
В начале прошлого века их впервые получил французский ученый А. Ледюк. На участках под кристалликами образовалась полупроницаемая пленка, сквозь которую в толщу клея входят молекулы воды, и возникают сферические образования, напоминающие шляпки грибов. Были и другие опыты, в которых осмотические явления приводили к образованию еще более странных объектов. Так, если растереть капельку растительного масла с поташом (СаСО3), а затем смешать с водой, то получится искусственная амеба. Она шевелится и захватывает «ложноножками» попадающиеся на ее пути песчинки.
В свое время ученые получили немало подобных объектов и нередко размышляли о причинах их сходства с живыми организмами. Но постепенно стало ясно, что оно лишь внешнее. Движение «амебы» вызвано медленным растворением находящегося в ней поташа, что вызывает местное повышение осмотического давления и передвижение границ капли. В этом, как и в других «существах», отсутствует главный признак живого — обмен веществ.
Однако осмос играет огромную роль в формировании облика микроорганизма и отдельных клеток.
Налейте раствор сахара и соли в баночку примерно до половины, как показано на рисунке. Закройте ее листком целлофана, а затем, перевернув, закрепите проволокой на кастрюле с водой. Скоро вы заметите, что уровень жидкости в баночке стал повышаться. Попробуйте воду из кастрюли и убедитесь: она стала солоноватой. Дело в осмотическом процессе, обычно называемом диализом.
Таким образом, в принципе, можно удалить соль из ее раствора с сахаром почти полностью. Но времени на это уйдет много, проще испорченный сироп вылить. Однако есть случаи, когда на разделение растворов нельзя жалеть ни сил, ни времени. Речь о больных людях.
В прежние времена, когда у людей отказывали почки, это приводило к гибели. Но полвека назад была изобретена «искусственная почка». В простейшем случае это два куска целлофановой ленты, отформованных и сваренных таким образом, чтобы между ними возникла целая система каналов. Это — главная часть искусственной почки. Ее помещают в сосуд, наполненный физиологическим раствором — смесью солей, близкой по составу к плазме крови. Каналы искусственной почки соединяют с кровеносной системой больного, и начинается диализ.
Растворенные в плазме крови вредные соли просачиваются через поры в целлофане и попадают в физиологический раствор. Более крупные молекулы органических веществ и клетки крови через целлофан не проходят. Кровь очищается от вредных примесей так, как если бы ее очищали почки человека. Сегодня таким способом спасена жизнь многих и многих тысяч людей.
Пока для поддержания жизни им приходится раз в неделю ходить в клинику на очистку крови. Однако есть надежда, что в скором времени будет создана портативная искусственная почка, которую окажется возможным имплантировать в тело человека.
Когда закончится нефть, ничего особенно страшного не произойдет. Энергию нам смогут давать осмотические электростанции.
Вот как они устроены. Пресная вода из устья реки по трубам отводится на дно моря. Поскольку ее плотность близка к плотности воды соленой, то сама она по трубе не потечет, нужна какая-то внешняя сила. Это сделает сила осмотического давления. На конце трубы можно установить систему трубок, закрытых полупроницаемой пленкой. Пресная вода начнет просачиваться через пленку и потечет в сторону воды соленой. Если площадь поверхности пленки достаточно велика, то в трубе возникнет мощный поток, способный вращать турбину.
Однако на пути к их созданию придется решить множество чисто технических проблем. Одна из главных — создать прочную и долговечную пленку, которой не страшно засорение и обитатели моря.
НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ
ЧУДЕСНЫЕ ПУЗЫРИ
Приготовь для опыта: бутылку, проволоку, мыльный раствор и сахар.
Сверни на бутылке проволочное кольцо; концы проволоки свей вместе, чтобы получилась ручка. Обмакни это кольцо в мыльный раствор, к которому для крепости добавлено немного сахару. Осторожно вынь кольцо — и увидишь, что оно затянуто тонкой пленкой.
Держи кольцо вертикально перед ртом и легко, но непрерывно дуй на середину пленки. С противоположной стороны кольца начнет вытягиваться пузырь, похожий на мешок. Потом он вдруг отделится от кольца, и большой шар, отливая всеми цветами радуги, полетит по воздуху.
Когда наловчишься выдувать таким способом мыльные шары, попробуй выдуть пузырь без проволочного кольца. Окуни руку, сжатую в кулак, в мыльную воду, потом раскрывай кулак постепенно, складывая большой и указательный пальцы в кольцо. Вынь осторожно руку из мыльного раствора; это кольцо окажется затянутым пленкой. Поверни теперь руку ладонью кверху и дуй прямо в горсть. Может быть, тебе удастся выдуть таким образом, без трубки и без кольца, огромный пузырь до 20 см в диаметре.
БЫСТРОХОДНЫЕ КОРАБЛИКИ
Приготовь для опыта: поднос, мел, спички, цветную бумагу, уксус, стакан и яйцо.
Целый флот мы заставим двигаться на подносе. Корпус каждого судна сделан из мела, мачты — из спичек с флагами из цветной бумаги. Трубы и другие детали тоже выполнены из спичек и бумаги. Дно кораблей должно быть совершенно плоским.
Расставь корабли на подносе и налей на него тонкий слой уксуса. Кораблики моментально окружатся пеной и начнут перемещаться. Они будут двигаться направо и налево, сталкиваться.
Вот причина этого забавного явления: под влиянием уксуса из мела выделяется углекислота, она поднимается вверх пузырьками, и потому вокруг корабликов образуется пена. Углекислота выделяется так сильно, что слегка приподнимает мел из жидкости и толкает кораблики во всех направлениях.
Положи яйцо в стакан с уксусом, и через некоторое время оно станет вертеться вокруг своей большой оси. Уксус действует на яичную скорлупу (в ней много извести) и выделяет углекислоту — это и заставляет двигаться яйцо.
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Электростатические громкоговорители и телефоны
Как известно, электростатические громкоговорители отличаются высоким качеством звука, но это редкие и дорогие изделия. А про электростатические телефоны многие даже не слышали по той простой причине, что промышленность их не выпускает. Рынок заполнили электродинамические головки, используемые как в больших акустических системах (АС), так и в миниатюрных телефонах, вставляемых в уши.
В то же время полузабытые «электростаты» имеют массу достоинств, определяемых самим принципом работы. Масса колеблющейся металлизированной пленки в них ничтожна, и она передает свои колебания воздуху практически без потерь и без искажений. А это, в свою очередь, обеспечивает высокий КПД и хорошее качество звука. Конструкция несложна и вполне доступна для самостоятельного изготовления.
Простейший электростатический громкоговоритель устроен так: пленка располагается параллельно плоской металлической пластине с отверстиями для прохода воздуха (рис. 1а).
Зазор d между пленкой и поверхностью пластины делают как можно меньше, но достаточным, чтобы не мешать колебаниям пленки. Если между пластиной и пленкой приложить напряжение Uп порядка сотен вольт (поляризующее) с наложенными на него колебаниями звуковой частоты Uзв (рис. 1б), то в зазоре возникнет электрическое поле, вызывающее притяжение пленки и пластины.
Сила притяжения приведет в колебательное движение пленку и окружающий ее воздух, то есть создаст звук.
На мысль о том, что электростатический излучатель для небольшого маломощного громкоговорителя или телефонов легко сделать в любительских условиях, навел старый учебник по электроакустике. Там был описан телефон с ненатянутой мембраной, свободно лежащей между двумя перфорированными металлическими пластинами. Необходимый зазор получался из-за естественных неровностей пленки.
Воспользовавшись этой идеей и разыскав в «запасах» пару одинаковых перфорированных пластин из фольгированного гетинакса, еще в начале 2001 г. удалось провести несколько вполне успешных опытов. Размеры пластин были 160x180 мм, каждая содержала множество равномерно распределенных по площади отверстий диаметром 2 мм. По счастью, пластины имели небольшую естественную вогнутость со стороны фольги (вероятно, от старости), поэтому никаких разделительных прокладок не понадобилось.
Конструкция излучателя показана на рисунке 2. Первый рисунок (рис. 2а) дает фрагмент конструкции в увеличенном виде.
Пластины
Использовалась пленка от цветочных букетов, толщина ее оказалась равной 35 мкм. Под винты следует положить изолирующие шайбы, а от фольги пластин сделать выводы
Другой вариант — сделать на пластинах выступы, не совпадающие при сборке излучателя, тогда провода припаиваются прямо к фольге на выступах. Заусениц, задиров, паек или других подобных выступающих неоднородностей на поверхности, соприкасающейся с пленкой, быть не должно, при необходимости они убираются наждачной бумагой.
В том случае, если естественной вогнутости у пластин нет, по периметру устанавливается прокладка из тонкого картона
Чтобы ослабить эффект акустического короткого «замыкания», изготовленный излучатель следует установить в какой-либо корпус или на отражательную доску. Очень удобно использовать полированную боковую стенку корпуса старого цветного телевизора. В ней уже имеется подходящее прямоугольное отверстие, закрытое декоративной решеткой.
Теория нашего простейшего громкоговорителя несложна: приложенное напряжение U создает поле напряженностью Е = U/d. На заряд q в этом поле действует сила F = q∙E. А звуковое давление, создаваемое громкоговорителем у самой мембраны: р = F/S, где S — площадь мембраны. Делим на площадь и получаем р = q∙E/S. Величина σ = q/S называется поверхностной плотностью заряда (считаем, что заряд распределен по поверхности пленки-мембраны равномерно). Тогда р = σ∙Е. Поверхностная плотность заряда непосредственно связана с напряженностью поля: ε0∙Е = σ, где ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м — электрическая константа. Окончательно имеем: р = ε0∙Е2. Выражение справа соответствует удвоенной объемной плотности энергии электрического поля, именно ей и пропорционально звуковое давление!
Вот почему надо стараться увеличить напряженность поля (напряжение между пленкой и пластиной) и уменьшать зазор d между ними. Предел накладывает электрическая прочность воздуха — слишком большая напряженность поля вызывает тихий или даже коронный разряд.
Внимательный читатель мог заметить, что звуковое давление пропорционально квадрату напряженности поля, следовательно, и приложенного напряжения U.
Оно не зависит от полярности U, это и заставляет использовать, кроме звукового, еще и постоянное поляризующее напряжение. Для уменьшения «квадратичных» искажений Uп выбирают намного больше Uзв.
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ
Поделиться книгой: