Высокочастотный звук превращает жидкость в гель

Полагают, что этот эффект можно будет использовать для управления на расстоянии вязкостью жидкости, например, в ударопоглотителях (демпферах) систем подвески автомобилей или для регулировки смазки робототехнических устройств, а также для временного отвердения красок и топлива при перевозке, чтобы избежать их утечки, – ведь он обратим, т.е. гель можно снова превращать в жидкость. Кроме того, как считают инженеры, это позволит конструировать строительные материалы, поглощающие энергию от внешних источников и поэтому имеющие большой срок службы. Из таких материалов можно возводить здания, устойчивые при землетрясениях. Рецепт превращения жидкости в гель под действием звука был предложен учёными из университета г. Осаки (Япония). Жидкость представляла собой раствор мелких органических молекул, содержащих палладий, в ацетоне. После 3 с облучения звуком частотой 40 кГц она превращалась в гель белого цвета. При последующем нагревании или воздействии ультразвука гель опять превращался в жидкость. Такие же эффекты были получены при использовании трёх других органических растворителей, включая диоксан. Пока это интересное явление не получило адекватного объяснения.

NewScientist.com.
25.06.2005

Микроволны (СВЧ) извлекают полезные минералы из руды

Представьте себе такую картину добычи золота на одном из приисков. Раздаётся взрыв, и, когда пыль оседает, самосвалы устремляются в образовавшуюся воронку за огромными булыжниками породы. Через некоторое время грузовики уже сбрасывают эти камни – диаметром в метр и более – на движущийся конвейер, доставляющий их к отверстию полой металлической трубы, на которой написано: «Токи высокой частоты. Опасно для жизни!» На булыжниках, падающих вниз через трубу, появляются микротрещины, отделяющие кусочки золота от остальной породы. Поэтому после такой обработки достаточно нескольких небольших ударов, чтобы превратить камень в смесь золотого песка и пустой породы. Так считает международная группа учёных из университета г. Ноттингема (Великобритания), изучающая возможность разбивать камни с помощью энергии микроволн. Внедрение этого метода позволило бы улучшить качество добываемых минералов, а также снизить расходы энергии на сотни миллионов долларов в год, – весомый вклад в борьбе с глобальным потеплением. Концентрация полезных минералов в рудах падает с каждым годом. Например, в 1800-х гг. содержание меди в них составляло более 10%, а к 2000 г. оно уже менее 1%. Добыча сегодняшних золотоискателей – микроскопические золотые песчинки массой не более 4–6 г на тонну обработанной каменной породы. При добыче алмазов процент выхода в тысячи раз меньше. Чтобы найти драгоценные песчинки, на рудниках используют гигантские измельчители породы, «прожёвывающие» каждый день до 250 000 т и потребляющие до 5% электроэнергии, вырабатываемой во всём мире. Например, в 2002 г. всемирное электропотребление составляло 14 300 млрд кВт • ч, т.е. расходы на измельчение камней были эквивалентны горению 820 млн лампочек мощностью 100 Вт каждая. К сожалению, только 1% всей этой колоссальной энергии идёт на измельчение, а остальные 99% превращаются в шум и тепло, когда стальные стержни и шары дробят породу.

Микроволны могут дробить камни потому, что диэлектрические свойства полезного минерала и окружающей его породы различны, а значит, и нагреваться они будут по-разному. Оказалось, что многие полезные минералы (оксиды и сульфиды металлов) нагреваются очень сильно токами высокой частоты, а окружающая их порода практически прозрачна для микроволн. Поэтому очень короткие микроволновые импульсы длительностью 1 мкс создают на границе породы и минерала разницу температур в несколько градусов, достаточную для образования микротрещин, а соответствующие энергозатраты составляют около 0,4 кВт•ч на тонну руды. Производительность теперешних экспериментальных дробильных СВЧ-установок – лишь 3–4 т/ч. Однако лет через десять гораздо более мощные аналогичные установки наверняка появятся на многих рудниках.

NewScientist.com.
07.05.2005

Чистый воздух грозит нам жарой

Учёные, занимающиеся проблемами климата, недооценили «охлаждающий» эффект воздуха, загрязнённого вследствие производственной активности человека. Поэтому усилия, брошенные на уменьшение выбросов, например, аэрозолей, могут обернуться ещё более грандиозным глобальным потеплением, т.к. аэрозоли уменьшают количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Это мнение членов исследовательской группы института химии им. М.Планка (г. Майнц, ФРГ), которые с помощью компьютерного моделирования оценили охлаждающее действие аэрозолей и нагревательный эффект парниковых газов, чтобы объяснить изменение температуры на Земле на протяжении последних 50 лет и предсказать её рост в текущем столетии. Как показывают модельные расчёты, если с выбросами аэрозолей в атмосферу будет покончено, то рост температуры в XXI в. составит не менее 6°, что гораздо выше предыдущих оценок (от 1,5 до 4,5°). Если расчёты верны, то нас ожидают температурные изменения, сравнимые с теми, которые произошли при переходе из последнего ледникового периода в наше время, и их последствия предсказать невозможно.

NewScientist.com.
02.07.2005

Земля впервые наносит ответный удар

Земля в течение миллиардов лет подвергалась ударам комет и метеоритов. И вот, 4 июля 2005 г. запущенный США космический аппарат Deep Impact (удар вглубь) наконец нанёс ответный удар – поразил комету Темпел 1, находившуюся на расстоянии нескольких сотен миллионов километров от Земли. Полёт продолжался 172 дня со средней скоростью 36 800 км/ч. И всё это было сделано для того, чтобы увидеть кратковременную вспышку, вызванную столкновением кометы и аппарата Deep Impact. Яркость этой вспышки оказалась в шесть раз большей, чем яркость головы кометы.

Целью запуска Deep Impact было исследование вещества, из которого состоят кометы – самые древние жильцы нашей Вселенной. Поэтому космический аппарат состоял из двух частей – медного снаряда массой 370 кг и системы, которая доставила этот снаряд, выстрелила им по комете и сняла вспышку. При столкновении снаряда с кометой произошёл выброс вещества кометы, а спектральный анализ вспышки позволит учёным определить состав вещества глубинных слоёв кометы. До сих пор считалось, что кометы представляют собой космические тела несколько километров в поперечнике, состоящие изо льда и пыли, которые послужили кирпичами мироздания для Солнечной системы 4,5 млрд лет тому назад. Яркая вспышка сразу же опровергла гипотезу, согласно которой ядро кометы является пористым материалом, – в таком случае снаряд зашёл бы на большую глубину и завяз там, а мы бы момент столкновения так и не увидели. По характеру вспышки сделан вывод о том, что поверхность кометы покрыта толстым слоем пыли, под которым находится твёрдый слой льда. Установленная на снаряде фотокамера сделала, подлетая к комете, несколько снимков – последний всего за 3 с до столкновения. Эти фотографии являются бесценным материалом для космических геологов. Несмотря на то, что система наблюдения, служившая пушкой снаряда, находилась вблизи от кометы во время взрыва, она осталась работоспособной и, по-видимому, будет использована для наблюдения за другими кометами. Анализ полученных данных продолжается.

NewScientist.com.
09.07.2005

Планета, похожая на Землю, совсем рядом

Довольно небольшая планета, всего в семь раз больше Земли, была недавно обнаружена астрономами из университета штата Калифорния (г. Беркли, США). В течение последних десяти лет было открыто около 150 планетных систем, аналогичных солнечной. Однако подавляющее большинство открытых планет были гигантами массой больше, чем у Юпитера, и даже самые маленькие из них имели массу, в 14 раз больше земной. Поэтому только что открытая планета, обращающаяся вокруг красного карлика Глиез 876 (Gliese) в созвездии Водолея на расстоянии почти 15 св.лет, считается пока самой малой планетой за пределами Солнечной системы. Её поверхность, по-видимому, покрыта камнями, однако трудно поверить, чтобы планета во многом напоминала Землю. Год на этой планете длится всего 1,94 земных суток, радиус орбиты всего 3,2 млн км, т.е. только 2% расстояния от Земли до Солнца. Двухдневная длительность года и температура на поверхности, сравнимая с температурой в духовке, делают, конечно, нашу форму жизни на этой планете невозможной. И всё же астрономы надеются найти во Вселенной планеты, аналогичные нашей, поэтому в 2014 г. планируется запуск космического аппарата, предназначенного для поиска обитаемых планет размером с Землю.

NewScientist.com.
18.06.2005

Транзистор на одной молекуле

Молекулярная электроника – дисциплина, изучающая возможность использования отдельных молекул в электронных микросхемах, сделала ещё один очень важный шаг на пути к практической реализации идей. Доктор Р.Волков и его коллеги из канадского Национального института нанотехнологий и университета провинции Альберта, разработали и проверили новую концепцию молекулярного транзистора. Они продемонстрировали, что одиночный заряженный атом на поверхности кремния может управлять проводимостью близлежащей молекулы. Миниатюризация электронных устройств, созданных методами сегодняшней технологии, приближается к своему теоретическому пределу. Необходима новая концепция, которая смогла бы обойти ограничения на параметры существующего транзистора – базового элемента электронных схем. Учёные провели исследование, целью которого была оценка влияния электрического потенциала на проводимость в молекулярном масштабе. В результате удалось реализовать то, что совсем недавно казалось непреодолимым, – установить контроль над отдельной молекулой. В ходе работы было продемонстрировано, что отдельный атом на поверхности кремниевого кристалла может быть целенаправленно заряжен, в то время как окружающие его атомы останутся электрически нейтральными. Молекула, помещённая рядом с заряженным атомом, испытывает его воздействие, что вызывает протекание электрического тока от одного полюса молекулы к другому. Такой ток может быть «включён» и «выключен» изменением состояния заряда смежного атома. Результаты эксперимента многообещающие.

Переход на молекулярный уровень открывает дорогу для электронных устройств неслыханной степени миниатюризации и энергетической эффективности. Важным следствием малого энергопотребления является уменьшение выделяемого тепла. Кроме того, миниатюризация способна радикально повысить скорость работы устройств, ведь в данном случае для переключения логического элемента достаточно изменения состояния всего одной молекулы. Для сравнения: в обычном транзисторе это действие требует работы около миллиона электронов.

В опытном образце молекулярного транзистора использован кремний. Таким образом, есть точки соприкосновения между существующей технологией и перспективной. Промежуточными могли бы стать гибридные молекулярно-кремниевые устройства, а в перспективе разработанная концепция может стать основой молекулярных электронных устройств, обладающих необычайно высоким быстродействием, компактностью и эффективностью.

www.pereplet.ru/nauka/
03.06.2005

Земля дрожит под ураганами

Часто Земля испытывает мощь опустошающих ураганов. [Мощность урагана «Катрин», недавно обрушившегося на г. Новый Орлеан (США), оценивается, как более 100 кт тротилового эквивалента, по данным академика О.Н.Крохина, директора ФИАН. Заметим, что мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, составляла 20 кт тротила. – Ред]. Как утверждает физик Р.Питерс из университета шт. Джорджия (США), все тайфуны, обрушивающиеся на восточное побережье США, вызывают череду слабых землетрясений и даже заставляют нашу планету вибрировать. Когда тайфун «Чарли» в августе 2004 г. подходил к побережью Флориды и возвращался в океан, удалось зарегистрировать микроколебания земной коры. Учёный считает, что во время прохождения урагана через мелоководье часть его энергии передаётся континентальному шельфу, что и вызывает последующие тектонические подвижки. Кроме того, тайфуны вызывают низкочастотные (0,9–3 МГц) колебания земной коры, обычно регистрируемые только после крупных землетрясений.

NewScientist.com.
01.07.2005

К.Ю.БОГДАНОВ
(подборка и пер. с англ.),
школа № 1326, г. Москва