Школьник из Пакистана разгадал загадку «электрических сот» — Naked Science
6 минут
Редакция
1

Школьник из Пакистана разгадал загадку «электрических сот»

Семнадцатилетний школьник из Пакистана нашел ответ на старый вопрос электродинамики о механизме формирования «электрических сот» и опубликовал работу в одном из самых известных научных журналов мира.

04tb-honeycomb1-superjumbo
©Wikipedia

Если взять два электрода, один плоский, другой длинный и тонкий, и разлить по поверхности плоского электрода масло, можно сделать «электрические соты». Электрический заряд накапливается на конце длинного и узкого проводника (иглы), и рано или поздно воздух между ним и маслом пробивает коронный разряд. Электроны с кончика иглы, стремясь перейти на пластину второго электрода, оказываются на поверхности масла. Масло – плохой проводник, электроны проходят сквозь него не сразу. Сначала они путешествуют по поверхности масла, ионизируя его молекулы. На поверхности жидкости образуется узнаваемая ячеистая структура, напоминающая пчелиные соты. Пока электроны не доберутся до нижнего электрода, вся система напоминает, по словам испанского физика Альберто Изкердо, заплутавшую молнию.

 

“Электические соты”, полученные в установке Мухаммада Ниази. Muhammad Shaheer Niazi
 

В англоязычной литературе это называется rose window instability, потому что короткоживущая электродинамическая система, возникающая после пробоя, напоминает узор ажурной розетки готического собора. Феномен «электрических сот» был известен задолго до того, как пакистанский старшеклассник Мухаммад Шахир Ниази впервые увидел его. В 2016 году он съездил на международный турнир молодых физиков, где повторил опыт с маслом и электродами; тогда же ему пришла в голову блестящая идея: сфотографировать поверхность масла тепловизионной камерой, чтобы выяснить, как изменяется энергия системы по мере ионизации.

 

Сначала электроны ионизируют молекулы масла. Ионы распределяются по поверхности жидкости в группы, которые растут по мере того, как увеличивается разность потенциалов между каждой ионной группой и пластиной электрода. Чем больше группа, тем сильнее она стремится вниз, к положительному заряду. В результате на поверхности масла образуются маленькие ямки. За несколько миллисекунд между ямками образуются канальцы – так получается полигональная структура, которая уравновешивает систему.

 

Чтобы показать, как коронный разряд создает область повышенной температуры и неоднородной плотности в воздухе и на поверхности масла, Ниази сделал несколько снимков по методу Шлирена, которым пользуются, чтобы визуализировать невидимые глазу конвекционные потоки. Затем юный физик снял ячеистую структуру тепловизионной камерой и показал, как распределение заряда в жидкости повышает внутреннюю энергию системы; температура поверхности масла растет в течение пяти минут после разряда и падает только после того, как выпущенные иглой электроны доходят до плоского контакта.

Тепловизионные снимки а) Начало формирования “электрических сот”, температура на поверхности масла почти одинакова во всех точках (18.6°C). (b) Полминуты после разряда. (c) Минута после разряда. (d). 5 минут после разряда. Muhammad Shaheer Niazi.
 

В завершение эксперимента Ниази заслонил часть поверхности жидкости «ионной тенью», другими словами, блокировал поток электронов над частью поверхности с помощью обычной шариковой ручки. Ниази показал, что в отсутствие ионизирующих зарядов полигональная структура не образуется, а значит, именно миграцией ионов по поверхности жидкости объясняется формирование «электрических сот». Результаты работы Ниази опубликовал вчера журнал Royal Society Open Science. Мальчик намерен продолжать исследования и мечтает о Нобелевской премии, рассказывает The New York Times.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 12:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

3 часа назад
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Позавчера, 09:30
9 минут
РНФ

Лечение онкологических заболеваний стандартным методом химиотерапии не только уничтожает злокачественные клетки, но и повреждает здоровые. Для решения проблемы российские ученые разработали химически «сшитые» вещества, способные избирательно накапливаться в «энергетических станциях» раковых клеток — митохондриях. Липофильный катион транспортирует вещество в клетки, а функционально активный компонент, бетулиновая кислота, провоцирует их гибель. Предполагается, что препарат будет воздействовать только на злокачественные клетки, что в будущем дает возможность лечения онкологии без тяжелых побочных эффектов.

3 часа назад
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Позавчера, 12:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

Позавчера, 09:30
9 минут
РНФ

Лечение онкологических заболеваний стандартным методом химиотерапии не только уничтожает злокачественные клетки, но и повреждает здоровые. Для решения проблемы российские ученые разработали химически «сшитые» вещества, способные избирательно накапливаться в «энергетических станциях» раковых клеток — митохондриях. Липофильный катион транспортирует вещество в клетки, а функционально активный компонент, бетулиновая кислота, провоцирует их гибель. Предполагается, что препарат будет воздействовать только на злокачественные клетки, что в будущем дает возможность лечения онкологии без тяжелых побочных эффектов.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
Во-первых, на Международный турнир юных физиков, а не молодых, во вторых, приехал он на него в Россию, задачу решал под руководством русского студента, и эту самую задачу, которую решали по всему миру много команд, на турнир предложил русский учёный. Ну так, чтобы больше хайпа было.
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: