Kaip veikia daiktai? Vartiklis

Šiame puslapyje pateikiami keli paaiškinimai, kodėl taip yra su įvairiais dalykais. Puslapis bus praplėstas. Taip pat skaitykite Atsiradimai ir paaiškinimai.

Pirmiausia jo plaučius užpildys greitai besiplečiančios dujos (nesant išorinio slėgio), dėl ko plaučiai suplyš ir oro burbuliukai pateks į kraują. Akių skystis užvirs ir išgaruos, raumenys ir minkštieji audiniai išsipūs. Saulės spinduliai nudegins odą. O štai nuo šalčio žmogus vargu ar spės mirti – oro nebuvimas neleis kūnui staigiai atvėsti.

Tai jau įprastas vaizdas mūsų akiai, tačiau namuose ventiliatoriai dažniausiai turi penkias plačias mentes. Kodėl? Tas skirtumas yra dėl panaudojimo: vėjo turbinos skirtos smarkiai pučiančiam vėjui pagauti, kad galėtų efektyviai generuoti elektros energiją, o namų ventiliatoriai turi priversti mažu greitu cirkuliuoti patalpos orą.

Kad būtų efektyvios, vėjo turbinos turi suktis greitai bei nekelti didelio triukšmo (lėtas sukimasis padidintų sukimosi momentą ir reiktų naudoti sunkesnes bei brangesnes dalis). Todėl naudojamos mentės, panašios į lėktuvo propelerį, persisukančios ir smailėjančios. Tai sukuria skirtingą slėgį – didesnį vienoje pusėje ir mažesnį kitoje mentės pusėje, kas verčia mentes suktis. Dėl ekonominių sumetimų naudojamos trys mentės (jei jų būtų mažiau, tada reikėtų užtikrinti sudėtingesnę dinamiką, o jei jų būtų daugiau, tai padidėtų kaina – dėl pačių menčių ir jų tvirtinimų).

Namų ventiliatorius suprojektavo taip, kad jie keltų mažiau triukšmo, kai šie sukasi lėtai (iš saugumo sumetimų), o taip pat būtų pigūs. Energijos taupymas nebuvo pagrindinis veiksnys, nes jie sunaudoja santykinai nedaug energijos (veikdami visą laiką per mėnesį apie 60 kWh). Tad dauguma namų ventiliatorių menčių stumia orą vertikaliai nuo savęs. Plačios ir plokščios mentės santykinai pigios ir gana gerai stumia orą. O kuo jų daugiau, tuo geriau.

Tiesa, 2001 m. buvo paskelbta, kad D. Parker'is iš Floridos Saulės energijos centro, tyrinėjantis energijos sumažinimo gyvenamuosiuose namuose galimybes nuo 1978 m., sukūrė efektyvesnį ventiliatorių, kurio galutinis variantas yra tarytum abiejų variantų hibridas (patentas WO2003085262A1).

Sausas popierius tvirtas (A4 lapas išlaiko 60 kg svorį), o sudrėkęs ištįžta. Kodėl?

Mat popieriaus pagrindas yra celiuliozė – pagrindinis augalų ląstelių sienelių elementas. Ji sudaryta iš ilgų grandinių iš cukrų, kurios grandimis yra gliukozės molekulių liekanos. Tai, kas gaunama iš medienos, atrodo tarsi mikroskopinių spagečių porcija. Norint iš jos pagaminti popierių, tereikia masę suploti ir išdžiovinti. Jokių klijų, jokių sutvirtinimų... tik molekulių persipynimas.

Tvirtumą popieriui suteikia toks pat reiškinys, koks jungia vandens molekules – vadinamasis vandenilinis ryšys. Iš celiuliozės molekulės kyšo daugybė uodegyčių, kurių kiekvieną sudaro vienas vandenilio ir vienas deguonies atomas. Deguonies pusė turi neigiamą krūvį, o vandenilio – teigiamą. Susiliečiant celiuliozės molekulėms, šie skirtingo ženklo krūviai vienas kitą traukia, ir molekules laiko tvirtai sujungtas.

Tačiau vanduo šią idiliją greitai suardo. Mat vandens molekulės sudarytos iš vandenilio ir deguonies, sujungtų tokiu pat principu kaip ir celiuliozėje. Tai leidžia vandens molekulėms prasiskverbti tarp celiuliozės grandinių. Jos „aplimpa“ grandines ir jas nustumia viena nuo kitos, celiuliozės skaidulos išbrinksta 15-20%. Kai tik celiuliozės grandys nutolsta viena nuo kitos, jos liaujasi liestis. Tvirti ryšiai trūkinėja, grandinės slysta viena kita neužsikabindamos... ir popierius tįžta ir plyšta...

Kai Saulės spinduliai (fotonai) atsitrenkia į saulės panelę, saulės energija išlaisvina joje elektronus ir taip sukuria elektros srovę.

Saulės panelės nuo 1958 m. daugiausia naudota kosmose. Dabar jos paplito ir ant žemės paviršiaus. Saulės panelės sudarytos iš mažesnių elementų, vadinamų fotovoltinėmis celėmis, kurios pagamintos iš specialių puslaidininkių, pz., silicio, kuris šiuo metu naudojamas plačiausiai. Jos veikia fotoelektrinio efekto principu (už jo matematinį pagrindimą 1921 m. A. Einšteinas gavo Nobelio premiją), tačiau pirmąjį fotoelementą dar 19 a. (1888-90) sukūrė rusas A. Stoletovas (1839-1896). Tradicinėse silicio baterijose atomai silicio kristaluose turi bendrus elektronus. Absorbavus Saulės šviesą, kai kurie tų elektronų pakyla į aukštesnį energijos lygį. Jie gali kristale judėti laisviau ir taip sukurti elektros srovę.

Silicio atomas turi 14 elektronų, išsidėsčiusių 3-se lygiuose (2+8+4). Pirmi du – yra pilnai užpildyti, tačiau trečiasis išorinis lygis su 4-iais elektronais – tik pusiau. Tad silicio atomas ieško būdų tam trūkumui kompensuoti. Paprasčiausias būdas – dalintis elektronais su kitais gretimais 4-iais atomais. Tai suformuoja silicio kristalinę struktūrą, kuri yra labai svarbi elektros panelių veikimui. Tačiau, deja, grynas silicis yra labai prastas laidininkas, nes neturi laisvų elektronų, galinčių laisvai judėti jame. Todėl gaminant saulės baterijų celes pridedama priemaišų, kurios išoriniuose lygiuose turi daugiau nei 4-is elektronus (pvz., fosforo). Tada tie papildomi elektronai gali judėti laisvai sukurdami elektros srovę. Priemaišų tikslingas pridėjimas vadinamas legiravimu (angl. doping - dopingu). Kai priemaišos yra su „pertekliniais“ elektronais, silicio kristalai su jomis vadinami esančiais N-tipo (N – neigiamas). O kai priemaišos (pvz., boras) turi mažiau nei 4-is elektronus išoriniame lygyje, - P-tipo.

Tačiau šių dviejų tipų silicio plokštelės dar tebėra neutralios; tačiau reikalai keičiasi jas suglaudus. Tada N-pusės laisvi elektronai išvysta neužimtas pozicijas P-pusėje ir skuba jas užimti. Tačiau jie užima ne visas tas laisvas vietas – nes tokiu atveju tai būtų visai nenaudinga. Tiesiai ties plokštelių sulietimu jie sudaro kažką tarsi barjerą, trukdantį elektronams iš N-pusės patekti į P-pusę – galiausiai ten susidaro elektrinis laukas.

Tas laukas veikia kaip diodas, leidžiantis elektronas iš N-pusės tekėti į P-pusę, bet ne atvirkščiai. Ir čia, kai šviesos fotonai krenta į tokią celę, jie „išmuša“ papildomas skyles. Jei tai nutinka arti elektrinio lauko, laukas nukreipia išmuštą elektroną į N-pusę, o „skylę“ – į P-pusę. Taip atsiranda papildoma srovė – toji, kurią gamina saulės baterija.

Lieka dar viena problema – silicis yra gana blizgus ir gerai atspindi saulės šviesą. Kad dėl to nebūtų sumažinamas saulės modulių efektyvumas, jie padengiami atspindį sumažinančia danga. Tada lieka paskutinis žingsnis – modulį padengti apsaugine stiklo danga.

Silicio saulės baterijų efektyvumas yra apie 22-23%. Palydovuose įrengiamos ypač efektyvios baterijos, kurių efektyvumas pasiekia iki 50%. Ant stogų ir pan. įrengiamos saulės baterijos ne tokios efektyvios – 15-18%. Tad mokslininkai ieško būdų efektyviau panaudoti Saulės energiją, mat silicio baterijos netinka masiniam naudojimui dėl savo brangumo.

Ji vadinama balastu ir jos tikslas yra išlaikyti vietoje medinius pabėgius. Plieninius bėgius veikia karštis ir šaltis, jie plečiasi ir traukiasi, vibruoja priversdami vibruoti gruntą, tarp jų kaupiasi krituliai bei auga piktžolės. Ir nors 99% laiko jie „ilsisi“, tačiau likusį laiką veikiami apie 400 t svorio apkrovų. Tad tai nelengva problema, išspręsta maždaug prieš 200 m. – ir nuo tada sprendimas praktiškai nepatobulintas.

Jo principas – supilti pylimą, pakankamai aukštą, kad bėgių neužlietų vanduo. Viršuje klojate skaldos sluoksnį (balastą), ant kurio skersai bėgių kas 19,5 colio klojate medinius pabėgius (kietmedžio, paprastai ąžuolo ar pan. ir impregnuotus kreozotu), 8,5 pėdos ilgio, 9 colių pločio ir 7 colių storio, sveriančius apie 8 kg, kuriuos irgi apipilate skalda. Aštrūs skaldos kampai neleidžia pabėgiams slysti ir taip išlaiko juos vietoje. Pabėgiai vis ar daugiausia iš medžio, nors bandoma vietoje jo panaudoti ir kitas medžiagas. Virš jų klojami bėgiai (seniau tradiciškai po 39 pėdas, nes buvo atvežami 40 pėdų ilgio vagonais; dabar vis dažniau jie yra 78 pėdų). Anksčiau juos tvirtino tarpusavyje varžtais, tačiau dabar paprastai suvirinami. Atrodytų, kad pakaktų juos prie pabėgių pritvirtinti varžtais, tačiau tai neveikia, dėl šiluminio bėgių ilgio pokyčių. Tad juos prie pabėgių tvirtina spaustukais arba inkarais, juos prilaikančiais, tačiau leidžiančiais judėti išilgai, kai plečiasi ar traukiasi.

Balastas paskirsto jungčių apkrovą (kurios savo ruožtu atlaiko traukinio apkrovą ant bėgių, laikomos spaustukais), leidžia judėti gruntui, plėstis arba trauktis bėgiams, leidžia nutekėti lietui ar sniegui, o taip pat truktu bėgiams užželti piktžolėmis.

Rūgštys yra molekulės, kurios lengvai įgauna neigiamą krūvį. Dauguma jų tai daro prarasdamos protoną. Kuo stipresnė rūgštis, tuo lengviau ji atiduoda protoną. Rūgštingumas matuojamas pH („vandenilio potencialo“) skalėje. Kiekvienas žingsnis žemyn pH skale reiškia 10 k. daugiau išlaisvintų vandenilio jonų. Tad rūgštis su pH1 yra 100 tūkst. kartų reaktyvesnė nei rūgštis su pH6.

Mes gyvename beprotiškame informacijoje sraute, tačiau kartais mūsų smegenys iš jo ištraukia kažką nepaprastai subtilaus. Pavyzdžiui, leidžia pastebėti, kad automobilis šlapiame kelyje skleidžia kiek kitokį (minkštesnį, silpnesnį) garsą nei sausame. Kodėl?

Automobilis turi du pagrindinius garso šaltinius: variklį ir padangas. Padangose irgi yra keli garso šaltiniai, tačiau pagrindiniu yra protektoriai. Kai kurie grioveliai eina aplink, o kiti - iš padangos centro į šonus. Lygios padangos skleistų mažiau triukšmo, tačiau būtų labai pavojingomis, nes užtektų tik trupučio vandens ant kelio, kad neliktų padangos gumos ir kelio sukibimo. Grioveliai leidžia vandeniui kažkur nutekėti. Tai gerai matosi drėgną dieną – iš padangų griovelių trykšta vanduo.

Tačiau sausą dieną tie grioveliai yra garso šaltiniu. Į juos patekęs oras yra suspaudžiamas ir stumiamas lauk, kas pasireiškia kaip garso banga. Į šonus nueinantys grioveliai niekada nėra vienodu atstumu. Ir štai kodėl? Jei tie grioveliai būtų lygiai išsidėstę, ratui sukantis oras būtų išstumiamas iš jų vienodai, tad būtų skleidžiamas labai nemalonus vieno tono garsas. Tačiau kai grioveliai išsidėstę nelygiai, garsas išsiskaido į kelis dažnius – ir toks garsas nėra toks nemalonus žmogaus ausiai.

Tačiau tai dar ne viskas. Didžioji garso dalis kyla ten, kur padanga pirmiausia paliečia kelią. Jei į tą liniją pažvelgsime iš šono, pamatysime, kad kelias ir rato paviršius sudaro rago formą, - plyšys yra tarsi senovinių gramofonų rago. Ir su tuo pačiu efektu! Tas ragas sustiprina padangų triukšmą, o kadangi ratai nuolat sukasi važiuodami keliu, tai nepaprastai sunku pašalinti.

Kai kelias yra drėgnas, išstumiamo oro garsas yra pakeičiamas išstumiamo vandens garsu. Tačiau taškymasis vandeniu ne taip smarkiai paveikia aplinkinį orą – ir garsas yra ne toks garsus.

Garsas vidinę ausį gali pasiekti dviem skirtingais būdais. Oru perduotas garsas praeina išoriniu ausies kanalu, pro ausies būgnelį bei viduriniąją ausį iki sraigės (cochlea), skysčiu užpildytos spiralės vidinėje ausyje. Kaulais sklindantis garsas sraigės pasiekia tiesiogiai per kaukolės audinius.

Kalbant, jūsų balsas sklinda oru, tačiau kartu nuo balso stygų ir kt. balsą generuojančių organų keliauja ir tiesiai prie sraigės. Mechaninės galvos charakteristikos padidina jo žemo dažnio vibracijas. Garsas, kurį girdite kalbėdami, yra garsų, perduotų abiem būdais, derinys.

Kai klauso įrašyto savo balso, lieka tik oru perduodamo garso suvokimas. Dar kitokį efektą patiriate, kai kalbate užsikišę ausis – tokiu atveju „girdite" tik audiniais perduotą savo balsą. Kai kurie žmonės tokie jautrūs šiam būdui, kad juos trikdo net jų kvėpavimo garsai ar akių obuolio sukiojimasis.

Aišku, ne kartą stebėjote daiktų, gyvūnų, augalų vaivorykštines spalvas: kai kurių mineralų persilliejančios spalvos, alyvos dėmės, „surūdijusio vandens“, muilo burbulų, įtrūkimų lede ar stikle... Gyvūnų pasaulyje – povo plunksnos, o retu „metaliniu blizgesiu“ gali pasigirti kai kurie drugiai, vabalai ir musės. Ir visais tais atvejais spalvos gautos ne dažų, o šviesos spalvų sąveika - interferencija plonuose skaidrių medžiagų sluoksniuose (interferencija - bangų amplitudės padidėjimas ar sumažėjimas joms „užeinant“ vienai ant kitos).

Kaip tai vyksta? Kai šviesa krenta į skaidrią ploną plėvelę, ji skyla į dvi dalis: viena dalis atsispindi nuo išorinio paviršiaus, o kita pereina per plėvelę dalinai atsispindėdama nuo vidinio priešingo paviršiaus. Tad susidaro du atspindėti spinduliai, kuri užsikloja vienas ant kito, o kadangi jie kilę iš to paties šaltinio, tau šviesos bangų svyravimai juose suderinti. Tokios bangos vadinamos koherentinėmis. Antrasis spindulys plėvelės storį įveikia dukart ir todėl „vėluoja“ pirmojo spindulio atžvilgiu. Vėlavimo dydis priklauso nuo plėvelės storio ir jos įveikimo krypties (t.y. šviesos kritimo kampo).

Persiklojant spinduliams baltos šviesos bangos tarsi išskaidomos, vienas sustiprinant, o kitas susilpninant. Labiausiai prisotintos interferentinės spalvos gaunamos tik esant storiui, sulyginam su matomos šviesos bangų ilgiais (0,38-0,78 mkm), tuo tarpu storesnėse plėvelėse spalvinė gama silpnesnė, o labai plonos plėvelės atrodo pilkos ar net juodos.

Berlyno mėlio¹⁾, tamsiai mėlynų dažų, kurį 1706 m. atrado vokiečių chemikas Disbachas²⁾, pradžioje trūko dėl žaliavų trūkumo. Be to, jo gamybos metodas 20 m. buvo laikytas paslaptyje. Tačiau tada chemijai į pagalbą atėjo juodoji metalurgija.

Anglijos Kindo miestelyje buvo senovinių akmeninių lydymo krosnių. Jų naudojimas buvo naudingas tuo, kad ketaus gamybai visos reikalingos medžiagos buvo išgaunamos greta – ir ketaus savikaina neviršijo pramoniniu būdu lydomo ketaus iš atvežtinių žaliavų. Tačiau netrukus Kindo metalurgai, nenorėdami atsilikti nuo labiau šiuolaikinių krosnių savininkų, nusprendė pagreitinti lydymo procesą ir ėmė naudoti pūtimą. Ir staiga akmeninės krosnys ėmė tekėti. Per plyšius jų sienelėse ėmė sunktis kažkokia skysta druska.

Inžinierius Klarkas susidomėjo tomis išskyromis ir nustatė, kad 53% jų sudaro mėlynasis kalis, kurio taip trūko Berlyno mėlio gamybai. Vėliau jis nustatė, kad spaudžiamas įkaitęs deguonis, besijungdamas su geležies oksidu, kaip tik ir skatino tokių išskyrų susidarymą.

Ir netrukus rinkoje atsirado daugelio atspalvių dažų - nuo šviesiai žydros iki tamsiai žalių chrominių ir cinkinių – žalumų. Atpigus jie imti naudoti odos apdirbime, tipografijose ir dailėje.

¹⁾ Berlyno mėlis (arba „Prūsų“, „Karaliaučiaus“, o dailėje - „Paryžiaus“ mėlis) – tamsiai mėlynas pigmentas, ferocianidas, kurio ideali formulė yra Fe₇(CN) ₁₈ (kitaip - Fe₄(Fe(CN)₆)₃. „Prūsišką” pavadinimą jis įgavo todėl, kad nuo 18 a. pradžios tokios spalvos buvo šaulių ir artileristų uniformos.
Seniausias žinomas paveikslas, kuriame panaudotas šis pigmentas yra P. van der Werff‘o „Kristaus laidojimas“. Šiuo metu Karaliaučiaus mėlis naudojamas retokai, vietoje jo dažniau naudojamas stabilesnis ftalocianinas. Tačiau jis naudojamas medicinoje sunkiai apsinuodijus metalais, pvz., taliu ar radioaktyviais cezio izotopais.

²⁾ Johanas Disbachas (Johann Jacob Diesbach) - šveicarų pigmentų ir dažų gamintojas, kuris apie 1706 m. dirbdamas Berlyne J. Dippel’io laboratorijoje atsitiktinai pirmąkart susintetino Berlyno mėlį. Tai buvo svarbus atradimas, nes kiti mėlyni pigmentai nebuvo labai geri arba buvo neprieinami plačiam naudojimui. Pigmentą pirmąkart paminėjo ornitologas J. Frisch‘as (1666-1743) 1708 m. kovo mėn. 31 d. laiške Leibnicui.