Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Шрифт:
Корректирует направление лучей установленная в трубке пластиновидная теневая маска из инвара — сплава из 64 % железа и 36 % никеля. Инвар менее всех остальных металлов и сплавов меняет линейные размеры при колебаниях температуры среды. В теневой маске проделаны малые отверстия, соответствующие зернам люминофора. В некоторых теневых масках проделаны щели, заменяющие систему отверстий. Такие маски называют уже не масками, а апертурными решетками.
6. Агрегатные состояния вещества
Создавая
Естественно, в ту пору они не могли догадываться, что помимо этих агрегатных состояний в природе существуют и другие. Одно из них — это состояние полной нейтронизации вещества, характерное для далеких звезд-пульсаров. В земных условиях вещество в данном состоянии пребывать не может. Зато может находиться в состоянии, промежуточном между основными.
Аморфное состояние
Промежуточные состояния немногочисленны, но крайне интересны. Внешне вещество, пребывающее в таком состоянии, напоминает какое-нибудь обычное твердое тело или жидкость, однако по своим свойствам и молекулярному строению не является ни тем, ни другим. Наиболее интересно аморфное состояние, пребывающие в котором тела внешне нередко напоминают кристаллы. На самом же деле нет ничего более фальшивого, чем эти кристаллы. Истинное кристаллическое вещество имеет четко упорядоченную структуру, тогда как внутри аморфных веществ царит полнейший хаос. Отсюда происходит и само слово «аморфный», означающее в переводе с греческого «бесформенный».
Открытие природы стекла
Согласно древней легенде, первооткрывателями аморфного состояния являются якобы безвестные финикийские или греческие торговцы. Сделав во время одного из своих многочисленных плаваний остановку на острове, они устроили большой костер на берегу. Песок от высокого жара расплавился и превратился в стекловидную массу.
В античности стекло не нашло существенного применения, даже зеркала тогда изготавливались преимущественно из металла. Но в последующие эпохи стекла стали применяться все чаще и чаще. В средние века получило широкое распространение использование цветной стеклянной мозаики для украшения окон в храмах.
Позднее Средневековье и начало Нового времени ознаменованы распространением стеклодувного производства. Разработкой технологий получения цветных стекол занимался М. В. Ломоносов. Открытие особой природы стекла состоялось лишь в XX в., когда ученые во всем мире стали проводить крупномасштабные исследования атомарной и молекулярной структуры разных веществ посредством рентгеновских лучей. Длина волны таких лучей настолько мала, что они легко высвечивают крайне малые элементы строения вещества, включая молекулы, узлы кристаллической решетки, атомарные комплексы и отдельные атомы.
Выяснилось, что твердые физические тела обладают строго упорядоченным строением, причем оно остается практически неизменным во всех частях тела. То есть кристаллическая решетка, в которую выстроены атомы или молекулы твердого тела, неизменна в любой своей точке. Определенные узлы, комплексы или любые другие значимые структурные группы повторяются через некоторый пространственный интервал. Такое строение физического тела называется дальним порядком.
В жидкостях дальний порядок полностью отсутствует, зато существует ближний порядок, который и обеспечивает их вязкость. Ближний порядок означает наличие слабо связанных друг с другом молекулярных комплексов. Внутри комплекса частицы сравнительно упорядочены, но сами комплексы размещаются в пространстве
Стекла являются промежуточным состоянием между твердым телом и газом, от жидкостей их отличает лишь крайне высокая плотность. Из-за этого аморфные тела внешне проявляют почти все существенные признаки твердых, хотя атомы внутри этих тел не занимают строго определенного положения. Таким образом, стекла никогда не образуют многогранных кристаллов. Название «стекло» было присвоено аморфным телам не случайно. Получить данное агрегатное состояние для какого-либо другого вещества, кроме стекла, довольно-таки трудно. В природе можно встретить тектиты, происхождение которых связывают с падением на нашу планету метеоритных тел, и вулканическое стекло. Тектиты представляют собой твердые каплевидные шарики темного цвета, которые находят в породах на всех континентах, за исключением Южной Америки. Во время падения метеоритного объекта грунт, в который врезается космическое тело, подвергается мощному ударному воздействию. В результате происходит взрыв раскаленного метеорита, и на земле образуется воронка-астроблем, называемая метеоритным кратером.
Астроблемы имеют форму чаши, а сверху выглядят кольцевыми структурами. Во время взрыва грунт внутри кратера разрушается и частично оплавляется, после чего оказывается выброшенным с высокой скоростью в небо. Постепенно дожди и ветра разрушают следы астроблема, а сами тектиты оказываются похороненными под слоем песков и прочего обломочного материала. Иногда они сохраняются на поверхности, причем в большом количестве.
В Австралии слезовидные тектиты, возраст которых датируется 600 тыс. лет, удается найти даже в желудках страусов эму, а также в гнездах шалашников, которые обожают собирать разнообразные блестящие предметы. Австралийские камни-капли относятся к семейству сравнительно молодых тектитов, к которым причисляются также найденные на Яве и Филиппинских островах. Гораздо древнее группа молдавитов, обнаруженных в Восточной Европе, главным образом в Чехии. Их возраст равняется 14,8 млн лет. Возраст же техасских тектитов насчитывает 30 млн лет.
Оплавленная масса грунта, образующая под действием взрывной волны капельки-тектиты, во время застывания превращается в стекло, а точнее, переходит в аморфоподобное состояние. Вулканическое стекло возникает при застывании лавовой массы, исторгнутой из недр вулкана. Нередко оно несет на себе следы двойного оплавления. Повторно стекло оплавляется тогда, когда поверх застывшей лавы течет новый раскаленный поток, плавящий подстилающее его вещество. Так возникает аморфоподобная масса.
Все прочие виды аморфных и аморфоподобных веществ, известных науке, были получены человеком. Таким образом, к моменту открытия данного агрегатного состояния наука располагала подробными сведениями о свойствах главным образом одного лишь стекла. И уже после глубокого изучения строения стекла стало возможным получение в лабораториях и на производстве новых видов аморфных тел, также названных стеклами.
Получить аморфное тело можно не из каждого вещества. Больше всего подходят для этой цели расплавы с высокой вязкостью, причем чем выше вязкость жидкости, тем выше вероятность получения из последней стекла. Условием образования аморфной массы является чрезвычайно быстрое охлаждение жидкости. При плавном охлаждении избыточная тепловая энергия уходит в окружающую среду поэтапно, что позволяет хаотическим молекулам жидкости выстроиться в кристаллическую структуру. В веществе возникает дальний порядок одновременно с возрастанием вязкости, и оно становится твердым телом.