Беседы о физике и технике

ДАВАЙТЕ ПОГОВОРИМ О КОНКРЕТНЫХ ПРИМЕРАХ.

Пожалуйста. Электроэнергия не только служит источником освещения, но и используется для приведения в действие различных машин и аппаратов для механической дойки коров, стрижки овец, для подогрева воды, пастеризации молока, выведения цыплят в инкубаторах, приготовления кормов, обогрева помещений, а также в автоматизированных системах управления (АСУ) производственными процессами.

В качестве конкретного примера расскажем, как с помощью электромагнитов происходит очистка зерна и сыпучих кормов от случайно попавших в них кусочков железа (гвоздей, гаек, опилок), а также от сорняков. Семена очищаются в специальной машине СМЩ-04 (рис. 11).

Рис. 11. Схема электромагнитной семеочистки

Ее основой является полый латунный вращающийся на оси цилиндр 1, внутри которого находится неподвижный электромагнит 2, питаемый постоянным током. Идея очистки состоит в том, что семена сорняков в отличие от семян трав (клевера, люцерны и др.) имеют шероховатую поверхность. И вот смесь семян, например клевера, сорняков и железного порошка из специального бункера 3 поступает на вращающийся барабан и попадает в сильное магнитное поле, создаваемое электромагнитом. Семена клевера, не имеющие на своей гладкой поверхности железного порошка, не притягиваются к барабану и попадают в ящик А, тогда как семена сорняков, покрытые железным порошком, притягиваются к цилиндру и в конечном итоге накапливаются в ящике Б. Железный порошок затем отделяют от семян сорняков и вновь многократно используют.

А КАК «РАБОТАЮТ» НА СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ?

Приведем несколько примеров. Это и освещение теплиц в зимнее время, и «ловушки солнечной энергии» (парники), и уничтожение болезнетворных бактерий ультрафиолетовыми лучами, облучение ими животных для борьбы с рахитом, и сушка древесины, зерна, овощей, сена, борьба с амбарными вредителями с помощью инфракрасного излучения.

И ДАЖЕ АТОМ ПОЛУЧИЛ ЗДЕСЬ ОДНУ ИЗ САМЫХ МИРНЫХ СВОИХ ПРОФЕССИЙ.

В последнее время в сельскохозяйственную практику все шире внедряются «меченые атомы» — атомы радиоактивных изотопов, ядра которых испускают α-, β-частицы или γ-излучение.

При помощи «меченых атомов» осуществляют лабораторные испытания хода биологических процессов в растениях, их питания и развития, исследования по борьбе с вредными насекомыми и болезнями.

Для уничтожения вредных микроорганизмов все шире стали применять радиоактивное излучение (γ-излучение). Оказалось, что облученные фрукты, овощи, молочные продукты значительно дольше сохраняются, а стерилизация консервов (без их нагревания) с помощью облучения более экономична и удобна для массового производства. Картофель, обработанный γ-излучением, не портится и не прорастает, например, более года, а обработка семян растворами солей радиоактивных изотопов повышает их всхожесть и, следовательно, урожайность на 17–20 %.

ПРИГОДИЛСЯ ЗДЕСЬ И УЛЬТРАЗВУК.

Ультразвук — звуковые волны высокой частоты — получил широкое применение в сельском хозяйстве. Он предотвращает образование накипи в паровых котлах низкого давления (в кормозапарниках, например), убивает насекомых, отпугивает гусениц. Ультразвуком облучают семена овощей (урожайность повышается на 20–25 %).

НУ, И ВЕЗДЕСУЩИЙ ЛАЗЕР…

Еще более универсален лазерный луч. Им обрабатывают семена, увеличивая их всхожесть и урожайность, лазер помогает вести геодезические работы, а лазерная установка-анализатор позволяет получить обобщенный показатель микроклимата поля сразу на всей его площади за 10 мин, выполняя суточную работу комплексной лаборатории. Лазер «проверяет атмосферу» (с его помощью измеряют количество газовых примесей в воздухе). Передвижная установка позволяет вести наблюдения за состоянием воздушного бассейна жилых районов, лесных массивов, парков и заповедников на значительных расстояниях и с высоким качеством результатов.

ТАКАЯ ЗАМЕЧАТЕЛЬНАЯ КАРТИНА!..

И все же наука пока еще в долгу перед сельским хозяйством. Сейчас речь должна идти не просто о помощи в отдельных направлениях, а о разработке принципиально новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур (яркий пример тому гидропоника — выращивание растений без грунта). Принципиально новых путей нужно искать и в конструировании техники для сельского хозяйства: не только брать необходимое у природы, но и сберегать ее. Требуют новых решений процессы транспортировки и сохранения урожая, его переработки. Как видите, проблем пока еще больше, чем достижений.

3. Физика и техника низких температур

В 1908 г. в физической лаборатории Лейденского университета под руководством выдающегося голландского физика Камерлинг-Оннеса был получен жидкий гелий при температурах, близких к Т = 0 К (абсолютному нулю температур).

В 1911 г. Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости (Нобелевская премия 1913 г.).

И вот не прошло и ста лет, как из этих открытий возникла целая наука — физика низких температур, а затем и обширная область — техника низких температур.

Изучение явления сверхпроводимости и других свойств веществ при низких температурах интенсивно продолжается и в наши дни, составляя одно из важнейших направлений физики и техники современности.

Основоположником теории физики низких температур стал дважды Герой Социалистического Труда Нобелевский лауреат акад. Петр Леонидович Капица (1894–1984).

РАССКАЖИТЕ ПОДРОБНЕЕ ОБ ЭТОМ УЧЕНОМ.

Окончив в 1918 г. электромеханический факультет Петроградского политехнического института, Петр Леонидович начал свою научную работу в этом институте на кафедре основателя отечественной физической школы акад. А.Ф.Иоффе (1880–1960).

В 1921 г. П.Л.Капицу направили в научную командировку в Англию. Здесь он работал в знаменитой Кавендишской лаборатории Кембриджского университета под руководством прославленного Э. Резерфорда, а с 1924 по 1932 г. был его заместителем по лаборатории. Уже в те годы у П. Л. Капицы проявился характерный для него революционный подход к любой проблеме, за которую он брался, появились первые научные исследования в области явлений, протекающих в сильных магнитных полях и при низких температурах.

Крупные успехи П. Л. Капицы побудили Лондонское Королевское общество организовать в 1930 г. специальную лабораторию для работы в области низких температур и в сильных магнитных полях, директором которой был назначен Петр Леонидович.

Вернувшись в 1934 г. из Англии в Москву, он организовал Институт физических проблем, который был оснащен полученным из Англии оборудованием, включая и построенные П. Л. Капицей установки. С этого года и до последних дней жизни П. Л. Капица являлся бессменным директором вновь организованного института, вел интенсивную научную и общественную работу. П. Л. Капица был одним из инициаторов создания Московского физико-технического института — одного из ведущих и крупнейших в нашей стране высших учебных заведений.

КАК ПОЛУЧАЛИ НИЗКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТЕ ВРЕМЕНА?

Низкие температуры в 30-е годы начали получать с помощью жидкого гелия на специальных устройствах, работающих на основе эффекта Джоуля — Томсонау — используя охлаждение газа при его дросселировании, т. е. при пропускании газа через вентиль, создававшим большой перепад давления. Охлаждение газа в этом случае связано с его неидеальностыо, и эффект Джоуля — Томсона приводит к охлаждению газа только тогда, когда его температура ниже так называемой температуры инверсии. Для гелия, например, температура инверсии составляет около 15 К, поэтому в ожижителях гелия, работающих на основе эффекта Джоуля — Томсона, необходимо иметь предварительную ступень охлаждения гелия жидким водородом, поскольку температура инверсии у водорода выше, чем у гелия («всего» 100 К).