Промышленная резка бетона: rezkabetona.su
На главную  История 

Тверже алмаза

Работа тепловых машин подчиняется законам термодинамики, которые по традиции называют началами. Закон сохранения энергии для тепловых систем именуется первым началом термодинамики. А вторым её началом именуется принцип, утверждающий, что все процессы, связанные с теплообменом, расширением газов и выделением тепла, самопроизвольно происходят лишь в одном направлении. Газ течёт из области с высоким давлением туда, где давление ниже; нагретое тело отдаёт тепло прохладному; электрический ток идёт от большего потенциала к наименьшему. Во время этих переходов может производиться подходящая работа. Чтобы создать разность давлений, температур либо потенциалов, необходимо сжимать газ, нагревать воду, разделять электрические заряды. И тут имеется собственного рода асимметрия: работу в тепло можно перевоплотить полностью, а тепло в работу — только частично. Какая-то доля его неизбежно уходит от двигателя к приёмнику тепла, к холодному телу. Повинно в этом не только трение, преобразующее энергию в тепло. второе начало термодинамики обосновывает, что тепло переходит в работу целиком, лишь если холодное тело имеет температуру абсолютного нуля (-273,16 °С). Но этой температуры достигнуть нереально в принципе, и хоть какой настоящий тепловой процесс неизбежно приводит к рассеянию энергии. Поэтому вечный двигатель второго рода поведёт себя совершенно так же, как и движок первого рода: исчерпав запас внутренней энергии, он остановится. «Концентрировать» и заставлять работать рассеянную энергию столь же бессмысленно, как собирать разлитую воду, заливать в бак и крутить ее потоком турбину — проще делать это вручную. Но не вся природная энергия находится в рассеянном состоянии. В атмосфере появляются перепады давления, поверхность океана нагревается, а его придонные слои остаются прохладными. Там же, где есть разница температур или давлений, имеется возможность получить энергию и перевоплотить ее в работу.

 

Самое твёрдое вещество в природе — алмаз. Это углеродное соединение имеет кристаллическую решётку в форме тетраэдра (пирамиды с 4-мя равновеликими треугольными гранями). Его вершины образованы 4-мя атомами углерода. Треугольник совсем жёсткая фигура: его можно сломать, однако деформировать либо смять нельзя. Именно потому крепкость алмаза столь высока. В природе известны кристаллы с решёткой, состоящей не из атомов, а из молекул. Если молекулы довольно велики и связи меж ними сильны, то кристаллическая решётка оказывается очень прочной. Сиим условиям в полной мере отвечают фуллерены: имея диаметр больше 0,5 нм, они соединяются в кристалл с ячейками размером менее 1,5 нм. Сначала 90-х гг. XX в. русские учёные смогли получить первые эталоны нового вещества — фуллерита. Это кристаллы размером 5—6 мм; их острые грани царапают алмаз так же просто, как алмаз — стекло. Исследования проявили, что существует, по меньшей мере, два варианта «упаковки» молекул в кристалле фуллерита. В первом ячейки повторяют форму тетраэдра, а во втором имеют форму куба с отдельным фуллереном снутри. Расстояние меж молекулами в таких кристаллах меньше, чем расстояние меж атомами в решётке алмаза. Не считая того, в ячейках обоих видов есть «особый» фуллерен, взаимодействующий с остальными через 12—16 совсем маленьких и мощных межмолекулярных связей. Всё это и определяет необычайную твёрдость кристаллического фуллерита: она в два-три раза выше твёрдости алмаза. Неповторимые свойства нового вещества окажутся особенно ценными при изготовлении устройств для измерения твёрдости материалов и «вечных» нестираемых покрытий. Не считая того, из фуллерита можно делать такие инструменты для бурения скважин, обработки легированных сталей, керамических материалов, камней (в том числе алмазов!), о которых технологи ещё вчера могли лишь грезить. Пока нанотехнология делает 1-ые шаги, но уже сейчас разумеется: исследования в этой области — фундамент для техники принципиально другого уровня. Ведь создание нанотрубных материалов по собственной значимости сравнимо с освоением сплава старым человеком. Может быть, что нанотехнология — начало новой научно-технической революции, а мы стоим на пороге века углерода.



Лесозаготовки в xxi веке. Конструкционные материалы. Электровакуумные приборы. Часы.

На главную  История 





0.0144
 
Яндекс.Метрика