Category Archives: Fizikalna hemija

Atomska fizika, Fizika čvrstog stanja, Fizikalna hemija, Koncepti u fizici, Moderna fizika, Najnovija istraživanja i otkrića

Šta je to materija neutronijum?

Leave a comment

Neutronijum (ponekad skraćen do neutrijuma, koji se naziva i neutrit) je hipotetička supstanca sastavljena isključivo od neutrona. Riječ je izumio  naučnik Andreas von Antropoff 1926. godine (prije otkrića neutrona) za hipotetički „element atomskog broja nula“ (sa nultom protona u svom jezgru) koji je postavio na čelo periodične tablice (označen sa crtica, bez simbola elementa). Međutim, značenje termina s vremenom se mijenjalo, a od posljednje polovice 20. stoljeća nadalje, također se koristilo za označavanje izuzetno gustih tvari nalik na materiju koja degenerira neutron i teoretizira da postoji u jezgrama neutronskih zvijezda; u daljnjem tekstu “degenerirani neutronijum” odnosi se na ovo. Naučna fantastika i popularna literatura često koriste izraz “neutronijum” da bi se odnosili na visoko gustu fazu materije sastavljenu uglavnom od neutrona.

Neutronijum se koristi u popularnoj fizičkoj literaturi da bi se odnosio na materijal prisutan u jezgrama neutronskih zvijezda (zvijezde koje su previše masivne da bi bile podržane pritiskom degeneracije elektrona i koje se urušavaju u gušće faze materije). Izraz se vrlo rijetko koristi u naučnoj literaturi iz tri razloga: postoji više definicija za pojam “neutronijum”; postoji znatna neizvjesnost oko sastava materijala u jezgrama neutronskih zvijezda (to može biti materija koja degenerira neutron, čudna tvar, kvarkova tvar ili varijanta ili kombinacija gore navedenog); svojstva materijala neutronske zvijezde trebaju ovisiti o dubini zbog promjene tlaka (vidjeti dolje), a ne očekuje se da postoji oštra granica između kore (koja se sastoji prije svega od atomskih jezgara) i gotovo protonskog unutrašnjeg sloja.

Kada se pretpostavlja da se materijal jezgre neutronske zvijezde sastoji od slobodnih neutrona, u naučnoj se literaturi obično naziva materija koja raste iz neutrona.

Izraz “neutronijum” skovao je 1926. Andreas von Antropoff za pretpostavljeni oblik materije sastavljen od neutrona bez protona ili elektrona, koji je kao hemijski element atomskog broja nula stavio na čelo svoje nove verzije periodike stola. Potom je postavljen u sredinu nekoliko spiralnih prikaza periodičkog sustava za razvrstavanje kemijskih elemenata, poput onih Charlesa Janeta (1928), E. I. Emersona (1944) i Johna D. Clarka (1950).

Iako se taj pojam ne koristi u znanstvenoj literaturi ni za kondenzovani oblik materije, ni kao element, postojala su izvješća da osim slobodnog neutrona mogu postojati i dva vezana oblika neutrona bez protona. Ako bi se neutronijum smatrao elementom, tada bi se ti nakupini neutrona mogli smatrati izotopima tog elementa. Međutim, ti izvještaji nisu dalje potkrijepljeni.

Mononeutron: Izolovani neutron prolazi beta raspadu sa srednjim životnim vekom od oko 15 minuta (poluživot otprilike 10 minuta), pretvarajući se u proton (jezgro vodika), elektron i antineutrino.


Dineutron: Dineutron, koji sadrži dva neutrona, nedvosmisleno je uočen 2012. godine pri raspadanju berilijuma-16. Nije vezana čestica, već je predložena kao izuzetno kratkotrajno rezonantno stanje proizvedeno nuklearnim reakcijama koje uključuju tritij. Predlaže se da postoji prolazno postojanje u nuklearnim reakcijama koje proizvode helioni (jezgre helija 3, potpuno ionizirane), što rezultira stvaranjem protona i jezgra koji imaju isti atomski broj kao ciljno jezgro, ali masovni broj dvije jedinice veće . Hipoteza o dineutronu dugo se koristila u nuklearnim reakcijama s egzotičnim jezgrama. Nekoliko primjena dineutrona u nuklearnim reakcijama može se naći u preglednim radovima.

Dokazano je da je njegovo postojanje relevantno za nuklearnu strukturu egzotičnih jezgara. Sistem sastavljen od samo dva neutrona nije povezan, mada je privlačnost između njih gotovo gotovo dovoljna da ih učini tako. To ima neke posljedice na nukleosintezu i obilje hemijskih elemenata.
Trineutron: Trineutronsko stanje koje se sastoji od tri vezana neutrona nije otkriveno i ne očekuje se da će postojati čak i kratko vrijeme.
Tetraneutron: Tetraneutron je hipotetička čestica koja se sastoji od četiri vezana neutrona. Izvještaji o njegovom postojanju nisu ponovljeni.
Pentaneutron: Proračuni pokazuju da hipotetičko stanje pentaneutrona, koje se sastoji od grozda pet neutrona, ne bi bilo vezano.

Iako se ne naziva “neutronijum”, kartice nuklearnog novčanika Nacionalnog centra za nuklearne podatke navode kao svoj prvi “izotop” “element” sa simbolom n i atomskim brojem Z = 0 i masnim brojem A = 1. Ovaj izotop je opisan kao raspada na element H s poluživotom od 10,24 ± 0,2 min.

OSOBINE

Neutronska materija ekvivalentna je hemijskom elementu s atomskim brojem 0, što znači da je ekvivalentna vrsti atoma koja nema protone u svojim atomskim jezgrama. Izuzetno je radioaktivan; njegov jedini legitimni ekvivalentni izotop, slobodni neutron, ima poluživot od samo 10 minuta, što je uporedivo sa polovinom najstabilnijeg poznatog izotopa francijuma. Neutronska materija brzo se raspada u vodonik. Neutronska materija nema elektronsku strukturu zbog njegovog potpunog nedostatka elektrona. Međutim, kao ekvivalentan element mogao bi se svrstati u plemeniti plin.

Skupna neutronska materija nikada nije viđena. Pretpostavlja se da bi se neutronska tvar pojavila kao hemijski inertan plin, ako bi se dovoljno sakupilo da bi se moglo posmatrati kao rasuti plin ili tekućina, zbog općeg izgleda elemenata u plemenitom plinskom stupcu periodične tablice.

Iako je ovaj životni vijek dovoljno dugačak da dozvoli proučavanje hemijskih svojstava neutronija, postoje ozbiljni praktični problemi. Bez naelektrisanja ili elektrona, neutronij ne bi snažno komunicirao s običnim niskoenergetskim fotonima (vidljivom svjetlošću) i ne bi osjećao elektrostatičke sile, pa bi difundirao u zidove većine spremnika izrađenih od obične materije. Određeni materijali mogu se oduprijeti difuziji ili apsorpciji ultrahladnih neutrona zbog nuklearno-kvantnih efekata, tačnije refleksije uzrokovane jakom interakcijom. Na sobnoj temperaturi i u prisustvu drugih elemenata, toplotni neutroni lako prolaze kroz hvatanje neutrona, čime se stvaraju teži (a često i radioaktivni) izotopi.

Materija neutralnog plina pri standardnom pritisku i temperaturi predviđa da je zakon idealnog plina manje gusta čak i od vodika, a gustoća je svega 0,045 kg / m3 (otprilike 27 puta manje gusta od zraka i upola gušća od plinova vodika). Predviđa se da će materija neutrona ostati plinovita do apsolutne nule pri normalnim pritiscima, jer je energija nulte točke u sistemu previsoka da bi omogućila kondenzaciju. Međutim, neutronska tvar bi u teoriji trebala tvoriti degenerirani plinoviti Bose-Einstein kondenzat pri ovim temperaturama, sastavljen od neutronskih parova koji se nazivaju dineutroni. Pri višim temperaturama materija neutrona kondenziraće se samo s dovoljnim pritiskom, a očvrsće se s još većim pritiskom. Takvi pritisci postoje u neutronskim zvijezdama, gdje ekstremni pritisak uzrokuje da se materija neutrona degenerira. Međutim, u prisustvu atomske materije stlačene do stanja degeneracije elektrona, β-raspad se može inhibirati zbog Paulijevog isključenja, čineći tako slobodne neutrone stabilnima.

Izvor: Wiki

Atomska fizika, Fizikalna hemija, Hemija/kemija, Medicina, Medicinska fizika, Ostale nauke

Šta je to tekući kisik?

Leave a comment

Tečni kiseonik – skraćeno LOx, LOX ili Lox u vazduhoplovnoj, podmorničkoj i gasnoj industriji – je tečni oblik dijatomskog kiseonika. Korišten je kao oksidant u prvoj raketi sa tekućim gorivom koju je 1926. izumio Robert H. Goddard u aplikaciji koja traje do danas.

Fizikalne osobine

Tečni kiseonik ima blijedo plavu boju i snažno je paramagnetan: može se suspendirati između polova moćnog + U-magneta (potkova). Tečni kisik ima gustoću od 1,141 g / cm3 (1,141 kg / L ili 1141 kg / m3), nešto gušće od tekuće vode i kriogen je sa tačkom smrzavanja 54,36 K (−218,79 ° C; −361,82 ° F) i tačka ključanja 90,19 K (−182,96 ° C; −297,33 ° F) na 101,325 kPa (760 mmHg). Tečni kiseonik ima omjer ekspanzije od 1: 861 u 1 standardnoj atmosferi (100 kPa) i 20 ° C (68 ° F), [3] [4] i zbog toga se koristi u nekim komercijalnim i vojnim zrakoplovima kao prenosivi izvor kisika za disanje.

Zbog svoje kriogene prirode, tečni kiseonik može uzrokovati da materijali koje dodirne postanu izuzetno krhki. Tečni kisik je takođe vrlo snažno oksidacijsko sredstvo: organski materijali će sagorjeti brzo i energično u tekućem kisiku. Nadalje, ako su natopljeni u tekućem kisiku, neki materijali poput ugljena briketa, čađe itd. mogu detonirati nepredvidivo od izvora zapaljenja, poput plamena, iskre ili udara laganim udarcima. Petrokemijska sredstva, uključujući asfalt, često pokazuju ovakvo ponašanje.

Molekul tetraoksigena (O4) prvi je put predvidio 1924. godine Gilbert N. Lewis, koji ga je predložio da objasni zašto tečni kiseonik prkosi Curievu zakonu. Moderne računalne simulacije pokazuju da iako ne postoje stabilne molekule O4 u tečnom kisiku, O2 molekule se obično udružuju u paru sa antiparalnim spinovima, formirajući privremene O4 jedinice.

Tečni dušik ima nižu tačku ključanja na −196 ° C (77 K) od kisika –183 ° C (90 K), a posude koje sadrže tečni dušik mogu kondenzirati kiseonik iz zraka: kada većina dušika isparava iz takve posude tamo rizik je da preostali tečni kisik može burno reagirati s organskim materijalom. Suprotno tome, tečni azot ili tečni vazduh mogu se obogatiti kiseonikom ostavljajući ga da stoji na otvorenom; atmosferski kisik se u njemu rastvara, a dušik isparuje.

Površinska napetost tekućeg kisika pri njegovoj normalnoj tački ključanja iznosi 13,2 dyna / cm.

Upotreba

U trgovini se tečni kiseonik klasifikuje kao industrijski gas i široko se koristi u industrijske i medicinske svrhe. Tečni kiseonik se dobija iz kiseonika koji se prirodno nalazi u zraku frakcionom destilacijom u postrojenju za odvajanje kriogenih zraka.

Zračne snage odavno su prepoznale strateški značaj tečnog kisika, i kao oksidansa i kao opskrbe plinovitim kisikom za disanje u bolnicama i na letovima sa velikih visina. Godine 1985. USAF je započeo program izgradnje vlastitih postrojenja za proizvodnju kisika na svim većim osnovama potrošnje.

Historija
Do 1845. Michael Faraday uspio je pretvoriti u tečnost većinu tada poznatih gasova. Šest plinova, međutim, odolijevalo je svakom pokušaju likvidacije i tada su bili poznati kao “stalni plinovi”. Bili su to kiseonik, vodonik, azot, ugljen monoksid, metan i azotni oksid.

  1. godine Louis Paul Cailletet u Francuskoj i Raoul Pictet u Švicarskoj uspjeli su proizvesti prve kapljice tekućeg zraka.
  2. godine poljski profesori Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski proizveli su prvu mjerljivu količinu tekućeg kisika.

Izvor: https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_oxygen

Fizikalna hemija, Hemija/kemija, Ostale nauke, Sva Fizika

Nobelova nagrada za hemiju 2019. dodijeljena je za razvoj “litijum-jonskih baterija“.

Leave a comment

Kraljevska švedska akademija nauka odlučila je dodijeliti Nobelovu nagradu za hemiju 2019. godine za

John B. Goodenough
Univerzitet u Teksasu u Austinu, SAD

M. Stanley Whittingham
Univerzitet Binghamton, Državni univerzitet u New Yorku, SAD

Akira Yoshino
Korporacija Asahi Kasei, Tokio, Japan
Univerzitet Meijo, Nagoya, Japan

“Za razvoj litijum-jonskih baterija”

Nobelova nagrada za hemiju 2019. nagrađuje razvoj litijum-jonske baterije. Ova lagana, punjiva i moćna baterija sada se koristi u svemu, od mobilnih telefona do laptopa i električnih vozila. Također može pohraniti značajne količine energije iz solarne energije i energije vjetra, čineći tako društvo bez fosilnih goriva.



Litijum-jonske baterije se globalno koriste za napajanje prenosive elektronike koju koristimo za komunikaciju, rad, proučavanje, slušanje muzike i traženje znanja. Litijumske baterije omogućile su i razvoj električnih automobila dugog dometa i skladištenje energije iz obnovljivih izvora, poput solarne energije i energije vjetra.

Temelj litijum-jonske baterije postavljen je tokom naftne krize 1970-ih. Stanley Whittingham radio je na razvoju metoda koje bi mogle voditi ka energetskim tehnologijama bez goriva. Započeo je s istraživanjem superprovodnika i otkrio izuzetno energetski bogat materijal koji je koristio za stvaranje inovativnog katoda u litijumskoj bateriji. Napravljen je od titanijum-disulfida koji na molekularnoj razini ima prostore u kojima se mogu smjestiti – interkalirati – litijevi ioni.

Anoda baterije bila je djelomično napravljena od metalnog litijuma, koji ima snažan pogon za oslobađanje elektrona. To je rezultiralo baterijom koja je bukvalno imala veliki potencijal, nešto više od dva volta. Međutim, metalni litij je reaktivan i baterija je bila previše eksplozivna da bi bila održiva.

John Goodenough je predvidio da će katoda imati još veći potencijal ako se napravi korištenjem metalnog oksida umjesto metalnog sulfida. Nakon sistematske pretrage, 1980. godine pokazao je da kobaltov oksid sa interkaliranim litijumskim ionima može proizvesti čak četiri volta. Ovo je bio važan proboj i doveo je do mnogo moćnijih baterija.

S Goodenoughovom katodom kao osnovom, Akira Yoshino je 1985. stvorio prvu komercijalno održivu litijum-jonsku bateriju. Umjesto da koristi reaktivni litij u anodi, koristio je naftni koks, karbonski materijal koji, poput katodinog kobaltovog oksida, može interkalirati litijum-ioni .

Rezultat je bila lagana, čvrsta baterija koja se mogla napuniti stotine puta prije nego što se njezin rad pogorša. Prednost litijum-jonskih baterija je što se ne zasnivaju na hemijskim reakcijama koje razgrađuju elektrode, već na litijum-jonima koji teku između anode i katode.



Litijum-jonske baterije revolucionirale su naš život od kada su prvi put izašli na tržište 1991. One su postavile temelje bežičnog, fosilnog društva bez goriva, i od najveće su koristi za čovječanstvo.

Izvor: nobelprize.org

Fizika okoliša, Fizika sistema, Fizika u svakodnevnici, Fizika u vojsci, Fizikalna hemija, Medicina, Medicinska fizika, Mjerenja u fizici, Primjenjena fizika

Šta je u seriji Chernobyl istinito, a šta izmišljeno?

Leave a comment

Jutarnji.hr je prenio zanimljiv interviju sa hemičarom Pavle M. sa univerziteta u Mančesteru u kojem on govori o tome koliko ima istine u miniseriji “Chernobyl”. Prema njemu serija je u biti propaganda protiv nuklearnih elektrana u kojima ukupno strada puno manje ljudi nego u radnicima ugljena. Ovo su postavljena pitanja i njegovi odgovori:

Je li HBO-ova serija fikcija ili povijesna drama?

– Formalno, serija nastoji biti povijesna drama te se držati činjenica i onoga što se doista događalo, ali je fikcije i netočnosti toliko da to postaje i štetno i opasno, posebno danas, kad je gradnja novih nuklearnih elektrana potrebnija nego ikad. Serija je prije svega senzacionalistička antinuklearna propaganda te vrvi predrasudama i stereotipima.

Što je u seriji istinito i dobro prikazano?

– Istina je da se dogodila havarija četvrtog postrojenja nuklearne elektrane u Černobilu, da je uzrok te havarije bila kombinacija loše dizajnirane elektrane i ljudskih pogrešaka, da je Sovjetski Savez bio carstvo javašluka i nemara, da su Sovjeti nastojali spriječiti širenje vijesti o havariji, da je razina sigurnosti bila loša i da su vatrogasci iz Pripjata poslani doslovno u smrt jer su mislili da gase običan požar.

Istina je da je reakcija bila prespora te da je evakuacija naroda uslijedila prilično kasno, da su mnogu vatrogasci umrli poput nesretnog vatrogasca Valerija Ignatenka, a njegova supruga Ljudmila rodila je mrtvo dijete.



Početak serije je istinit, dijalozi su iz spisa, Legasov je snimio vrpce i doista se i objesio.

Što je u seriji karikaturalno prikazano?

– Serija vrvi stereotipima o Sovjetskom Savezu, Slavenima, istočnoj Europi. Ono što je karikatura jest sama atmosfera Sovjetskog Saveza: prikazan je Staljinov Sovjetski Savez, a ne Gorbačovljev. Karikatura je i samo oslikavanje uloga u hollywoodskom, kaubojskom filmu: Djatlov je zloćo, partijski funkcionari su lašci i zlikovci, dakle, ‘bad guys’, a nepostojeća Uljana i Legasov su ‘good guys’.

Koji su detalji serije mit?

– Ima ih mnogo, ali navest ću neke. U prvoj epizodi se prikazuje kako je radijacija odmah ubijala ljude, spasioce i vatrogasce, što nije točno.



Također se prikazuje da radijacija izaziva krvarenje – prije su krvarili od opeklina nego od radijacije. Pogrešno se prikazuje izloženost radijaciji kao glavnom ili jedinom faktoru smrti 29 vatrogasaca.

U stvarnosti, postojale su ‘sinkrone ozljede’ koje čine ljude osjetljivijima na radijaciju te ih mogu ubiti čak i ako uspješno liječite posljedice zračenja. Na kraju serije se ističe da su sve osobe koje su s mosta gledale kako elektrana gori umrle, što je neistina i običan urbani mit.

Što je u seriji izmišljeno?

– Scena u kojoj zamjenik ministra rudarstva nagovara rudare da odu kopati tunel u Černobil potpuno je izmišljena i još pojačana stereotipima o diktaturi i prisili s vojnicima koji repetiraju oružje. Glavni inženjer Fomin u seriji je prikazan kao šarlatan, a Brjukanov kao debil. Istina je potpuno drugačija. Fomin je bio glavni u saniranju.

Većina ideja koje su ublažile stanje bila je njegova. U serijal je ubačena osoba koja nikada nije niti postojala, navodna nuklearna znanstvenica Uljana Komjuk, i to cijelu seriju pretvara u fikciju. U seriji se ističe da je šef istražne komisije Valerij Legasov lagao pred IAEA konferencijom u Beču, ali to jednostavno nije točno. Jedna od najemotivnijih scena je ona u kojoj trojica vojnika, među kojima je jedan tek dječak, idu od vrata do vrata i ubijaju kućne ljubimce zaražene radijacijom. Strašno, ali i strašno izmišljeno.

Kako je prikazano radioaktivno zračenje?

– Serija hrani radiofobiju i prikazuje radioaktivnost kao nekakvu zarazu. Kroz cijelu seriju radijacija se tretira kao nekakva zaraza, mikrob koji nema veze sa stvarnošću. A istina je da smo mi, da citiram Stevena Pinkera, uronjeni u juhu prirodne radijacije koja je svuda oko nas.



Dr. Robert Gale sa Sveučilišta California u Los Angelesu, koji je liječio žrtve Černobila, nedavno je napisao da serija prikazuje i havariju i utjecaj radijacije na ljude ne samo pogrešno nego i opasno.

Naime, po seriji ispada da je radijacija zarazna i da će nas ozračena osoba, dođemo li s njom u kontakt, ozračiti, odnosno da ćemo se preko osobe koja je kontaminirana iznutra i sami kontaminirati. U jednoj sceni liječnica gleda svoju krvavu ruku, što je rezultat toga što je dotaknula jednog od ‘zaraženih’ – to je još jedna besmislica, radijacija jednostavno tako ne djeluje. I sam efekt radijacije je prikazan groteskno: žrtve zračenja izgledaju zastrašujuće – više kao čudovišta, zombiji, nego ljudski. Učinci su prikazani kao nešto strašno, nezamislivo. To je netočno. Većina žrtava zračenja je preživjela.

Koliko je ljudi umrlo od posljedica havarije u Černobilu?

– Od same eksplozije umrlo je dvoje ljudi. Ukupno je umrla 31 osoba. I to je to. U bolnici je, dakako, završilo znatno više ljudi, više od 200, ali je većina njih izliječena. Iako je 31 černobilski smrtni slučaj tužan, broj smrti iznimno je malen u usporedbi s mnogim industrijskim nesrećama. Primjerice, oko 15.000 ljudi umire svake godine kopajući ugljen.

Koliki se broj tumora može pripisati nesreći u Černobilu?

– Kada se pogledaju svi podaci, dolazimo do toga da je 1000 ljudi bilo izloženo radijaciji koja može izazvati rak. To su, prije svega, radnici elektrane i vatrogasci. Ostali nisu dobili dovoljnu količinu radijacije za to. Od tih 1000, u sljedećih 20 godina umrlo je njih 19, ali nijedna smrt ne može biti dovedena u vezu s radijacijom. Očekivano bi bilo da je došlo do povećane incidencije leukemije, ali nije. Jedini značajniji utjecaj na javno zdravlje bio je 20.000 dokumentiranih slučajeva raka štitnjače u osoba mlađih od 18 godina u vrijeme nesreće.

UN je 2017. godine zaključio da se samo 25 posto slučajeva, dakle njih 5000, može pripisati černobilskom zračenju. Budući da rak štitnjače ima stopu smrtnosti od samo 1 posto, to znači da će očekivane smrti od karcinoma štitnjače uzrokovanog Černobilom iznositi 50 do 160 tijekom 80 godina života. I to je sve. Na kraju serije, pak, HBO tvrdi da je došlo do ‘dramatičnog povećanja stope raka u Ukrajini i Bjelorusiji’, ali i to je pogrešno. U ranijim studijama UN je procijenio da bi moglo doći do 16.000 slučajeva koji se mogu pripisati černobilskom zračenju. Taj astronomski porast nikad se nije dogodio.

Koliko je ljudi raseljeno zbog nesreće?

– U startu je evakuirano oko 53.000 ljudi, poslije je ta brojka porasla na 116.000, ali evakuacije su se nastavljale iako nije sasvim jasno koliko je ljudi moralo napustiti svoje domove.

Neki tvrde da je sam stres raseljavanja uzrokovao više štete od radijacije same. Ljudima je rečeno da će dobiti rak i to ih je odvelo u depresiju.



Smatra se da je sam strah od obolijevanja od raka uzrokovao u desetljećima nakon havarije oko 50.000 smrtnih slučajeva kod černobilskih izbjeglica od alkoholizma i depresije.

Je li serija prikazala nuklearku pogrešno?

– Apsolutno. Serija indirektno poručuje da su nuklearke inherentno opasne, atomske bombe koje samo čekaju da eksplodiraju, a pogotovo ruske nuklearke, što je, dakako, totalno pristrano. Svakako je istina da su sovjetski RBMK reaktori imali inherentnu grešku u dizajnu, no elektrane na Zapadu i naše Krško, gotovo sve elektrane u ostalim zemljama, a i novi, moderni ruski reaktori imaju neusporedivo bolji i sigurniji dizajn.

Izvor: https://www.jutarnji.hr/life/znanost/najveca-nuklearna-katastrofa-u-povijesti-sto-su-mitovi-a-sto-istina-poznati-hrvatski-znanstvenik-govori-o-hit-seriji/9015128/

Fizika okoliša, Fizika u građevini, Fizikalna hemija, Najnovija istraživanja i otkrića, Primjenjena fizika

Naučnici razvijaju tečno gorivo koje može da čuva Sunčevu energiju do 18 godina

Leave a comment

Bez obzira koliko je obilna ili obnovljiva, solarna energija ima manu. Još uvijek nema jeftinog i efikasnog dugoročnog skladištenja energije. Međutim, samo u toku prošle godine, serija četiri rada je započela intrigantno novo rješenje.

Naučnici u Švedskoj razvili su specijalizovanu tečnost, koja se naziva solarno termalno gorivo, koja može da štedi energiju od Sunca više od jedne decenije.

“Solarno toplinsko gorivo je kao baterija koja se može puniti, ali umjesto električne energije, puni sunčevu svjetlost iz koje možete da dobijate toplotu, koja se pokreće na zahtjev”, objasnio je NBC News Jeffrey Grossman, inženjer na MIT-u.

Tekućina je zapravo molekul u tečnom obliku na kojem su naučnici na Tehnološkom univerzitetu u Čalmsu, u Švedskoj radili na poboljšanju više od godinu dana.

Ovaj molekul je sastavljen od ugljenika, vodonika i azota, a kada je pogođen sunčevim svetlom, čini nešto neobično: veze između njegovih atoma su preuređene i pretvara se u novu verziju sam od sebe, koja se zove izomer.

Kao i plijen uhvaćen u zamku, energija iz Sunca je tako zarobljena između jakih hemijskih veza izomera i ostaje tamo čak i kada se molekula ohladi na sobnu temperaturu.

Kada je potrebna energija – recimo noću ili tokom zime – tečnost se jednostavno vuče kroz katalizator koji vraća molekul u izvorni oblik, oslobađajući energiju u vidu toplote.

“Energija u ovom izomeru sada se može čuvati do 18 godina”, kaže jedan od timova, naučnik nanomaterijala Kasper Moth-Poulsen sa Univerziteta Čalmers.

“A kada dođemo da izvučemo energiju i koristimo, dobijamo povećanje topline, što je veće nego što smo utrošili.”

Prototip energetskog sistema, postavljen na krov univerzitetske zgrade, stavio je novi fluid na test, a prema istraživačima, rezultati su privukli pažnju brojnih investitora.



Energetski uređaj koji se može obnoviti, bez emisija izduvnih gasova, sastoji se od konkavnog reflektora sa cijevima u centru, koji prati Sunce kao neku vrstu satelitske antene.

Sistem radi kružno. Čišćenje kroz prozirne cijevi, tečnost se zagrije sunčevim svjetlom, pretvarajući molekul u njegov izomer. Tada se tečnost čuva na sobnoj temperaturi uz minimalan gubitak energije.

Kada je potrebna energija, tečnost se filtrira kroz poseban katalizator koji pretvara molekule nazad u njihov prvobitni oblik, zagrijavajući tečnost za 63 stepeni Celzijusa (113 stepeni Fahrenheita).

Nadamo se da se ova toplina može koristiti za sisteme grijanja u domaćinstvu, napajanje grijača vode, mašine za pranje posuđa, sušara za sušenje veša i još mnogo toga, prije nego što se ponovo vratite na krov.

Istraživači su tokom ovog ciklusa koristili tečnost više od 125 puta, uzimajući toplotu i ispuštajući ju bez značajnih oštećenja molekula.

“Nedavno smo napravili mnogo ključnih prednosti, a danas imamo energetski sistem bez emisije koji radi tokom cijele godine”, kaže Moth-Poulsen.

Istraživači tvrde da je nakon niza brzih događaja njihova tečnost sada mogla držati 250 vatnih sati energije po kilogramu, što je dvostruko veći energetski kapacitet Teslinih baterija Powerwall, prema NBC-u.



Ali ima još prostora za poboljšanje. Sa pravim manipulacijama, istraživači misle da mogu dobiti još više toplote iz ovog sistema, najmanje 110 stepeni Celzijusa (230 stepeni Fahrenheita) i više.

“Postoji puno toga da uradimo, upravo smo dobili sistem za rad, a sada moramo osigurati da je sve optimalno dizajnirano”, kaže Moth-Poulsen.

Ako se sve odvija po planu, Moth-Poulsen misli da bi tehnologija mogla biti dostupna za komercijalnu upotrebu u roku od 10 godina.

Izvor: https://www.sciencealert.com/scientists-develop-liquid-that-sucks-up-sun-s-energy?fbclid=IwAR3q_zXXAn0n9L4aTH1VABq9LhBDtjN_sG7SijmcEUqkcHTFc2FhJiNRl-I

Biologija, Fizika plazme, Fizikalna hemija, Hemija/kemija, Kvantna biologija, Kvantna mehanika, Medicina, Medicinska fizika, Mehanika fluida, Najnovija istraživanja i otkrića, Ostale nauke, Primjenjena fizika

Nevjerojatno istraživanje sa Stanford-a pretvara ćelije ljudske krvi u funkcionalne neurone

Leave a comment

U prodornim novim istraživanjima tim na Univerzitetu Stanford razvio je tehniku koja može pretvoriti ljudske imunske ćelije iz krvnog uzorka u funkcionalne neurone za samo tri sedmice.

Istraživanje prati nekoliko godina rada od 2010, kada je tim prvi put razvio ovu tehniku, pokazujući da ćelije kože miša mogu biti direktno transformisane u miševe neurone bez ćelija koje ulaze u stanje zvano pluripotencija. Ranije se smatralo da bi reprogramiranje ljudske ćelije trebalo prvo da se transformiše u ono što se zove indukovana pluripotentna matična ćelija (iPSC).

Nakon što je na početku pokazao da se ovaj korak za vrijeme koje se troši može biti preskočen u modelima miša, tim je potom pokazao da se proces može replicirati korišćenjem ćelija kože u 2011. godini. Ali i tada, proces transformacije ćelija kože u neurone nije bio toliko efikasan ili lak.

Generisanje indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija velikog broja pacijenata je skupo i teško”, kaže Marius Wernig, viši autor na novoj studiji. “Štaviše, dobivanje ćelija kože podrazumjeva invazivnu i bolnu proceduru, a izgled za stvaranjem iPS ćelija od stotina pacijenata je zastrašujući i zahtevao bi automatizaciju složenog procesa reprogramiranja.”



Ova nova studija pokazuje naprednu tehniku koja može da proizvede čak 50.000 neurona od samo 1 mililitara krvi, bez obzira da li je uzorak svjež ili je prethodno zamrznut. Dodavanjem samo četiri proteina, u jednom jednostavnom koraku, tim je bio u stanju da transformiše ljudske T ćelije u funkcionalne neurone.

“Nekako je šokantno koliko je jednostavno pretvoriti T ćelije u funkcionalne neurone za samo nekoliko dana”, kaže Wernig. “T ćelije su veoma specijalizovane imunske ćelije sa jednostavnim okruglim oblicima, tako da je brza transformacija donekle zamagljena”.

Prvobitni cilj istraživanja je da se u velikom broju pacijenata ispita funkcionalna neuronska aktivnost da bi se poboljšala studija o neurološkim poremećajima kao što su autizam i šizofrenija. U ovoj fazi, neuroni stvoreni tehnikom nisu u stanju formirati zrele sinapse, tako da nisu korisni za terapeutske ishode, ali će naučnicima omogućiti da imitiraju određene bolesti mozga u laboratorijskom kontekstu, što ubrzava naše razumijevanje nekih složenih neuroloških poremećaja.

Sada imamo način da direktno proučimo neuronsku funkciju, u principu, na stotine ljudi sa šizofrenijom i autizmom “, objašnjava Wernig.” Decenijama smo imali vrlo malo podataka o porjeklu ovih poremećaja ili kako ih tretirati. Sada možemo početi da odgovaramo na toliko pitanja. “

Studija je objavljena u časopisu PNAS

Izvor: newatlas.com



elementarne čestice, fenomeni u fizici, Fizika elementarnih čestica, Fizika plazme, Fizikalna hemija, Moderna fizika, Najnovija istraživanja i otkrića, Sva Fizika

Istraživači izvještavaju o stvaranju Rydbergovog polarona u Bose gasu

Leave a comment

Što je unutar atoma između jezgre i elektrona? Obično ne postoji ništa, ali zašto ne bi moglo biti i drugih čestica? Ako elektron na velikoj udaljenosti orbitira jezgru, postoji dosta prostora između drugih atoma. Može se stvoriti “divovski atom”, ispunjen običnim atomima. Svi ti atomi čine slabu vezu, stvarajući novo, egzotično stanje materije pri hladnim temperaturama, nazvanim Rydberg polaroni.

Tim istraživača je sada predstavio ovo stanje materije u časopisu Physical Review Letters. Teorijski rad je urađen u TU Wien (Beč) i Univerzitetu Harvard, eksperiment je izveden na Univerzitetu Rice u Hjustonu (Teksas).



Dva posebna polja atomske fizike, koja se mogu proučavati samo u ekstremnim uslovima, kombinovane su u ovom istraživačkom projektu: Bose-Einstein kondenzati i Rydbergovi atomi. Kondenzat Bose-Ajnštajna je stanje materije stvorene od strane atoma na ultrazvučnim temperaturama, blizu apsolutne nule. Rydbergovi atomi su oni u kojima jedan jedini elektron je podignut u visoko uzbuđeno stanje i jezgro kruži na vrlo velikoj udaljenosti.

“Prosječna razdaljina između elektrona i njegovog jezgra može biti veća od nekoliko stotina nanometara – to je više od hiljadu puta više od poluprečnika atoma vodonika”, kaže profesor Joachim Burgdörfer. Zajedno sa prof. Shuhei Yoshida (obe TU Wien, Beč) već godinama proučava osobine takvih Rydbergovih atoma.



Prvo, Bose-Ajnštajnov kondenzat je stvoren sa atomima stroncija. Koristeći laser, energija se prenosi na jedan od ovih atoma, pretvarajući ga u atom Ridberga sa ogromnim atomskim poluprečnikom. Radijus orbite u kome se elektron kreće oko jezgra je mnogo veći od tipičnog rastojanja između dva atoma u kondenzatu. Dakle, elektron orbitira svoje atomsko jezgro, dok se u njegovoj orbiti nalaze i brojni drugi atomi. Zavisno od radijusa Rydbergovog atoma i gustine Bose-Ajnštajnovog kondenzata, ogromna elektronska orbita može zatvoriti čak 170 dodatnih atoma stroncija.

Ovi atomi imaju minimalan uticaj na put Rydbergovog elektrona. “Atomi ne nose nikakvo naelektrisanje, stoga, oni vrše minimalnu silu na elektron”, kaže Shuhei Yoshida. Ali u vrlo maloj mjeri, na elektron i dalje utiče prisustvo neutralnih atoma duž njegove staze. Rasparen je na neutralnim atomima, ali samo vrlo blago, bez ikakvog napuštanja svoje orbite. Kvantna fizika sporih elektrona dopušta ovakvo raspršivanje, koje ne prenosi elektron u drugačije stanje.




Kako kompjuterske simulacije pokazuju, ova relativno slaba vrsta interakcije smanjuje ukupnu energiju sistema, a stvorena je veza između atoma Rydberga i drugih atoma unutar elektronske orbite. “To je vrlo neobična situacija”, kaže Shuhei Yoshida. “Obično se radi o elektronima vezanim za nuklearna jezgra, a ovdje imamo elektron koji se veže za neutralne atome.”

Ta veza je mnogo slabija od veze između atoma u kristalu. Stoga, ovo egzotično stanje materije, zvano Rydberg polaroni, može se otkriti samo na veoma niskim temperaturama. Ako se čestice brže kreću, veza bi se probila. “Za nas, ovo novo, slabo vezano stanje materije je uzbudljiva nova mogućnost istraživanja fizike ultrahladnih atoma”, kaže Joachim Burgdorfer. “Na taj način mogu istraživati osobine Bose-Ajnštajnovog kondenzata na vrlo malim vagama sa vrlo visokom preciznošću.”

Izvor: Phys.org



Eksperimentalna fizika, Fizika "nemogućeg", Fizika čvrstog stanja, Fizikalna hemija, kvantna fizika

Fizičari su otkrili novo stanje tvari. Zove se super čvrsto stanje!

Leave a comment

Naučnici su stvorili još jedno stanje tvari. Zove se super čvrsto stanje iako zvuči kao čvrsto baš i nije. To je u osnovi super tečno stanje kod kojeg su čestice odnosno molekule zbijene.

Istraživači su napravili Bose-Einstein kondenzat od Na gasa. Koristili su lasere da bi ga zaledili na apsolutnu nulu. Atomi mu se kreću ekstremno sporo.

Bose-Einstein kondenzat je specijalna vrsta materije napravljena 2001 godine za šta su istraživači dobili Nobelovu nagradu za fiziku. Jednom zamrznut do Bose – Einstein kondenzata natrijum se kretao bez ikakvog trenja kao u super tečnom stanju. Bose-Einstein kondenzat je također super provodan.

Postoje mnoge naučne prednosti za ova dva stanja. Naučnici su nastavili hladiti ovaj nekristalizirani Na i u nekom trenutku dobili nekristalizirano ‘čvrsto’ stanje. Naučnici su to nazvali super tečnim tokom koji se na duže staze ponaša kao da je u čvrstom stanju.

Zamislite da imate šoljicu kafe koju kad promiješate ne bi stala da se rotira u šoljici. To je fluid (tečno stanje) koje se ponaša kao da je čvrsto. Istraživači su opisali ovu tvar na sljedeći način:

‘Ovo je sistem sa kontinuiranim osobinama loma simetrije s dodanim kolektivnim pobuđivanjem i ponašanjem kao super fluid.’

Super fluid znači da je superprovodnik bez trenja. Kolektivno pobuđivanje znači da se radi o kvazi česticama. Kvazi čestice su grupe čestica koje se ponašaju kao da su jedna jer njihovi djelovi nekako međudjeluju. Slamanje simetrije. Simetrija je u kvantnoj mehanici vrlo važna, a njeno slamanje je velika stvar.

Kaže se da što bliže gledate stvari postaju čudnije.

Da li to mi sad imamo 6 stanja tvari? Ne, mi ih imamo puno više. Stanja za koja ste čuli: čvrsto, tečno i gasovito nisu nikad bila jedina.

To je slično kad učite brojeve. Prvo naučite osnovne brojeve, pa vam onda kažu da postoji beskonačno mnogo brojeva, pa postoje negativni brojevi, pa iracionalni brojevi, pa kompleksni brojevi itd. Dakle da, čvrsto, tečno, gasovito i plazma stanje postoje, ali je stvar načina slaganja atoma i molekula. U čvrstom stanju imamo više zbijene molekule, u tečnom manje, u gasovitom još manje, a u plazmi imamo skoro potpunu slobodu kretanja čestica.

Osim tih četiri stanja postoji još nekoliko stanja materije:

Hladna stanja materije kao:
Bose Einstein kondenzat
Super čvrsto stanje

Topla kao:
elektronska degenerativna materija: slobodne čestice za koje se pretpostavlja da se nalaze u zvijezdama blizancima.
teoretizirana čudna materija za koju se pretpostavlja da čini neutronske zvijezde

I još nedavno otkriveni vremenski kristalni koji imaju mala energetska stanja i čudne osobine kroz vremensku simetriju.

Da podvućemo dakle crtu, imamo nova stanja materije, ali ne njih 6 ili 7 već mnogo više stanja. Imamo mnogo ekstremnih stanja materije.

Naš Svemir je pravo čudnovatan!

Izvor: 

Fizika i ekonomija, Fizika okoliša, Fizika sistema, Fizika u svakodnevnici, Fizika zračenja, Fizikalna hemija, Medicinska fizika, Primjenjena fizika

Zašto bi svaki javni objekat trebao imati odvojene prostorije za nepušače i za pušače?

Leave a comment

Ako niste pušač sigurno vam smeta ako neki javni objekat nema prostor za nepušače. Zašto je pušenje problem za nepušače? Zašto svaki javni objekat nema odvojen prostor za nepušače? Odgovor je inercija i nebriga nadležnih ili opet njihova inertnost. Svi znaju da problem postoji, ali niko ga neće riješiti dok ne bude morao, a do tad će mnogi nepušači da budu oštećeni. Svi bi se nepušači trebali ujediniti i tražiti da svaki javni objekat mora imati prostoriju za nepušače, ako već nema. Objekte koji nemaju odvojenu prostoriju za nepušače, nepušači bi trebali bojkotovati i ne ići u njih. 



Ima oko 4000 poznatih hemikalija u duvanskom dimu; poznato je da je najmanje 250 njih štetno, a više od 50 je poznato da izazivaju rak kod ljudi. Dim duvana u zatvorenim prostorima svi udišu, izlažući pušače i nepušače štetim efektima.

Oko 700 miliona dece, ili skoro polovina svetskog poretka, udišu vazduh zagađen duvanskim dimom. Preko 40% dijece ima najmanje jednog roditelja koji puši. Dijeca su u 2004. godini imala 31% od 600.000 preuranjenih smrtnih slučajeva koja se mogu pripisati prisustvu prostorijama gdje se puši.

Kod odraslih osoba, dim iz sekundarnih uzroka izaziva ozbiljne kardiovaskularne i respiratorne bolesti, uključujući i koronarne bolesti srca i rak pluća. Kod dojenčadi to uzrokuje sindrom iznenadne smrti. Kod trudnica, uzrokuje nisku tijelesnu težinu.

Ni ventilacija niti filtracija, čak ni u kombinaciji, ne mogu smanjiti izlaganje duvanskog dimu unutar nivoa koji se smatra prihvatljivim. Samo 100% okruženje bez dima pruža efikasnu zaštitu. Nasuprot uobičajenim uvjerenjima, okruženje bez dima široko podržavaju i pušači i nepušači.


Osiguranje prostorija bez dima često štedi novac za vlasnike barova i restorana, smanjivši rizik od požara, a time i troškove osiguranja. To često rezultira nižim troškovima renoviranja, čišćenja i održavanja.

Član 8 Okvirne konvencije SZO o kontroli duvana prepoznaje da izlaganje duvanskom dimu dovodi do smrti, bolesti i invaliditeta i traži od zemalja da usvoje i primjenjuju zakonodavstvo koje pruža zaštitu od dima za nepušače.

Mnoge zemlje širom svijeta već su uvele zakone koji štite ljude od izlaganja duvanskom dimu na javnim mjestima. Proslave širom svijeta na dan Svjetskog dana bez duvana (31. maja) podstiču više ljudi i više zemalja da idu bez dima.

Pridružite se ovom trendu tako što ćete potražiti pravo na javna mesta koja su 100% unutra bez dima.




Izvori:

  1. http://www.who.int/features/qa/60/en/
Fizika okoliša, Fizika u svakodnevnici, Fizikalna hemija, Primjenjena fizika

Kako nastaje vatra i kako dolazi do požara?

Leave a comment

Vatra

 

Trougao vatre

Vatra je brz i samoodrživ oblik oksidacije koji prati oslobađanje toplote i svjetlosti. Za nastanak vatre su potrebna tri osnovna elementa: gorivo, toplota i oksigen, što se simbolično predstavlja kao “trougao vatre”. Sprječavanjem kombiniranja ova tri elementa sprječava se nastanak vatre. Uklanjanjem bilo kojeg od ovih elemenata, vatra se zaustavlja, što je osnovni princip gašenja požara.

Elementi vatre

Oksigen u trouglu vatre se može posmatrati kao oksidacijsko sredstvo, te osim oksigena iz zraka to mogu biti sredstva koja u hemijskoj strukturi sadrže oksigen koji služi kao oksidacijsko sredstvo. Fizičko stanje goriva je također značajno za razvoj vatre. npr. drvena ploča će se teže zapaliti od drvenih opiljaka i prašine.


Veći stepen usitnjenosti podrazumijeva veću površinu i manju masu koja odvodi toplotu, pa je paljenje olakšano. Npr. ugljena prašina zbog malog odnosa mase prema dodirnoj površini može eksplodirati. Važan faktor kod nastanka vatre je isparavanje, jer u slučaju vatre zapravo gore pare koje nastaju od goriva. Gorivo koje lakše prelazi u gasovito stanje se lakše zapali. Tečnosti se lakše pale od čvrstih supstanci, a gasovi lakše od tečnosti. Količina toplote koja se može osloboditi prilikom sagorijevanja neke supstance naziva se kalorična vrijednost. Ukupna kalorična vrijednost predstavlja odnos količine toplote oslobođene pri sagorijevanju u odnosu na količinu supstance. Izražava se u jedinicama energije po jednici količine supstance (npr. kJ/kg, kJ/m3).

 

Vatra sa ugljem kao gorivom

Izvori paljenja

Izvor paljenja predstavlja bilo koji lokalizirani izvor energije koji može dovesti do paljenja supstance. Da bi došlo do paljenja mora se dostignuti minimum energije paljenja. Proces paljenja određuju sljedeći faktori: temperatura, dovedena količina toplote, brzina kojom se toplota dovodi (ili vremenski period u kojem se toplota dovodi) i površina na koju se toplota dovodi. Izvori paljenja se mogu grupisati u četiri kategorije: mehanički (trenje, kompresija), električni (otpor, električni luk, statički elektricitet, munja, itd.), hemijski (sagorijevanje, spontano zagrijavanje, rastvaranje) i nuklearni.

Prenos toplote

Prenos toplote omogućava širenje vatre. Vatra se širi na četiri načina: direktnim kontaktom plamena, konvekcijom, radijacijom i kondukcijom. Direktni kontakt je odgovoran za inicijalno paljenje vatre (početno paljenje). Konvekcija je prenos toplote kroz fluid (npr. zrak). Radijacija je prenos toplote u obliku talasa. Širi se u svim smjerovima i ne zavisi od strujanja zraka. Kondukcija je prenošenje toplote kroz čvrste objekte.

Razbuktavanje

Razbuktavanje (“flashover”) je pojava u zatvorenom prostoru (npr. soba) gdje je količina toplote dovoljna da se dostigne tačka paljenja svih prisutnih materijala. Kada se ta tačka dostigne, svi materijali počinju da gore u istom trenutku i obuhvataju cijeli prostor.

Požar je nekontrolisano sagorijevanje, koje nanosi materijalne gubitke i dovodi do ugrožavanja ljudskog života. Historijski požari su smatrani kao velika opasnost. Uprkos modernim metodama gašenja kako i novom tehnologijom požari još uvijek predstavljaju veliku opasnost kako za stanovništvo tako i za imovinu.




Nekontrolisano sagorijevanje je praćeno oslobađanjem toplote i produkata sagorijevanja, koji mogu imati toksične osobine. Dim koji nastaje pri sagorijevanju otežava kretanje i orijentaciju ljudi. Da bi došlo do gorenja potrebno je da su istovremeno prisutni: materijal koji može da gori, toplota dovoljna da zapali gorivi matreijal i vazduh (prisustvo kisika).

Reference

  1. R. Craig Schroll: Industrial Fire Protection Handbook, CRC Press, 2002

Izvor: Wikipedia