Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2013 № 03
Положите крахмал в пластиковый стаканчик. Добавьте воды, помешивая смесь ложкой. Она должна быть густой, как хорошая сметана.
Покажите зрителям белую жидкость в стаканчике.
Объявите, что вы сейчас обратите ее в твердое вещество, а затем снова в жидкость.
Вылейте столовую ложку белой жидкости на ладонь кому-нибудь из зрителей. А затем пусть сам зритель дотронется до этой жидкости на своей ладони пальцем другой руки, как только вы произнесете некие магические слова. К его удивлению, смесь тут же затвердеет.
Произнесите еще одно заклинание и велите ему убрать палец. Смесь снова станет жидкой.
Дело здесь, опять-таки, не в магических заклинаниях.
Вещества могут быть твердыми, жидкими или газообразными. При этом твердые вещества, жидкости и газы способны весьма интересным образом смешиваться между собой. Смесь крахмала с водой — это вовсе не раствор, а коллоид — взвесь, в которой мельчайшие частички двух веществ равномерно перемешаны между собой. При механическом воздействии частицы крахмала стягиваются в одно место и смесь как бы затвердевает.
Интересный вариант этого фокуса продемонстрировали недавно студенты Чикагского университета. На одном из вечеров они показали своим товарищам, что способны ходить по воде «аки по суху». И действительно, к удивлению собравшейся публики прошлись по поверхности университетского бассейна.
Как им это удалось? Правильно, они заранее насыпали в воду бассейна кукурузный крахмал. Если ударить образовавшуюся взвесь ногой, частички крахмала, зависшие в воде, собираются вместе. Образуется участок, который может стать для ноги опорой.
Используя это свойство «неньютоновской жидкости», как иногда называют коллоиды, студенты ходили якобы по воде.
Публикацию подготовил Андрей ХРОМОВ
ПОЛИГОН
Хемотроника
О слове «хемотроника» в 60-е годы XX века в энциклопедиях можно было прочитать, что это новое научно-техническое направление, возникшее на стыке электрохимии и электроники.
Хемотронику также называли наукой о построении электрохимических приборов на основе явлений, связанных с прохождением тока в жидкостях. Некоторые из них вы можете создать и сами дома или в школе.
Исследователи разработали тогда немалое количество различных хемотронных приборов и устройств — управляемые сопротивления, точечные и плоскостные электрохимические диоды и транзисторы, интеграторы, блоки памяти для электронно-вычислительных машин (так тогда назывались компьютеры), усилители постоянного тока. На их основе даже собирались строить модели нейронных сетей человеческого мозга, надеясь создать устройства искусственного интеллекта.
Однако затем развитие техники пошло иным путем — твердотельные чины оказались проще и надежнее в эксплуатации, чем хемотронные устройства.
И они попросту оказались не нужны, оказались тупиковой ветвью развития науки, примерно так же, как в наши дни, с появлением цифровых фотоаппаратов, оказалась не нужна технология «поляроид».
И все-таки позвольте предложить вам сделать своими руками, так сказать, для общего развития, пару любопытных устройств — индикаторной ячейки и датчика движений, разработанного в 80-е годы XX века химиком Олегом Ольгиным.
Сторож напряжения и тока — так можно назвать индикаторную ячейку — может выглядеть, например, так. Возьмите пробирку или пузырек. Подберите пластиковую или корковую пробку. В пробке проделайте шилом 2 отверстия. Пропустите в них два проводка-электрода, по которым будет подаваться напряжение.
Зачистите их кончики от изоляции примерно на 3–5 мм. Один проводок пусть будет подлиннее, чтобы его можно было опустить ближе ко дну. Другой — покороче — будет заканчиваться в верхней части пробирки или пузырька.
Залейте в сосуд электролит почти до самой пробки.
Состав раствора должен быть таким: в 10-процентный раствор хлорида натрия (натрий хлор — это обычная поваренная соль) капните из пинетки пару капель фенолфталеина, который наверняка есть в школьном кабинете химии, и вставьте пробку в сосуд.
При подаче на проводки постоянного напряжения, например от полуторавольтовой батарейки, раствор возле отрицательного электрода покраснеет. Привести его в первоначальное состояние после отключения напряжения можно, просто встряхнув ваш сосуд, чтобы перемешать электролит.
Схема датчика движений, придуманного О. Ольгиным.
В свое время подобные ячейки пытались приспособить для информационных табло на вокзалах и в аэропортах, а также использовали в научных исследованиях. Вы же можете поискать им другое предназначение.
Датчик движения устроен несколько сложнее. Сначала изготовьте корпус будущего сенсора. Лучше всего выточить его из оргстекла на токарном станке. Но если такой возможности нет, корпус можно склеить дихлорэтаном из отдельных пластинок оргстекла, в этом случае он будет прямоугольным.
Примерный диаметр круглого корпуса — 40 мм, а высота около 20 мм. С торцов цилиндра надо выточить две полости глубиной около 5 мм и диаметром 30 мм так, чтобы между ними осталась толстостенная перемычка. Непосредственно под перемычкой просверлите горизонтально отверстие диаметром 2–3 мм для заливки электролита и подберите к этому отверстию плотную пробку.
Затем с противоположной стороны корпуса проделайте одно под другим еще три отверстия для электродов диаметром чуть больше миллиметра. Центральный электрод должен находиться в перемычке, верхний и нижний — в соответствующих полостях.
В качестве электродов возьмите толстые грифели для цанговых карандашей. Те места, где грифели выходят из корпуса, надо загерметизировать тем же клеем, которым вы клеили пластины оргстекла при изготовлении прямоугольной ячейки. Когда клей высохнет, в перемычке просверлите вертикально очень тонкое сквозное отверстие диаметром не более 0,5 мм. Выбирая для него место, имейте в виду, что оно, это отверстие, обязательно должно пройти через средний грифель-электрод.
Прибор почти готов. Осталось лишь приклеить к нему сверху и снизу по тонкой мембране из того же оргстекла, только небольшой толщины (0,3–0,5 мм).
Пока приклейте только нижнюю мембрану и приступайте к приготовлению электролита. В половине стакана воды растворите 20–30 г йодида калия, а затем, слегка подогрев раствор, добавьте около 1 г йода (и то и другое можно купить в аптеке). Через боковое, более широкое, отверстие залейте этот электролит внутрь датчика, в нижнюю полость, следи за тем, чтобы не осталось воздушных пузырьков. Удобнее всего провести эту операцию медицинским шприцем.
Когда заполнится и верхняя полость, приклейте вторую мембрану и окончательно загерметизируйте корпус, для чего вставьте во впускное отверстие заранее приготовленную пробку и тщательно залейте ее клеем.
Хемотронный датчик будет работать от батарейки напряжением 4,5 В. Верхний и нижний электроды, находящиеся в полости, соедините с положительным полюсом батарейки, средний — с отрицательным. В цепь желательно включить реостат, а также вольтметр и микроамперметр, который, впрочем, можно заменить тестером.
С помощью реостата (или сопротивлений) установите напряжение примерно 0,8–0,9 В. Микроамперметр, включенный в цепь центрального электрода, покажет ток 200–300 мкА. Оставьте цепь замкнутой часов на 10–15. Ток постепенно понизится до 10–20 мкА, что и требуется. Датчик готов к работе.
Проверить, как он действует, проще всего так: подуйте на одну из мембран или слегка прикоснитесь к ней, например, иголкой. Стрелка микроамперметра должна тут же отклониться вправо. Для глаза движение мембраны незаметно, но датчик на него сразу отреагировал.
Происходит это вот почему. Сила тока зависит от того, сколько йода находится возле отрицательного электрода — катода. Под действием постоянного тока йод на катоде восстанавливается, принимая электроны, а на аноде он вновь образуется из ионов. Поэтому йод как бы постепенно перекачивается от катода к аноду.
После зарядки датчика ток понемногу падает, потому что у отрицательного электрода остается все меньше йода. Но как только вы чуть-чуть, даже слабым прикосновением, воздействовали на мембрану, к катоду поступает дополнительная, пусть и очень небольшая, порция молекул йода; датчик мгновенно на это реагирует — ток возрастает.
Хемотронные приборы на редкость чувствительны; тщательно изготовленные, они могут иногда отреагировать буквально на считаные молекулы. В свое время их использовали в медицинских исследованиях.
А нельзя ли как-нибудь использовать такой датчик дома или в школе? Можно. Достаточно поставить датчик в дверях квартиры, и он откликнется, как только гость дотронется до двери.
