1. Заполните пробелы, расшифровав то, что сообщил профессор Незнайке. (5 баллов)
Давай я тебе расскажу, как работает нанокатализатор, а ты потом решишь, так ли он эффективен или нет. Недавно на химии тебе рассказывали, что катализатор - вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Бывают гомогенные и гетерогенные катализаторы, которые, соответственно, находятся в одной фазе с реагирующими веществами или образуют самостоятельную фазу. Например, наверняка даже в твоём стареньком автомобиле стоит гетерогенный катализатор (обычно называемый нейтрализатором), который представляет собой сотовую конструкцию, на поверхность которой нанесён тонкий слой платиноиридиевого сплава. Недогоревшие остатки топлива в виде CO, CH, NO касаясь поверхности каталитического слоя, окисляются до конца кислородом, присутствующим также в выхлопных газах.
Теперь вернёмся к твоему вопросу о нанокатализаторе. В 1824 году Сади Карно выпустил книгу «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», в которой показал, что максимальный КПД тепловой машины, работающей про предложенному им идеальному циклу (циклу Карно), не может быть больше ~80%. КПД современных двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине и кислороде воздуха составляет ~30-40%. Поэтому более чем в два раза КПД увеличить вряд ли удастся.
2. Предложите механизм работы катализатора в нейтрализаторе в автомобиле. (3 баллов)
На поверхность катализатора садятся молекулы окислителя и восстановителя, которые «передают» свои электроны на валентные свободные уровни катализатора - иридия и платины. Таким образом, химические связи внутри молекулы ослабевают, а тепловые колебания позволяют молекулам окислителя и восстановителя «найти» друг друга и образовать более прочные и инертные молекулы (например, CO2).
3. Что же понял Незнайка в конце диалога? (2 баллов)
Незнайка понял, что нанокатализатора, позволяющего машинам летать, в природе не существует (аналогичным ответом считается, что нанокатализатора, увеличивающим теплоту сгорания, а, следовательно, и КПД двигателя не существует).
4. На основании того, как работает двигатель внутреннего сгорания, объясните, почему в топливе не используются наночастицы в качестве катализатора более полного сгорания топлива. (3 баллов)
При детонации в цилиндре двигателя внутреннего сгорания из-за разогрева произойдёт агломерация, слипание наночастиц катализатора, что в результате может привести к засорению и поломке двигателя. Аналогичный эффект будет наблюдаться и при использовании некачественного горячего (т.е. горячего с большим количеством примесей - пыли, ржавчины и т.д.).
5. Из любых справочных данных возьмите удельную теплоту сгорания бензина и оцените, какое расстояние сможет проехать автомобиль весом 1 тонна, при условии данных, предоставленных профессором Знайкой, на 1 литре такого бензина (обязательно указать источник информации, коэффициент трения принять равным 0,3).
34,5 МДж/литр (http://ru.wikipedia.org/wiki/Бензин).
Если машина весит 1 тонну (1000 кг), то сила тяжести составит Fтяж = 1000кг*9,8м/с2 = 9800 Н. Если коэф. трения µ ~0,3, то сила трения окажется равной Fтрен = 9800*0,3 = 2940 Н. Соответственно, если не учитывать различные потери энергии на трение в осях и прочее получаем, что работа совершённая двигателем равна силе трения умноженной на длину пути, отсюда получается, что пройденный автомобилем путь на литре бензина составит
l = 34500000Дж/2940Н = 11734 метра (или 11,7 км).
6. Назовите не менее 5 фильмов, в которых обыгрывалась тема нанотехнологий, и скажите, что ТАМ было неправильно? (5 баллов)
Ответ составной, он собран и несколько видоизменён из ответов, присланных на проверку.
Черная молния – нанокатализатор для чудо-автомобиля. Почему неправильно: см. выше, в решение задачи.
Бросок кобры – оружие на основе нанотехнологий, нанороботы способные расщеплять предметы на составляющие и из этих составляющих собирать себе подобных нанороботов (аналог серой слизи Дрекслера). Не может существовать из-за нарушения фундаментальных законов природы, например, сохранения энергии.
Трансформеры 2: месть падших – в эпизоде где робот проникает на склад где храниться искра. Робот собирается из боле маленьких нанороботов. Аналогично фильму «Бросок кобры».
Я робот – наниты-нанороботы для уничтожения позитронного мозга роботов. Аналогично фильму «Бросок кобры».
День, когда Земля остановилась – также нанороботы поглощающие все в подряд Аналогично фильму «Бросок кобры».
«Терминатор» 2-3. Терминатор умеет принимать различные формы и агрегатные состояния, также умеет самовосстанавливаться. Атомы неметаллов не могут превращаться в атомы металлов. Опять-таки нарушение фундаментальных законов природы.
Геймер – действие фильма "Геймер" происходит в недалёком утопическом будущем, где высочайшее развитие нанотехнологий позволило технологическому гению, Кену Кастлу, соединить видеоигру с реалити-шоу и смоделировать ультрафункциональную, мультиплеерную игру «Убийцы». От понятия нанотехнологий в этом фильме одно название, так как они играют лишь опосредованную роль, обеспечивая контакт мозга с видеоигрой.
