Новости: Открытые лекции для школьников

Видеозапись (в конце фотографий) и фоторепортаж с третьей открытой лекции ("Холод и материалы"). Четвертая открытая лекция "Свет и материалы" состоится 26 февраля, в субботу, в 15 ч. 00 мин., в здании химического факультета МГУ, Южная химическая аудитория. Приглашаются все желающие. Вы узнаете, почему светятся грибы, поучаствуете в яркой вспышке состава, который использует ОМОН во время штурма, познакомитесь с квантовыми точками и солнечной батареей, увидите и услышите много интересного.

• Ссылка на видеозапись и фоторепортаж первой лекции "Огонь и материалы"
• Ссылка на видеозапись и фоторепортаж второй лекции "Электричество и материалы"
• Видеозапись третьей лекции "Холод и материалы" (текст и фоторепортаж - ниже)

Тепло или холод? Жара или мороз? Что интереснее – плавление металлов или затвердевание газов? Третья лекция из цикла «Пять шагов к Вашему будущему», организованного факультетом наук о материалах и химическим факультетом МГУ, показала: холод скрывает много интересного и необычного. Достаточно начать с того, что в отличие от повышения температуры, которое можно проводить практически безгранично, у понижения температуры есть предел: -273,15 ºС, или 0 К, - вот минимальная достижимая температура. И даже не достигая ее, а лишь приближаясь, по пути можно встретить множество интереснейших явлений, которых мы никогда не увидим в повседневной жизни.

Например, хотя большинство реакций инициируется нагреванием, есть и такие, которые происходят при охлаждении. Если сильно охладить один из двух соединенных сосудов с бурыми оксидом азота (до 77К), то газ в нем обесцветится: оксид димеризуется с образованием бесцветного газа. Но гораздо интереснее то, что происходит при той же температуре с самим азотом: привычный для нас газ становится жидким, его можно переливать как обычную воду {Прим. ред.: не пытаться повторить, опасно! Возможно глубокое обморожение!}. Правда, хранить его можно только в термосе – или, "по ученому", в сосуде Дьюара: вне такого сосуда азот быстро испаряется обратно. И осторожно: холодная жидкость обладает разрушительными свойствами. Замороженная в нем роза становится невероятно хрупкой – вот оно, оружие Снежной королевы! Кстати, то же самое будет происходить и с вашей одеждой, если поливать на нее жидким азотом: волокна ткани становятся хрупкими, и одежда ломается. Так что будьте осторожны {Прим. ред.: Вы тоже станете хрупким, если побываете в жидком азоте}.

Все же если жидкий азот – вещь доступная и весьма распространенная в научном мире, то о жидком кислороде такого сказать нельзя {Прим. ред.: однако жидкий кислород обожают российские ракетчики - на нем и жидком водороде летает, например, ракетоноситель "Энергия". Американцы предпочитают твердотопливные ракеты}. Тем интереснее было увидеть его на лекции. Жидкий кислород по-своему уникален: во-первых, бесцветный знакомый каждому газ превращается в голубоватую жидкость, а во вторых… Горение в жидком кислороде проходит невероятно стремительно. Опустив лучину на несколько секунд в жидкий кислород и затем поднеся к огню, вы увидите очень яркую вспышку! (Обязательно повторите эксперимент дома.) {Прим. ред.: это, очевидно, черны юмор}

А еще один газ – CO₂ – уже при довольно умеренно низких температурах и вовсе становится твердым. Если положить «сухой лед», так его еще называют, в воздушный шарик, то он начнет постепенно испаряться, минуя жидкое состояние, и шарик надуется. Говорят, если надавить на него чем-то твердым, он начинает пищать. Но этот эксперимент, увы, не увенчался успехом: к моменту его начала сухой лед уже покрылся обычным, «мокрым» (Н₂О), и лишь очень жалобно попискивал.

Если же приближаться еще ближе к 0К, то перед нами откроется еще более удивительный и загадочный мир – мир сверхпроводимости, самого загадочного низкотемпературного явления. В этом году открытию сверхпроводимости исполняется 50 лет {Прим. ред.: вообще говоря, 100 лет!}, а свои открытием она обязана получению жидкого гелия – газа, обладающего самой низкой температурой сжижения. Когда ученые, дорвавшиеся до жидкого гелия, начали кидать в него все подряд и смотреть, «что получится», ртуть вдруг на удивление всем потеряла свое сопротивление. Потом сопротивляться отказались и другие металлы, сплавы, а позже и керамики: при комнатной температуре они вовсе не проводят ток, но достаточно их как следует охладить – и их сопротивление становится равным нулю {Прим. ред.: в Клубе участников Интернет - олимпиад есть 4 часа лекций, посвященных сверхпроводимости, где обо всем этом рассказывается подробно!}.

Жидкий гелий не только очень холодный, но и очень дорогой. Именно поэтому, кроме как на съемках сериала про Доктора Хауса, мало где можно найти аппарат для МРТ: такие магнитные поля, которые в нем создаются, требуют использования низкотемпературных сверхпроводников, а значит, и жидкого гелия. Именно поэтому особо важной задачей является создание «высокотемпературных сверхпроводников». По сравнению с 4.2 К – температурой кипения гелия – даже 77 К, температура кипения азота, уже очень высока. Именно поэтому весь мир с восхищением воспринял появление иттрий-бариевого купрата («которым, кстати, занимаются в вашей лаборатории» - как сказал один лектор другому): температура его сверхпроводящего перехода (СП) – 93 К, что заметно больше 77 К, а получают эти соединения при высокой температуре – 800 ºС. Самой же высокой температурой СП обладает HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+d – 135 К, а при давлении 350 тыс. атм. – даже 164 К. Поскольку это соединение содержит в своем составе ртуть, неудивительно, что его открыли в России (Антипов, Путилин и др., 1993 г.).

Холод – область тайных знаний, и не все в этом мире понятно каждому новичку. Причина сверхпроводимости – то, что электроны при этой температуре «ходят парами и занимают в сверхпроводящем автобусе места рядом», а светодиоды при охлаждении меняют цвет потому, что «происходит изменение зонной структуры в обратном пространстве и сдвиг длины волны на 20 нм». Впрочем, некоторые явления гораздо прекраснее, если в них не вникать: появление «ВТСП экспресса» на воздушной подушке, взлетающего за счет «выталкивания сверхпроводника из магнитного поля», затмило весь остаток лекции. И только раздача всем слушателям уникальных календарей, которые можно использовать как календари, отвлекло школьников от экспресса.

Автор текста: В.Уточникова (ФНМ МГУ), авторы лекции: аспиранты ФНМ МГУ С.Балахонов и А.Харченко, куратор цикла лекций - доцент ФНМ МГУ Р.Б.Васильев, запись и видеомонтах - А.Меледин, Ф.Напольский (ФНМ МГУ), фотографии - Д.Петухов (ФНМ МГУ).