❄️ Холоднее некуда? Термодинамика, шкалы и парадокс отрицательной температуры 🔥

Знакомые нам Цельсий и Фаренгейт — продукты своей эпохи.

▪️ Фаренгейт (1724): Даниил Фаренгейт был практиком. За ноль он взял температуру самой холодной зимы в Данциге (смесь льда, воды и нашатыря). Второй точкой стала температура человеческого тела (96°F — да, он немного ошибся). А 32°F для льда и 212°F для кипения воды получились уже потом. Шкала была очень точной для своего времени, но ее точки отсчета кажутся нам сегодня случайными.

▪️ Цельсий (1742): Андерс Цельсий был ученым. Его шкала была гениальной в своей простоте: 0° — таяние льда, 100° — кипение воды (при нормальном давлении, конечно). Все логично и повторяемо. Но это все еще эмпирическая шкала.

🌡 Абсолютная Идея: Лорд Кельвин и ноль

В 19 веке физики поняли: температура — это мера движения молекул. Чем быстрее они двигаются, тем выше температура. Логичный вопрос: а что будет, если движение полностью остановить? Уильям Томсон (Лорд Кельвин) предложил абсолютную термодинамическую шкалу (1848). Ее ноль — это температура, при которой тепловое движение прекращается. Это -273.15°C. Теперь мы знаем, что достичь этого нуля невозможно (согласно третьему началу термодинамики), но можно сколь угодно близко подойти.
Интересный факт: Шкала Кельвина не привязана к воде! Она основана на фундаментальных принципах работы идеальных тепловых машин (цикл Карно). Вода с ее точками кипения и замерзания — просто удобный практический эталон.

🥶 Физика на грани фантастики: Отрицательные температуры 🌡

А теперь — самое неинтуитивное. В термодинамике существует понятие отрицательной абсолютной температуры. Нет, это не холоднее абсолютного нуля. Это — горячее любой положительной температуры.

Как это возможно? Забудем на секунду о кинетической энергии. Вспомним про энтропию — меру беспорядка. Обычно, когда вы добавляете энергии системе, молекулы раскачиваются, и энтропия (беспорядок) растет. Но представьте систему с ограниченным количеством энергетических уровней, например, набор атомных спинов в магнитном поле. Есть состояние с низкой энергией (спины в одну сторону) и высокой энергией (спины в другую).

1. При абсолютном нуле все спины в основном состоянии — максимальный порядок.
2. При добавлении энергии спины начинают хаотично переворачиваться — энтропия растет (положительная температура).
3. А что, если мы принудительно перевернем большинство спинов в состояние с высокой энергией? Мы получим снова почти полный порядок (только теперь на "верхнем" уровне), но система будет обладать огромной энергией! Энтропия при этом уменьшается с ростом энергии.

💥 Именно такое состояние, где рост энергии приводит к уменьшению энтропии, и описывается отрицательной абсолютной температурой. Такие системы нестабильны и мгновенно отдают энергию любой системе с положительной температурой. Они — самые горячие объекты во Вселенной в момент своего создания. Вывод: Температура — это не просто цифра на градуснике. Это глубокое понятие, связывающее энергию, порядок и стрелу времени. От причудливых шкал XVIII века до квантовых систем с отрицательной температурой — эта история продолжает удивлять. #термодинамика #физика #наука #температура #physics #science #МКТ #энтропия #факты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚡️ Что будет если на электроды, между которыми проскакивает дуга (высокая напряжения) прикрутить мощные неодимовые магниты? Будет ли плазма реагировать? 🧲

Плазма дуги будет очень сильно реагировать на мощные неодимовые магниты. Дуга начнет двигаться, изгибаться и даже вращаться под действием магнитного поля. Плазма электрической дуги — это раскаленный ионизированный газ, состоящий из положительных ионов и отрицательных электронов. Это, по сути, проводник с током.

На любой движущийся заряженный частицы (а электроны в токе как раз движутся) действует сила Лоренца. Ее направление зависит от направления тока и направления магнитного поля (определяется по правилу левой руки).

Что происходит в дуге:

1. Сила, действующая на носители тока: Магнитное поле магнитов действует на движущиеся электроны (основные носители тока в дуге) с определенной силой, перпендикулярной и их движению, и направлению поля.

2. Смещение и растяжение дуги: Поскольку сила Лоренца действует на всю дугу, она начинает "толкать" плазменный шнур. Дуга перестает быть прямой кратчайшей линией между электродами и изгибается, вытягиваясь в сторону, перпендикулярную линиям магнитного поля.

3. Эффект "магнитного дутья": Это классический технический прием для гашения электрической дуги в высоковольтных выключателях. Мощные магниты располагают так, чтобы сила Лоренца растягивала дугу, заставляя ее двигаться вдоль дугогасительной камеры. При движении дуга контактирует с холодными стенками камеры, интенсивно охлаждается, и ее сопротивление растет, пока она не погаснет.

Если прикрепить мощные неодимовые магниты с противоположными полюсами по бокам от дуги, вы увидите следующие эффекты:

▪️ Отклонение дуги: Дуга будет не просто прыгать между электродами, а будет изогнутой, похожей на арку или букву "С".
▪️ Движение дуги: Если расположить магниты особым образом (например, создав поле, перпендикулярное плоскости дуги), можно заставить дугу быстро вращаться вокруг электродов. Это выглядит как яркое, светящееся "огненное колесо".
▪️ Удлинение и охлаждение: Растянутая дуга становится длиннее, что приводит к ее охлаждению. Она может стать более бледной и менее стабильной.
▪️ Ускоренное гашение: Если источник питания не может поддерживать растянутую и охлажденную дугу, она может погаснуть быстрее, чем без магнитов.

⚡️Практическое применение и предостережения:

1. Плазменные резаки и сварочные аппараты: В некоторых современных плазменных резаках используются магнитные системы для стабилизации и вращения плазменной струи. Это повышает качество и равномерность реза.
2. Исследования термоядерного синтеза (Токамак): Это самый масштабный пример. Гигантские сверхпроводящие магниты используются для удержания и стабилизации плазмы, не давая ей коснуться стенок реактора.
3. Высоковольтные выключатели: Как уже упоминалось, для принудительного гашения дуги.

Если вы прикрутите мощные неодимовые магниты к электродам с дугой, вы не просто увидите реакцию плазмы — вы станете свидетелем фундаментального физического явления, которое лежит в основе многих современных технологий. Дуга будет активно изгибаться и двигаться под действием магнитного поля, демонстрируя прямую связь между электричеством и магнетизмом. #электродинамика #магнетизм #физика #опыты #physics #наука #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔥 Сварка трением, иначе фрикционная сварка. Несколько патентов на эту тему было ещё в 20е годы в Великобритании, СССР и Веймарской республике. Первое детальное описание и эксперименты по промышленному применению: СССР 1956 год. С начала 60х метод широко внедряется в Европе СССР и США. В дальнейшем были разработано несколько методов фрикционной сварки. Применяется в автомобилестроении и авиации, что свидетельствует о более высокой надёжности, в сравнении с другими методами, в том числе это связано с перемешиванием материалов и отсутствием перегрева, то есть отсутствием шва, а следовательно и его дефектов.

И вот мы, люди 21 века, смотрим на эту семидесятилетнюю технологию, как на чудо ✨

✨ Как сделать сварочный аппарат из карандаша и лезвия

Какой флюс для пайки самый лучший на сегодняшний день?

🪙 Разбираемся в пайке: Советы по соотношению олова и свинца и их влиянию

🔥 10 флюсов для пайки: сравнение, тесты и какой реально стоит использовать мастеру

🔥 Сварка под слоем флюса

✨ Мартенсит

⛓️‍💥 Какие только технологии не применяли в СССР

⚡️ Большие токи в нескольких витках провода вызывают существенное магнитное поле.

💥 Лазерная сварка с разной формой луча

🔥 Spot-сварка

💥 Импульсная аргонодуговая сварка

💥 Электросварка и плавление электрода 💫

#физика #опыты #сопромат #сварка #пайка #видеоуроки #physics #science #эксперименты #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💪 Не мускулами, а умом: как гидравлика умножает наши силы

Когда нужно поднять многоэтажный автобус для замены колеса или плавно опустить шасси огромного самолета, на помощь приходит она — гидравлика.
Принцип прост до гениальности: сила, приложенная к одному участку жидкости, передается без изменения в любую другую точку. Вся хитрость — в разной площади поршней.

Представьте:
▪️ У вас есть два соединенных шприца — маленький (1 см²) и большой (100 см²).
▪️ Если надавить на малый поршень с силой всего в 1 кг, то согласно закону Паскаля, давление в жидкости распространится повсюду.
▪️ На большой поршень это же давление будет давить с гораздо большей силой: Сила = Давление × Площадь. В нашем примере — уже 100 кг!

Именно так работают домкраты, прессы и тормозные системы. Мы вкладываем маленькое усилие, а на выходе получаем огромное. Мы не создаем энергию из ниоткуда, мы просто меняем соотношение сил, жертвуя расстоянием (малый поршень надо прожать много раз, чтобы большой поднялся немного).

🔍 Исторический факт: А знаете ли вы, что фундамент этой технологии заложил выдающийся французский ученый Блез Паскаль? В 1648 году он провел эффектный эксперимент, впоследствии названный «Паскалевой бочкой».

Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, очень длинную и тонкую вертикальную трубку. Поднявшись на балкон, он влил в эту трубку всего несколько кружек воды. Давление, созданное маленьким столбом жидкости в узкой трубке, передалось по всем направлениям и преумножилось так, что мощные дубовые доски бочки не выдержали и она треснула. Этот наглядный опыт блестяще подтвердил его теорию, а сегодня его именем названа единица измерения давления.
Так что, в следующий раз, видя работу подъемного крана, вспомните о силе воды и гениальном французе XVII века! 🚀 #гидравлика #физика #историянауки #технологии #physics #инженерия #science

💦Гидротаранный насос (или просто гидротаран)

💧 Гидростатический парадокс или парадокс Паскаля

😠 Принцип работы гидравлического пресса

⚙️ Принцип работы гидравлической машины

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib