ОПЛЯ 15. Электретная оболочка

Из цикла рассказов для ЯНДЕКС ДЗЕН
ОПЛЯ 15. Околонаучный практикум легкодоступных явлений
ОТКРЫТИЕ: Электретная оболочка

Когда бы сам не ставил опыты, никогда не увидел бы такого эффекта!

Речь в этом практикуме пойдёт об элементарных частицах, что можно обнаружить у себя дома, то есть даже не выходя на улицу и не подвергая себя опасности от прямого попадания на голову космической пыли, проникающей сквозь атмосферу, как говорят учёные, и достигающей поверхности Земли в больших количествах.

Вернее, речь пойдёт о пожалуй самой важной частице, но я здесь её не называю электроном, поскольку электрон был открыт в конце XIX века в несколько иных (не в домашних) условиях (29 апреля 1897 на вечернем заседании английского Королевского общества Джозеф Джон Томсон изложил результаты изучения отклонения катодных лучей в электрических и магнитных полях).

Напомню тем, кто не помнит или плохо учился в школе, что опыты с катодными лучами проводили с момента их открытия в 1859 году Юлиусом Плюккером, название дано Ойгеном Гольдштейном, который высказал волновую гипотезу: катодные лучи представляют собой процесс В ЭФИРЕ. То есть, у нас с вами ещё появляется уникальная возможность попутно обнаружить сегрегации эфира при постановке эксперимента у себя на кухне!

Должен отметить, что по счастливой случайности именно 29 апреля 1993 года, то есть, спустя 96 лет после открытия электрона, я зарегистрировал собственное научно-внедренческое предприятие, в лаборатории которого ставил многие опыты – так совпало (хотя уверен, случайности, совпадения – это закономерности из разряда эзотерики). А ещё спустя 30 лет, накопив богатый опыт исследований (некоторые из них опубликованы на платформе «Проза.ру» на моей страничке в разделе «Ересь мироздания»), поставил простейший эксперимент у себя дома и зафиксировал частицу, но её всё-таки не осмелился назвать электроном.

Эта частица больше схожа с электретом, поскольку я использую диэлектрический материал – каплю воды, внутри которой – воздух. Как известно, воздух является естественной изоляцией электротехнических конструкций: трансформаторов, конденсаторов, воздушных выключателей, и так далее.

Для постановки подобных экспериментов, конечно же, нужны знания о предмете исследования, и не просто знания, а доскональное понимание того, как устроены процессы в природе. Тут тоже совпало, – всё как-то мигом “срослось”, оставалось только оправдать предполагаемый результат. Для опыта потребовались глаза и терпение, что тоже немаловажно. Ну и для фиксации результата – смартфон, с видеокамерой хорошего разрешения.

Коротко перечислю интересные на мой взгляд факты, которые предшествовали появлению квантовой физики, базовой для создания модели атома и ядерной энергетики. Ещё в последней четверти XIX века в работах учёных было показано, что пыль играет важную роль в образовании тумана. Исследователи обнаружили, что в очищенном воздухе туман не образуется.

Также было установлено, что капельки образуются именно вокруг пылинок и имеют размеры порядка их размеров. Это стало решением проблемы, подмеченной лордом Кельвином, согласно которой капля воды при росте должна проходить стадию, на которой она имеет размеры, сопоставимые с размером молекул, однако капля таких размеров испаряется так быстро, что исчезает.

Тут же появились первые численные значения и в некотором роде уникальная для ядерщиков цифра 137. В 1897 году Вильсон показал, что даже в очищенном от пыли воздухе образуется туман при его расширении большем, чем на 37% (в 1,37 раз). А при расширении от 1,25 до 1,37 раз образуются отдельные капли. В 1899 году он же обнаружил, что если поместить в рентгеновскую трубку некоторое количество урана, то туман образуется и при расширении 1,25. Джозеф Джон Томсон показал, что центрами конденсации в этих случаях становятся ионы, т.е. заряженные частицы атомов и молекул вещества. Также Вильсон выяснил, что вода охотнее конденсируется на отрицательно заряженных ионах.

Впоследствии Вильсон придумал и изготовил камеру (детектор), названную его именем, и с 1912 года использовал для фотографирования треков от излучения в ионизированном газе, получаемом в основном благодаря слою насыщенных паров изопропилового спирта. Все эти сведения я выписал из Википедии.

Камера Вильсона неоднократно претерпевала изменения-улучшения, в частности в 1927 году Пётр Капица и Дмитрий Скобельцев предложили помещать камеру в сильное магнитное поле. Это позволило легко разделять на снимках треки положительно и отрицательно заряженных частиц, а также определять их соотношение массы и заряда. Собственно, после этого был зафиксирован трек позитрона, отличающийся противоположным зарядом к электрону.

Современная разработка пузырьковой камеры появилась благодаря изобретению американского физика Дональда Глазера в 1952 году. Не привожу конструктивные особенности, рабочие агенты, на которых проделывают опыты и фиксируют треки, кому интересно, найдите самостоятельно и почитайте. Все режимы скоростные, детекторы высокочувствительные, цикл работы составляет менее 1 секунды, что для нашей «кухонной обстановки» явно не подходит.    

К тому же, работать нам с сильными магнитными полями не получится ввиду отсутствия оных, но если у кого-то дома под рукой окажется самый мощный из доступных на сегодняшний день в продаже неодимовый магнит, можете и с ним попробовать поэкспериментировать. Я не пробовал, так как в данном случае не ставил себе задачу получить управляемый процесс. Важно только увидеть трек электрета.

Однажды я наткнулся в Интернете на занимательный видеоролик, где показано, как с помощью такого мощного магнита определяют наличие железа в яблоках. Ссылку даю для любознательных третьеклассников:
https://youtu.be/G4IOKAZAEYI

Именно с постоянным магнитом ассоциируется дипольная поляризация электрета и его квазипостоянный (мнимый) электрический заряд. Термин «электрет» был введён в обиход Оливером Хэвисайдом в 1885 году, но свойства его изучали с начала 1700-х годов. В отличие от электрического заряда, электрет на самом деле обладает электростатическим зарядом, что для несведущих – одинаково.

В зависимости от предназначения и особенностей при изготовлении электретов, различают термо-, электро-, фото-, магнито-, радио- электреты, и другие. Важной особенностью электретов является эффективная поверхностная плотность зарядов, а также время их релаксации (кратное уменьшение в некое количество раз). И наконец, временная способность сохранять свои электретные свойства.

Капли воды идеально подходят, особенно в разреженной среде, где приобретают сферическую форму. Но и в обычных «кухонных условиях» можно добиться чуть ли не идеальной круглой формы капельки, если уменьшить её размеры, а так же подготовить гидрофобную (отталкивающую) поверхность. Можно смазать жиром.

Ставить эксперимент следует в ясную погоду, лучше всего на подоконнике, когда яркие солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь стекло, создавая на поверхности капель воды разность потенциалов (градиент температуры). Чем эта разность больше, тем сильнее импульс частиц и длиннее трек.

Главное всё же помнить, что чистота эксперимента зависит от применяемых в нашем кухонном эксперименте материалов. Можно сравнивать, принимая за эталон идеально подготовленную чистую поверхность, как и чистую воду; можно в воду добавлять жирные кислоты или другие «ингредиенты», – возможно получим некоторые отличия. К тому же, выдержка (терпение) понадобится из-за того, что естественный процесс растягивается во времени, точно как в природе!

А в природе мы наблюдаем следующее: солнце нагревает воздух постепенно, не меняется воздействие мгновенно, как в камере Вильсона или пузырьковой. Но, с другой стороны, используем местный нагрев, сосредоточенный внутри пузырька – точно как в линзе, что фокусирует солнечный луч в одну точку! И если попадаем в резонанс, то есть, когда совпадают частоты солнечного направленного света с частотами электретного возбуждения, то тут как раз и происходит «чудо»: капля вскипает изнутри, разрушая плазменную электретную оболочку, и мы видим трек от резкого выброса энергии наружу!

Более того, в местах, где капли сливаются воедино и образуются «миниозёра», в поверхностном натяжении, как в зеркале, частица отражается и пролетает либо над «миниозером», либо поглощается, разворачиваясь в полёте и притягиваясь к поверхности «миниозера». Зрелище захватывает дух, ей-богу! Проделайте такой эксперимент непременно, не пожалеете! 

На фото представлены фрагменты из отснятого мной видео, где в сегрегациях эфира (они обнаруживаются в виде сетчатых полос на снимках матричного дисплея смартфона) не так часто, но проскакивают частицы, вырвавшиеся из-под электретной оболочки мельчайших водных капель. Также показаны фрагменты соединения жирных кислот в воде, которые вырываются из-под оболочки ещё реже, – в одном случае прорывают и заматываются, как нить, сворачиваемая в узелок, или как завязываемый шнурок, а в другом – не могут вырваться из «миниозера», играя на нервах, – ведь жирная кислота имеет свою оболочку, выписывает разнообразные фигуры и кренделя, но так и не может выпрыгнуть за пределы водной оболочки.

Не знаю, насколько такие треки приносят пользу обществу, но лично мне сам процесс их образования доставил эстетическое наслаждение.

Более подробно об электретах, данном эксперименте и других связанных вещах – на моей страничке на «Проза.ру». Там же найдёте основы мироздания.   

Если Вам понравились опыты, приведенные в этом и всех предыдущих «ОПЛЯ» со светом и светотенями, а также как выглядит поляризованный свет, пожалуйста, покажите своим родственникам, друзьям, но особенно детям! Распространите информацию среди подростков-школьников. Давайте изучать окружающую среду вместе!

В рубрике «ОПЛЯ» своими руками в домашних условиях мы с Вами продолжим ставить множество других интереснейших опытов!

Подписывайтесь на канал, не забывайте оценивать, пишите отзывы, передавайте простые знания ВСЕМ, кого знаете и кого не знаете! Автору сейчас очень важно понять актуальность данной рубрики, стоит ли её продолжать?

Когда аудитория подписчиков достигнет внушительной цифры, мы с Вами вместе научимся ещё большему, возможно лучше поймём окружающую упругую среду, которая, несомненно существует и называется эфиром, и свет распространяется не так, как прописано в учебниках, а совершенно иначе, что обескураживает наше воображение!