Nemrznoucí pentagon a podchlazené zlato

Vědcům z několika evropských institucí se podařilo najít odpověď na zdánlivě jednoduchou otázku: Proč voda v atmosféře může být podchlazená a nemrzne? A protože všechno souvisí se vším, vysvětlení přinese nové možnosti i ve fyzice růstu polovodičových nanovláken.

Vědcům z několika evropských institucí se podařilo najít odpověď na zdánlivě jednoduchou otázku: Proč voda v atmosféře může být podchlazená a nemrzne? A protože všechno souvisí se vším, vysvětlení přinese nové možnosti i ve fyzice růstu polovodičových nanovláken.

Překvapivé vysvětlení příčiny existence přechlazených kapalin publikovali vědci z Komise pro atomovou energii a energetické alternativy (CEA) Národního centra pro vědecký výzkum (CNRS) a Evropského zdroje synchrotronového záření (ESRF).

Pojďte se s námi podívat, co je podstatou jejich objevu.

Proč někdy kape voda i při teplotě -42 ºC?Vodní pára v mracích kondenzuje za přítomnosti tzv. kondenzačních jader (což mohou být např. částečky prachu, půdy, vulkanického popela) a tvoří kapky (9–100 µm), které se při teplotách nižších než 0 ºC mění v malé krystalky ledu.

Vědcům ale dlouho vrtalo hlavou, jak je možné, že se to nestane vždycky, že v tzv. přechlazeném prostředí (chladnější než 0 °C) někdy zůstane voda v nerovnovážném (metastabilním) tekutém stavu a ledové krystalky se netvoří.

Existence vodních kapek byla prokázaná v mracích do teploty -42 ºC.

Co je důležité pro krupobití i nanovlákna?Nad podchlazenou kapalinou vrtěl hlavou už v roce 1724 Fahrenheit, ale dlouho neměli fyzikové úplně jasno. Pochopení přechodu mezi kapalnou a pevnou fází je důležité v mnoha případech, od předpovědi a možnosti zmenšení škod způsobených krupobitím až po technologické procesy – svařování, odlévání nebo růst polovodičových nanostruktur.

Nejslibnější byly hypotézy o tom, že vnitřní uspořádání tekutin je takového charakteru, že je neslučitelná s vytvořením pevné struktury.

Nezahrávejte si s pentagonemAby látka ztuhla, musí zaujímat takové vnitřní uspořádání, které jí dovolí opakováním stejného tvaru vyplnit beze zbytku celý prostor. Jako když stejné dílky stavebnice skládáte těsně vedle sebe.

A jaký tvar dílků tohle dovoluje? Když si pro zjednodušení představíte dvourozměrný prostor, tak uvidíte, že můžete použít pravidelné trojúhelníky, čtverce, obdélníky, šestiúhelníky. S pětiúhelníky – pentagony – se vám to nepodaří.

A skutečně se ukázalo, že podobně i v prostorovém uspořádání jsou tvary založené na pětiúhelníkovém uspořádání překážkou pro krystalizaci. Ať budete stavebnici z pětiúhelníků skládat pečlivě a systematicky nebo s ní budete nahodile třást, stejně ji zahodíte na koberec a půjdete se uklidnit.

Nepůjde to.

Stejná pravidla pro vodu i pro zlatoDůkaz přineslo studium růstu nanovláken na modifikovaném křemíkovém povrchu. Výzkumníci pozorovali, že v první fázi zůstává v některých případech používaná slitina kov-polovodič tekutá i pod bodem tuhnutí a rozhodli se tento jev prozkoumat.

Zaměřili se na chování Au-Si slitiny (slitiny zlata a křemíku) v kontaktu se specifickým upraveným křemíkovým povrchem. Použití tzv. Si(111) povrchu, kde povrchová vrstva indukovala pětiúhelníkové uspořádání atomů a umožnila existenci kapalného skupenství slitiny hluboko pod bodem tuhnutí, potvrdilo předchozí hypotézu.

„To představuje první experimentální důkaz, že pentagonální uspořádání je počátkem podchlazení,“ konstatuje Tobias Schülli, vedoucí projektu, který působí v CEA a ESRF. Polovodivá nanovlákna jsou slibnými kandidáty pro elektronické přístroje budoucnosti, např.

solární články, kde vědci pracují na integraci křemíkových nanovláken s cílem zvýšit jejich výkonnost.

Je základem světa geometrie?Od starověku je známo, že existuje pouze pět pravidelných mnohostěnů, jejichž stěny jsou tvořeny pravidelnými n-úhelníky a v každém vrcholu se stýká stejný počet hran. Čtyřstěn (tetraedr), krychli (hexaedr), osmistěn (oktaedr), dvanáctistěn (ikosaedr) a dvacetistěn (dodekaedr).

Platon na nich ve 4. stol. př. n. l. postavil své učení o podstatě hmotného světa, když čtyři z nich přiřadil jednotlivým živlům – zemi, vzduchu, ohni a vodě a dvanáctistěn jsoucnu, podstatě veškeré existence.

Od té doby se tato tělesa nazývají platonská a byla a jsou stále předmětem zájmu. Leonardo da Vinci, který si s oblibou vyráběl dřevěné kostry mnohostěnů ilustroval knihu matematika Lucy Pacioliho(1445–1514) Divina proportione (Božská proporce), věnovanou pěti Platonovým tělesům, proporcím a zlatému řezu, univerzálnímu geometrickému poměru délek, projevujícím se kromě zmíněných těles i všude v přírodě – v anatomii rostlin, v chemii v krystalických strukturách a složení sloučenin, v astronomii, v polohách a drahách hvězd a planet.

Obrazy a objekty, jejichž proporce se řídí pravidly zlatého řezu, vnímáme jako příjemné a dokonalé, i když vlastně nevíme proč.

Autor: Iva Adlerová
Rubriky:  Technika
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce
reklama

Související články

Bezos rezignoval na plánovanou...

Americký podnikatel a zakladatel obchodního řetězce Amazon.com Jeff Bezos...

Jak vyrobit vodu ze vzduchu?

Již od nepaměti se lidé snažili zajistit co nejvhodnější podmínky pro...

Detekce plastového odpadu

Zdá se, že vodní hyacinty hrají důležitou roli při shromažďování a přepravě...

„MASAKRY“ ON-LINE: Co vidí...

Nikdy v historii médií nebylo tak jednoduché provádět dezinformace....

Hybridní americká jízda Valkýr

V severské mytologii jsou Valkýry ženy-dísy, které mají za úkol vybrat mrtvé...

Neověřené informace se šíří...

Zřejmě ten největší hoax o tom, že za smrt ptáků může 5G, odstartoval John Kuhles,...

Elektřinu z aut Toyota využije i...

Automobilka Toyota využila zkušenosti s vývojem elektrifikovaných vozidel i...

Když píše umělá inteligence

Umělá inteligence dlouhodobě fascinuje spisovatele sci-fi a fantasy. Knihy,...

Návrat k zaprášeným projektům: Vegas...

Když byl před několika lety poprvé představen světu unikátní koncept...

ČVUT v Praze patří podle...

ČVUT v Praze dosáhlo dalšího historického úspěchu – poprvé za dobu měření...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Na stavby českých kostelů se sbíralo i pomocí loterie

Na stavby českých kostelů se...

Kostelů se v naší zemi vyskytuje jako hub po dešti. Praktická větší i...
V Údolí ohrožené divočiny vznikla nová stezka pro rodiny s dětmi

V Údolí ohrožené divočiny vznikla...

V novém rozvojovém území Zoo Liberec s názvem Údolí ohrožené divočiny...
Operaci šedého zákalu je bezpečné podstoupit i v létě

Operaci šedého zákalu je bezpečné...

Operace šedého zákalu je nejčastějším chirurgickým zákrokem na světě. Podle...
Odkaz nenáviděného diktátora: Ceaușescův palác má stropy vysoké i 20 metrů

Odkaz nenáviděného diktátora:...

Nevysoký diktátor vypadá v ohromném sále ještě menší. Náhle zatleská. Zvuk se...
Na léky nezapomínejte ani o letní dovolené

Na léky nezapomínejte ani o letní...

S příchodem léta se mnozí z nás chystají na dovolené, tráví více času na...
Zážitek podobný Tour de France? Zkuste indoor-cycling!

Zážitek podobný Tour de France?...

Přírodní scenérie v podobě horských horizontů francouzských Alp nebo pláží v...
Obratnou taktikou si Julius Caesar podmanil 300 nepřátelských kmenů

Obratnou taktikou si Julius Caesar...

Julius Caesar vyrazil roku 59 př. n. l. na válečné tažení dobýt Galii....
O klimatické podmínky Slovanské epopeje v Moravském Krumlově se starají technologie Siemens

O klimatické podmínky Slovanské...

Adekvátní podmínky u nejznámějšího díla secesního malíře Alfonse Muchy pomáhá...
Bešamel poprvé připravili už starověcí Řekové

Bešamel poprvé připravili už...

Co si představíte, když se řekne řecká kuchyně? Olivový olej, bylinky a zeleninu –...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.