Domů     Technika
Nemrznoucí pentagon a podchlazené zlato
21.stoleti 22.12.2010

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 pentagonem
Aby 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 zlato
Důkaz 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.

Související články
Technika Zajímavosti 13.11.2026
Elektromobil dokáže na dálnici uhánět stejně rychle jako vůz se spalovacím motorem. Jenže každé sešlápnutí akcelerátoru navíc se projeví na spotřebě, dojezdu i počtu nabíjecích zastávek. U nového Subaru Solterra jsme si proto položili jednoduchou otázku: Jak rychle jet, aby cesta dlouhá tisíc kilometrů zabrala co nejméně času? Odpověď překvapivě neleží ani u dálniční stovky, […]
Technika 13.11.2026
Když máte vlastní fotovoltaickou elektrárnu, nabízí se celkem jednoduchá úvaha: proč neukládat co nejvíce vyrobené elektřiny do baterie? Zvlášť když přebytky dodávané do distribuční sítě vykupují obchodníci často za poměrně nízké ceny. Nebylo by výhodnější pořídit si větší úložiště, schovat do něj co nejvíce energie a využít ji později, když ji sami potřebujete?   Na […]
Technika Vesmír 12.11.2026
Představte si, že se blíží půlnoc, hodiny ukazují 23:59:59 a místo očekávaného nového dne se na okamžik zastaví. Přesně to se občas děje. Vědci totiž musí napravovat drobné nepřesnosti v otáčení Země a přidávat do světového času jednu sekundu navíc. Této zvláštnosti se říká přestupná sekunda. Její dny jsou ale sečteny. Od května 2027 začne […]
Český astronaut na palubě rakety připravené ke startu – takový obrázek by měla nabídnout blízká budoucnost roku 2027. Na plánované misi budou využity i poznatky, získané tuzemskými vědci díky špičkovému kobaltovému ozařovači. Problematika ionizujícího záření představuje důležité téma, jemuž se vedle mnoha dalších intenzivně věnuje Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR (ÚJF AV ČR). Už […]
Medicína Technika 17.10.2026
Umělá inteligence na jedné straně pomáhá vědcům vyvíjet nové léky, analyzovat genetické informace a hledat způsoby, jak porazit nebezpečné nemoci. Na straně druhé její nepopiratelné schopnosti by se mohly dostat do rukou teroristů nebo agresivních států. Britská rozvědka MI5 varuje, že AI může zásadně změnit možnosti vývoje biologických zbraní. Ředitel britské kontrarozvědky MI5 Ken McCallum […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Kamenné koule z Kostariky: Kdo dokázal vytvořit dokonale opracovaný tvar?
enigmaplus.cz
Kamenné koule z Kostariky: Kdo dokázal vytvořit dokonale opracovaný tvar?
Vypadají jako dílo obřího soustruhu, jenže vznikají dávno před příchodem Evropanů do Ameriky. V džunglích Kostariky se nacházejí stovky téměř dokonale kulatých kamenných koulí, z nichž některé váží ví
Zvrhla se nacistická expedice do Tibetu v pitku?
historyplus.cz
Zvrhla se nacistická expedice do Tibetu v pitku?
Z letadla vystupuje urostlý, opálený muž. Vítá ho sám Heinrich Himmler. Zatímco Hitlerovi přiváží vedoucí výzkumné expedice z Tibetu psa a roucho duchovního, Himmler prahne po jiných darech…   Na téhle expedici mu hodně záleželo. Heinrich Himmler (1900–1945) si vzal totiž do hlavy, že Tibet je kolébkou árijské rasy. Teď bylo potřeba to jen dokázat. Proto si
Hrůza v Texas City: Exploze, které nechá lodě létat
epochaplus.cz
Hrůza v Texas City: Exploze, které nechá lodě létat
Přístav v Texas City bývá označován za srdce jednoho z nejdůležitějších světových námořních uzlů. Významnou tepnou Galvestonova zálivu je již roku 1947. Pokud bychom se za svítání 16. dubna toho roku rozhlédli kolem mol, francouzská SS Grandcamp by nás ničím nezaujala. Typická nákladní loď své doby, jakých za druhé světové války vyrobily mraky. Na délku má 133
LITOMĚŘICKÝ ADVENTNÍ JARMARK
epochanacestach.cz
LITOMĚŘICKÝ ADVENTNÍ JARMARK
Hrad v Litoměřicích připravil den plný vánoční inspirace, tradičních řemeslných výrobků, originálních dekorací a drobných dárků pro vaše blízké. Chybět nebudou ani pekařské a cukrářské dobroty, voňavé pochutiny a pestrý doprovodný program. Na své si přijdou také děti, pro které budou připraveny tvořivé dílničky s vánoční tématikou a setkání se živými zvířátky. Můžete se přihlásit
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz