🔋🧲 Жидкий металл под напряжением
При обычных температурах большинство металлов находятся в твердом состоянии. Чтобы сделать их жидкими, необходимо расплавить. Единственным природным исключением является ртуть. Остальные жидкие металлы — это искусственные сплавы.
▪Свойства жидких металлов
С жидкостями такие металлы роднит вязкость, диффузия и поверхностное натяжение. Однако сжимаемость у них значительно меньше. К тому же, как любой металл, они отражают электромагнитные волны. Плюс к этому, жидкие металлы унаследовали от представителей своей группы высокую тепло — и электропроводность и прочие «металлические» особенности.
Сочетание хорошей теплопроводности и значительной теплоемкости некоторых жидких металлов нашли для них применение в качестве теплоносителей. К примеру, натрий и калий используются в ядерных реакторах для охлаждения.
Для создания сплавов (с температурой плавления ниже 40°С) используются натрий, калий, олово, цинк, ртуть, галлий и прочие легкоплавкие металлы в различных пропорциях. Основным минусом таких соединений является высокая химическая активность или даже ядовитость, что серьезно сужает сферу их применения. Но эта сложность была преодолена, и разработаны нетоксичные сплавы, в состав которых входит галлий:
галлий 95 %, цинк 5 %
галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 %
галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 %
▪Применение жидких металлов
Термоинтерфейс, для простоты называемый «термопастой» — это термопроводящее вещество, располагающееся между поверхностью, нуждающейся в охлаждении и устройством, отводящим тепло. Используются термопасты в радиоэлектронных устройствах, измерительной технике, бытовых компьютерах.
Требования к термопастам предъявляются серьезные. Они должны:
▫иметь минимальное тепловое сопротивление;
▫не изменять консистенции при работе или хранении;
▫сохранять стабильность в рабочем температурном диапазоне;
▫иметь устойчивость к коррозии и окислению;
▫быть негорючими и нетоксичными;
▫легко наноситься и, при необходимости, смываться;
▫в отдельных случаях необходимы еще и хорошие электроизоляционные свойства.
Высокий коэффициент теплопроводности жидких металлов позволяет с успехом их использовать в качестве термопаст.
▪Жидкий металл вместо термопасты
В компьютерах термопаста применяется для регулирования тепловыделения чипов на печатных платах. Чем мощнее процессор, тем большее тепло он выделяет при работе.
Чтобы избежать перегрева и выхода из строя процессора, поверх него устанавливается кулер — охлаждающий механизм. Между этими устройствами неизбежно возникает воздушная прослойка, которая снижает эффективность отвода тепла. Ликвидировать досадное неудобство как раз и призваны термопасты.
Одним из наиболее прогрессивных теплопроводящих материалов, полностью состоящий из жидких металлов, является продукт, созданный компанией «Coollaboratory» — Coollaboratory Liquid Pro.
Внешне он напоминает ртуть, но при этом абсолютно нетоксичен. В нем полностью отсутствуют твердые частицы и неметаллические добавки (оксиды, силикон и прочие).
У этого жидкого металла есть только одно неудобство: он разработан специально для высококачественных кулеров из меди и серебра. Алюминий, используемый в дешевых кулерах, не обладает достаточной устойчивостью при взаимодействии с Coollaboratory Liquid Pro.
Зато к несомненным плюсам нового жидкометаллического термоинтерфейса относится впечатляющая теплопроводность, в десятки раз превосходящая классические аналоги.
▪Электрический ток в жидкостях — теория, электролиз
То, что жидкости могут отлично проводить электрическую энергию, знают абсолютно все. И также общеизвестным фактом является то, что все проводники по своему типу делятся на несколько подгрупп. Предлагаем рассмотреть в нашей статье, как электрический ток в жидкостях, металлах и прочих полупроводниках проводится, а также законы электролиза и его виды.
Чтобы было легче понять, о чем идет речь, предлагаем начать с теории, электричество, если мы рассматриваем электрический заряд, как своего рода жидкость, стало известным уже более 200 лет. Заряды состоят из отдельных электронов, но те, настолько малы, что любой большой заряд ведет себя как непрерывного течения, жидкость.
Как и тела твердого типа, жидкие проводники могут быть трех типов:
▫полупроводниками (селен, сульфиды и прочие);
▫диэлектиками (щелочные растворы, соли и кислоты);
▫проводниками (скажем, в плазме).
Процесс, при котором происходит растворение электролитов и распадение ионов под воздействием электрического молярного поля, называется диссоциация. В свою очередь, доля молекул, которые распались на ионы, либо распавшихся ионов в растворенном веществе, полностью зависит от физических свойств и температуры в различных проводниках и расплавах. Обязательно нужно помнить, что ионы могут рекомбинироваться или вновь объединиться. Если условия не будут меняться, то количество распавшихся ионов и объединившихся будет равно пропорциональным.
В электролитах проводят энергию ионы, т.к. они могут являться и положительно заряженными частицами, и отрицательно. Во время подключения жидкости (или точнее, сосуда с жидкостью к сети питания), начнется движение частиц к противоположным зарядам (положительные ионы начнут притягиваться к катодам, а отрицательные – к анодам). В этом случае, энергию транспортируют непосредственно, ионы, поэтому проводимость такого типа называется – ионной.
Во время этого типа проводимости, ток переносят ионы, и на электродах выделяются вещества, которые являются составляющими электролитов. Если рассуждать с точки зрения химии, то происходит окисление и восстановление. Таким образом, электрический ток в газах и жидкостях транспортируется при помощи электролиза.
▪Законы физики и ток в жидкостях
Электричество в наших домах и технике, как правило, не передается в металлических проволоках,. В металле электроны могут переходить от атома к атому, и, таким образом нести отрицательный заряд.
Как жидкости, они приводятся в виде электрического напряжения, известного как напряжение, изменяемом в единицах – вольт, в честь итальянского ученого Алессандро Вольта. Также, электрический ток течет от высокого напряжения в низкое напряжение и измеряется в единицах, известных как ампер, названных по имени Андре-Мари Ампера. И согласно теории и формулы, если увеличить напряжение тока, то его сила также увеличится пропорционально. Это соотношение известно как закон Ома.
Закон Ома (с дополнительными подробностями относительно длины и толщины проволоки), как правило, является одним из первых вещей, преподаваемых в классах, изучающих физику, многие студенты и преподаватели поэтому рассматривают электрический ток в газах и жидкостях как основной закон в физике.
Для того чтобы увидеть своими глазами движение зарядов, нужно приготовить колбу с соленой водой, плоские прямоугольные электроды и источники питания, также понадобится ампермерная установка, при помощи которой будет проводиться энергия от сети питания к электродам.
Пластины, которые выступают проводниками необходимо опустить в жидкость, и включить напряжение. После этого начнется хаотичное перемещение частиц, но как после возникновения магнитного поля между проводниками, этот процесс упорядочится.
Как только ионы начнут меняться зарядами и объединяться, аноды станут катодами, а катоды – анодами. Но здесь нужно учитывать и электрическое сопротивление. Конечно, не последнюю роль играет теоретическая кривая, но основное влияние – это температура и уровень диссоциации (зависит от того, какие носители будут выбраны), а также выбран переменный ток или постоянный. Завершая это опытное исследование, Вы можете обратить внимание, что на твердых телах (металлических пластинах), образовался тончайший слой соли.
Электрический ток в вакууме и жидкостях – это достаточно сложный вопрос. Дело в том, что в таких средах полностью отсутствуют заряды в телах, а значит, это диэлектрик. Иными словами, наша цель – это создание условий, для того, чтобы атом электрона мог начать свое движение. Для того нужно использовать модульное устройство, проводники и металлические пластины, а далее действовать, как и в методе выше.
▪ Применение электролиза
Этот процесс применяется практически во всех сферах жизни. Даже самые элементарные работы подчас требуют вмешательства электрического тока в жидкостях. При помощи этого простого процесса происходит покрытие твердых тел тончайшим слоем какого-либо металла, например, никелирование иди хромирование Т.е. это один из возможных способов борьбы с коррозийными процессами. Подобные технологии используются в изготовлении трансформаторов, счетчиков и прочих электрических приборов.
🎬 Канал с учебными фильмами: t.me/maths_lib
👨💻 Канал физиков, математиков и разработчиков: t.me/physics_lib
🎞 О технике в канале: t.me/tech_pac
#опыты@physics_math
#научные_фильмы@physics_math
#физика@physics_math
#электродинамика@physics_math
#электричество@physics_math
#магнетизм@physics_math