Այս հոդվածը բացատրում է, թե ինչ է բյուրեղացումը և հալումը: Օգտագործելով ջրի ագրեգացման տարբեր վիճակների օրինակը, բացատրվում է, թե որքան ջերմություն է պահանջվում սառչելու և հալեցնելու համար և ինչու են այդ արժեքները տարբեր: Ցուցադրված է պոլի- և միաբյուրեղների տարբերությունը, ինչպես նաև վերջիններիս արտադրության բարդությունը:
Անցում այլ ընդհանուր վիճակի
Հասարակ մարդը հազվադեպ է այդ մասին մտածում, բայց կյանքն այն մակարդակի վրա, որով այն կա հիմա, անհնար կլիներ առանց գիտության: Որ մեկը? Հարցը հեշտ չէ, քանի որ շատ գործընթացներ տեղի են ունենում մի քանի առարկաների խաչմերուկում: Երևույթները, որոնց համար դժվար է ճշգրիտ սահմանել գիտության ոլորտը, բյուրեղացումն ու հալումն է։ Թվում է, լավ, ինչն է այդքան բարդ այստեղ. ջուր կար, սառույց կար, մետաղյա գնդիկ կար, հեղուկ մետաղի ջրափոս կար: Այնուամենայնիվ, չկան ագրեգացիայի մի վիճակից մյուսին անցնելու ճշգրիտ մեխանիզմներ: Ֆիզիկոսներն ավելի ու ավելի են խորանում ջունգլիներում, բայց դեռ հնարավոր չէ ճշգրիտ կանխատեսել, թե որ պահին կսկսվի մարմինների հալումն ու բյուրեղացումը։պարզվում է.
Ինչ մենք գիտենք
Մի բան մարդկությունը դեռ գիտի. Հալման և բյուրեղացման ջերմաստիճանները բավականին հեշտությամբ որոշվում են էմպիրիկ եղանակով: Բայց նույնիսկ այստեղ ամեն ինչ այնքան էլ պարզ չէ. Բոլորը գիտեն, որ ջուրը հալչում և սառչում է զրոյական ջերմաստիճանում: Այնուամենայնիվ, ջուրը սովորաբար ոչ միայն տեսական կառուցվածք է, այլ որոշակի ծավալ: Մի մոռացեք, որ հալման և բյուրեղացման գործընթացը ակնթարթային չէ: Սառույցի խորանարդը սկսում է մի փոքր հալվել, մինչև հասնելը ուղիղ զրոյական աստիճանի, ապակու ջուրը ծածկված է առաջին սառցե բյուրեղներով ջերմաստիճանում, որը մի փոքր բարձր է սանդղակի այս նշագծից:
Ջերմության արտանետում և կլանում ագրեգացման այլ վիճակի անցնելու ժամանակ
Պինդ մարմինների բյուրեղացումը և հալումը ուղեկցվում են որոշակի ջերմային ազդեցություններով: Հեղուկ վիճակում մոլեկուլները (կամ երբեմն ատոմները) միմյանց հետ այնքան էլ սերտորեն կապված չեն: Սրա պատճառով նրանք ունեն «հեղուկության» հատկություն։ Երբ մարմինը սկսում է ջերմություն կորցնել, ատոմներն ու մոլեկուլները սկսում են միավորվել իրենց համար առավել հարմար կառուցվածքի մեջ։ Այսպես է տեղի ունենում բյուրեղացումը։ Հաճախ արտաքին պայմաններից է կախված՝ նույն ածխածնից գրաֆիտ, ադամանդ կամ ֆուլերեն կստացվի: Այսպիսով, ոչ միայն ջերմաստիճանը, այլև ճնշումը ազդում է բյուրեղացման և հալման ընթացքի վրա: Այնուամենայնիվ, կոշտ բյուրեղային կառուցվածքի կապերը կոտրելու համար անհրաժեշտ է մի փոքր ավելի շատ էներգիա և, հետևաբար, ջերմության քանակ, քան դրանք ստեղծելը: Այսպիսով,նյութը կսառչի ավելի արագ, քան հալվի, նույն գործընթացի պայմաններում: Այս երեւույթը կոչվում է թաքնված ջերմություն և արտացոլում է վերը նկարագրված տարբերությունը: Հիշեցնենք, որ թաքնված ջերմությունը, որպես այդպիսին, կապ չունի ջերմության հետ և արտացոլում է բյուրեղացման և հալման համար անհրաժեշտ ջերմության քանակությունը:
Ձայնի փոփոխություն՝ մեկ այլ ագրեգացման վիճակի անցնելիս
Ինչպես արդեն նշվեց, հեղուկ և պինդ վիճակում կապերի քանակն ու որակը տարբեր են։ Հեղուկ վիճակն ավելի շատ էներգիա է պահանջում, հետևաբար ատոմներն ավելի արագ են շարժվում՝ անընդհատ ցատկելով մի տեղից մյուսը և ստեղծելով ժամանակավոր կապեր։ Քանի որ մասնիկների տատանումների ամպլիտուդան ավելի մեծ է, հեղուկը նույնպես ավելի մեծ ծավալ է զբաղեցնում։ Մինչդեռ պինդ մարմնում կապերը կոշտ են, յուրաքանչյուր ատոմ տատանվում է մեկ հավասարակշռության դիրքի շուրջ, այն չի կարողանում հեռանալ իր դիրքից։ Այս կառուցվածքը ավելի քիչ տեղ է զբաղեցնում: Այսպիսով, նյութերի հալումն ու բյուրեղացումը ուղեկցվում են ծավալի փոփոխությամբ։
Ջրի բյուրեղացման և հալման առանձնահատկությունները
Մեր մոլորակի համար այնպիսի սովորական և կարևոր հեղուկ, ինչպիսին ջուրն է, թերևս պատահական չէ, որ այն մեծ դեր է խաղում գրեթե բոլոր կենդանի էակների կյանքում։ Բյուրեղացման և հալման համար անհրաժեշտ ջերմության քանակի տարբերությունը, ինչպես նաև ագրեգացման վիճակը փոխելու ժամանակ ծավալի փոփոխությունը նկարագրված է վերևում: Երկու կանոններից որոշ բացառություն ջուրն է: Տարբեր մոլեկուլների ջրածինը, նույնիսկ հեղուկ վիճակում, կարճ ժամանակով միանում է՝ առաջացնելով թույլ, բայց դեռ ոչ.զրոյական ջրածնային կապ: Սա բացատրում է այս ունիվերսալ հեղուկի աներեւակայելի բարձր ջերմային հզորությունը: Հարկ է նշել, որ այդ կապերը չեն խանգարում ջրի հոսքին։ Բայց դրանց դերը սառեցման (այլ կերպ ասած՝ բյուրեղացման) ժամանակ մինչև վերջ մնում է անհասկանալի։ Այնուամենայնիվ, պետք է ընդունել, որ նույն զանգվածի սառույցը ավելի շատ ծավալ է զբաղեցնում, քան հեղուկ ջուրը: Այս փաստը մեծ վնաս է հասցնում կոմունալ ծառայություններին և բազմաթիվ խնդիրներ է առաջացնում նրանց սպասարկող մարդկանց համար։
Նման հաղորդագրությունները նորություններում հայտնվում են ավելի քան մեկ կամ երկու անգամ: Ձմռանը ինչ-որ հեռավոր բնակավայրի կաթսայատանը վթար է տեղի ունեցել. Բքի, մերկասառույցի կամ սաստիկ ցրտահարության պատճառով չհասցրինք վառելիք մատակարարել։ Ռադիատորներին և ծորակներին մատակարարվող ջուրը դադարեց տաքանալ։ Եթե այն ժամանակին ջրահեռացման չի ենթարկվում՝ թողնելով համակարգը գոնե մասամբ դատարկ և գերադասելի է ամբողջովին չոր, այն սկսում է ձեռք բերել շրջակա միջավայրի ջերմաստիճան: Ամենից հաճախ, ցավոք, այս պահին սաստիկ սառնամանիքներ են լինում: Իսկ սառույցը կոտրում է խողովակները՝ մարդկանց թողնելով առաջիկա ամիսներին հարմարավետ կյանքի հնարավորություն։ Հետո, իհարկե, վթարը վերացվում է, ԱԻՆ քաջարի աշխատակիցները, ճեղքելով ձնաբքը, ուղղաթիռով մի քանի տոննա բաղձալի ածուխ են նետում այնտեղ, իսկ դժբախտ փականագործները սաստիկ ցրտին շուրջօրյա խողովակներ են փոխում։
Ձյուն և ձյան փաթիլներ
Երբ մտածում ենք սառույցի մասին, մենք ամենից հաճախ մտածում ենք սառը խորանարդների մասին մեկ բաժակ հյութի մեջ կամ սառեցված Անտարկտիդայի հսկայական տարածքների մասին: Ձյունը մարդկանց կողմից ընկալվում է որպես առանձնահատուկ երեւույթ, որը կարծես թե այդպես էջրի հետ կապված չէ. Բայց իրականում դա նույն սառույցն է՝ միայն որոշակի հերթականությամբ սառեցված, որը որոշում է ձևը։ Ասում են, որ ամբողջ աշխարհում երկու միանման ձյան փաթիլներ չկան։ ԱՄՆ-ից մի գիտնական լրջորեն ձեռնամուխ եղավ գործին և որոշեց ցանկալի ձևի այս վեցանկյուն գեղեցկուհիներին ստանալու պայմանները։ Նրա լաբորատորիան կարող է նույնիսկ ապահովել հաճախորդների կողմից հովանավորվող մաշկի ձյան փաթիլային ձնաբուք: Ի դեպ, կարկուտը, ինչպես ձյունը, բյուրեղացման շատ հետաքրքիր գործընթացի արդյունք է` գոլորշուց, ոչ թե ջրից: Պինդ մարմնի հակադարձ փոխակերպումն անմիջապես գազային ագրեգատի կոչվում է սուբլիմացիա։
Մինաբյուրեղներ և բազմաբյուրեղներ
Բոլորը ձմռանը ավտոբուսում տեսան սառցե նախշեր ապակու վրա: Դրանք ձևավորվում են, քանի որ տրանսպորտի ներսում ջերմաստիճանը զրոյից բարձր է Ցելսիուսից: Եվ բացի այդ, շատ մարդիկ, օդի հետ միասին արտաշնչելով թեթև գոլորշիներից, ապահովում են խոնավության բարձրացում։ Բայց ապակին (առավել հաճախ բարակ միայնակ) ունի շրջակա միջավայրի ջերմաստիճան, այսինքն ՝ բացասական: Ջրային գոլորշին, դիպչելով իր մակերեսին, շատ արագ կորցնում է ջերմությունը և վերածվում պինդ վիճակի։ Մի բյուրեղը կպչում է մյուսին, յուրաքանչյուր հաջորդական ձև մի փոքր տարբերվում է նախորդից, և գեղեցիկ ասիմետրիկ նախշերը արագորեն աճում են: Սա պոլիբյուրեղների օրինակ է: «Poly»-ն լատիներեն «շատ»-ից է։ Այս դեպքում մի շարք միկրոմասեր միավորվում են մեկ ամբողջության մեջ: Ցանկացած մետաղական արտադրանք նույնպես ամենից հաճախ պոլիբյուրեղ է: Բայց քվարցի բնական պրիզմայի կատարյալ ձևը մեկ բյուրեղն է: Իր կառուցվածքում ոչ ոք չի գտնի թերություններ և բացեր, մինչդեռ ուղղության պոլիբյուրեղային ծավալներումմասերը դասավորված են պատահականորեն և չեն համընկնում միմյանց հետ։
Սմարթֆոն և հեռադիտակ
Բայց ժամանակակից տեխնոլոգիաների մեջ հաճախ պահանջվում են բացարձակապես մաքուր միայնակ բյուրեղներ: Օրինակ, գրեթե ցանկացած սմարթֆոն իր աղիքներում պարունակում է սիլիկոնային հիշողության տարր: Այս ամբողջ ծավալում ոչ մի ատոմ չպետք է տեղափոխվի իր իդեալական վայրից: Յուրաքանչյուրը պետք է իր տեղը զբաղեցնի. Հակառակ դեպքում, լուսանկարի փոխարեն ելքի վրա ձայներ կստանաք, իսկ ամենայն հավանականությամբ՝ տհաճ։
Հեռադիտակներում գիշերային տեսողության սարքերին անհրաժեշտ են նաև բավականաչափ ծավալուն միաբյուրեղներ, որոնք ինֆրակարմիր ճառագայթումը վերածում են տեսանելիի: Կան դրանք աճեցնելու մի քանի եղանակներ, բայց յուրաքանչյուրը պահանջում է հատուկ խնամք և ստուգված հաշվարկներ: Ինչպես են ստացվում միայնակ բյուրեղները, գիտնականները հասկանում են վիճակի ֆազային դիագրամներից, այսինքն՝ նայում են նյութի հալման և բյուրեղացման գրաֆիկին։ Նման նկար նկարելը դժվար է, այդ իսկ պատճառով նյութագետները հատկապես գնահատում են այն գիտնականներին, ովքեր որոշում են պարզել նման գրաֆիկի բոլոր մանրամասները։
