Categories
Emisiune TV

Tehnocultura TVS 004 – Tehnologia pomului de Crăciun și știința fulgilor de zăpadă


Episodul special de Crăciun, cu tehnologia pomilor de Crăciun și știința fulgilor de zăpađă, a fost difuzat la TVS Brasov în data de 25 decembrie 2014, orele 19:00.

Știai că pomul de Crăciun semnfică nemurirea? În multe culturi pomii reprezintă imortalitatea. Mai știai că obiceiul Pomului de Crăciun vine de la germani, care se închinau la stejari?

În acest episod special de Sărbători vom afla despre istoria și tehnolgoia din spatele pomului de Crăciun, apoi vom afla mai multe despre chimia din spatele mirosurilor de Crăciun ca cel de vin fiert sau cel de turtă dulce.

La final de episod aflăm despre studiile făcute pe fulgii de nea. S-a aflat de ce au formă hexagonală iar românul Adrian Bejan, de la Universitatea Duke din Anglia, a fost cel ce a explicat de ce fulgii au forma aceasta.

Afla mai multe despre mirosurile de Crăciun și studiile făcute pe fulgii de zăpadă din transcriptul emisiunii:

Nu avem interviu în această ediție specială 😀

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.
============= TRANSCRIPT =============
Simți deja mirosul de portocale, vin fiert și brad verde? Foarte bine. Rămâi aproape ca să afli câteva lucruri interesante.

Impodobirea pomului de Crăciun este un obicei relativ nou care își are începuturile prin secolul al XVI-lea, în zona Germaniei. Unele surse plasează apariția obiceiului în zona Scandinaviei prin secolul al XV-lea.

img-1-179 (Medium)
(sursa http://www.thelistlove.com/10-christmas-tree-facts-to-make-you-feel-festive/ )
Se folosesc pomi coniferi, pe cum este bradul, apoi se aduc lumini, betele, jucării, ornamente și o stea sau un nger care se pune în vârful pomului.

După 1850 obiceiul a prins amploare și în alte țări în afară de Germania, astfel că azi o bună parte din planetă este obișnuită cu prezența pomului de Crăciun în casă.

Până în 1900 numai familiile bogate avea pomi de Crăciun în casă, dar după 1920 pomii de Crăciun au putut fi văzuți în orice casă.

La începuturi pomul era împodobit cu dulciuri, mere și lumânări. Se spune că Martin Luther a fost primul care a pus lumânări în pom. Azi merele sunt înlocuite de globuri iar lumânările înlocuite de beculețe.

In vremurile de dinaintea acestui obicei, prin secolul al VII-lea, germanicii se închinau la stejari.

Sfântul Boniface, protectorul Germaniei, cel care a ajutat la convertirea germanilor la creștinism, a tăiat un stejar la care se închinau germanii și in locul lui a pus un brad.

Boniface spunea că bradul semnifică Trinitatea datorită formei tringhiulare. Să nu uităm că pomii semnifică veșnicia în multe culturi. Tocmai de aceea Crăciunul are propriul pom.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_tree
http://en.wikipedia.org/wiki/Saint_Boniface

Anual în Europa se folosesc 50 – 60 de milioane de pomi de Crăciun, mare parte din ei fiind crescuți special pentru această ocazie. Uneori se pot cumpăra cu tot cu rădăcini.

Pomii artificiali

Pomii de Crăciun artificiali de azi sunt făcuți din PVC, policlorură de vinil – n[CH2 = CHCl], substanță sintetizată accidental de Eugen Bauman în 1872.

Policlorura de vinil are la bază un monomer numit cloro-etenă sau clorură de vinil. 13 miliarde de kilograme de PVC se fac anual.

img-2-interior-best-pre-lit-christmas-treejpg
(sursa http://uscountryproperties.com/wonderful-photos-artificial-christmas-trees-interior-ideas/best-pre-lit-christmas-tree-pictures-captivating-artificial-christmas-trees-houston/ )

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_tree#Artificial_trees
http://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride
http://en.wikipedia.org/wiki/Vinyl_chloride

Primii pomi artificiali s-au creat prin secolul al XIX-lea și foloseau pene de gâscă colorate în verde. Abia după 1930 s-au creat pomi aritficiali din perii, apoi s-au folosit tije de aluminiu iar după anul 2000 am avut chiar și pomi cu fibra optică.

Avantajul pomilor artificiali este că nu murdăresc și pot fi refolosiți ani la rând. Prețurile variază între 70 și 300 de lei, în funcție de complexitatea acestora. Acum să trecem la ornamente.

Luminile de Crăciun

Pomii de Crăciun nu sunt la fel fără luminile de pe ei. La început erau folosite lumânări, apoi felinare iar azi se folosesc becuri foarte mici.

Primul care a folosit un șir de becuri pentru pomul de Crăciun a fost Edward. H. Johnson, în anul 1882. Edward H. Johnson era un asociat al lui Thomas Edison și a folosit 80 de becuri incandescente de mărimea unei nuci. Becurile aveau culoarea roșie, albă sau albastră.
img-3-Rockefeller_Center_christmas_tree (Medium)
( sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_lights )
Abia după aproape 20 de ani, prin 1900, firmele au început să folosească șiruri de beculețe de Crăciun iar becurile pentru pom au fost adoptate de publicul larg după 1930 când s-au ieftinit.

De fapt, au ajuns într-atât de apreciate încât Carson Williams, inginer electronist din SUA, a creat un spectacol de lumini pe casa lui folosind 25 000 de becuri în anul 2005.

Să vedem puțin spectacolul
run video – 1 min –

Iată un alt exemplu
run video – 1 min – https://www.youtube.com/watch?v=bua18A09xfQ

Extra:

http://en.wikipedia.org/wiki/Carson_Williams http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_lights
http://www.snopes.com/photos/arts/xmaslights.asp

Luminile de pom de azi pot fi numai un simplu șir de becuri foarte mici sau pot fi controlate cu ajutorul unui microchip pentru a lumina în orice mod ai dori. La unele seturi de lumini se folosesc LED-uri pentru că sunt mai durabile și consumă mult mai puțină energie electrică.

De altfel, se pot crea sculpturi de lumină precum ai văzut în filmulețele anterioare.

Globurile de Crăciun

Pe lângă luminile de pe pomul de Crăciun mai avem bomboane, dulciuri, bețigașe de zahăr, fulgi artificiali, betele, ghirlande, vată, jucării sau Moși în miniatură. Cu toate acestea cel mai mult atrag atenția globurile de sticlă.
img-4-Blue_Christmas_ornament (Medium)
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_ornament )
Globurile de Crăciun au fost folosite pe scară largă încă din 1847, dar primele globuri din lume au fost create prin 1580 în Lauscha, Germania. Pe la acea vreme Hans Greiner, care făcea ghirlande din mărgele de sticlă, s-a gândit să schimbe rețeta și să facă niște globuri de sticlă.

Mai mulți producători au văzut potențialul și, în scurt timp, Lauscha exporta globuri de sticlă către toată Germania.

Globurile de sticlă se fac, în principiu, în același mod ca acum câteva sute de ani: se ia un tub de sticlă, se încălzește foarte mult, apoi este pus într-o formă din lut iar lucrătorul suflă aer în tub.

Tubul se umflă și ia forma vasului de lut după care restul tubului este tăiat. În globul de sticlă este turnată apoi o soluție de nitrat de argint pentru a-i da culoarea gri. Se pune apoi un capac cu fir la capat și este gata globul de Crăciun.
img-5-REU-POLAND-ODDLY-21 (Medium)
(sursa http://darkroom.baltimoresun.com/2014/12/hand-blown-polish-christmas-ornaments/#1 )
Anual se produc sute de milioane de globuri de sticlă în peste 10 000 de modele.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Christmas_ornament
https://www.youtube.com/watch?v=smvnEx4w3dI

Nu trebuie să uităm că sticla nu este altceva decât nisip încălzit la 1200 de grade Celsius și apoi topit. Un lucru interesant: dacă încălzești nisip la temperaturi mari obții sticlă, dar dacă încălzești sticla la 1200 de grade nu mai obții nisip înapoi.

Sticla are o istorie veche de mai bine de 3000 de ani și merită un episod întreg. Hai să urmărim cum se face un asemenea glob de sticlă azi:

Extra:
http://www.newscientist.com/article/dn24787#.VIiJ5zGUd5I

Vârful pomului de Crăciun

Extra
http://en.wikipedia.org/wiki/Tree-topper

Ultimul lucru care se pune pe pomul de Crăciun este vărful acestuia. Vârful pomului de Crăciun poate fi un înger, o stea ori chiar o jucărie oarecare. La început s-a folosit figurina unui înger pentru a-l reprezenta pe Ingerul Gabriel, de la Nașterea lui Hristos, dar apoi s-au folosit multe alte modele. Steaua pomului de Crăciun, de exemplu, reprezintă Steaua de la Betleem.
img-7-10373119974_85bff04800_b
(sursa https://www.flickr.com/photos/notionscapital/10373119974/ )
Acest obiect poate fi din plastic sau din sticlă, poate avea lumini sau poate genera sunete.

Steaua din plastic cu leduri imi este cea mai simpatica

Cei mai mulți romăni preferă să cumpere stele de Crăciun și să le folosească an de an. Acestea se pot face și acasă din conuri de carton și hârtie. In fabrică stelele cu leduri au carcasa dintr-un plastic numit PVC, sau policlorură de vinil, în care sunt inserate benzi cu LED-uri și un microcontroller, un procesor mai mic, care are rolul de a aprinde luminile după tipare dinainte stabilite.
img-6-11b9e4b6ac005056b7261c (Medium)
(sursa http://www.rakuten.co.uk/shop/xsstock/product/XS2989/ )

Extra
plasticuri http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic#Common_plastics_and_uses

Știința mirosurilor de Crăciun

Și acum să trecem la Știința mirosurilor de Crăciun. De Crăciun ne înconjurăm de tot felul de miresme, de la cele de portocală la cele de vin fiert. Te-ai întrebat vreodată ce substanțe dau acele miresme?

Ei bine, Andy Brunning, de la compoundchem.com, profesor de chimie, a făcut o listă scurtă de lucruri de prin preajma Crăciunului și le-a notat în jurnalul de inginerie și chimie din SUA numit C&EN News.
st-m-00-1417988450080

Să începem:
1. mirosul bradului este dat de substanța numită alfa-pinenă – C10H16, un tip de terpen des întâlnit în natură în lumea vegetală. Terpenii sunt o clasă cu zeci de mii de substanțe diferite, unele dintre ele folosite pentru obținerea insecticidelor, bactericidelor sau a unor parfumuri.
st-m-01-Alpha-Pinene_Isomers.svg
2. vinul fiert are un mirosul binecunoscut datorită cuișoarelor. Mirosul din uișoare este dat de substanța numită eugenol- C10H12O2, care este un lichid uleois, galben, găsit și în nucșoară sau scorțișoară. Eugenolul este folosit pentru parfumuri, dar și în medicină ca antiseptic sau anestezic local.
st-m-02-Eugenol2DCSD.svg
3. turta dulce are mirosul caracteristic datorită zingheronei-C11H14O3, substanță asemănătoare eugenolului sau a vanilinei. Se găsește în ghimbir, după ce acesta este gătit. In anumite țări în dezvoltare ghimbirul gătit este folosit împotriva diareeei. Ghimbirul proaspăt nu are zingheronă astfel că acesta trebuie gătit pentru a transforma gingerolul în zingheronă.
st-m-03-Zingerone

4. mirosul focului de lemn, mai precis de afumat, este dat de syringol – C8H10O3 . Aceeași substanță dă mirosul specific cărnii afumate.
st-m-04-1-1280px-Syringol
Syringolul este un produs rezultat în urma pirolizei ligninei – (C31H34O11)n . Piroliza este descompunerea unei substanțe organice în altă substanță la temperaturi mari în absența oxigenului.

Lignină, nume provenit de la lignis, lb. lat., unde înseamnă “lemn”, este un tip de alcool aromatic prezent în celulele plantelor. Una dintre utilizările recente ale ligninei este obținerea de fibră de carbon.
st-m-04-2-1060px-Lignin_structure.svg

Stiinta
http://cen.acs.org/articles/92/i49/Periodic-Graphics-Scents-Season.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-Pinene / http://ro.wikipedia.org/wiki/Terpen
http://en.wikipedia.org/wiki/Eugenol / http://en.wikipedia.org/wiki/Zingerone
http://en.wikipedia.org/wiki/Syringol / http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrolysis / http://en.wikipedia.org/wiki/Lignin
http://www.compoundchem.com/

Știința fulgilor de nea

Extra
http://www.forbes.com/sites/anthonykosner/2013/12/22/winter-wonderland-snowflakes-are-predictably-diverse-but-not-unique/

The Shapes of Snowflakes



http://www.researchgate.net/publication/257132993_A_global_classification_of_snow_crystals_ice_crystals_and_solid_precipitation_based_on_observations_from_middle_latitudes_to_polar_regions – DOI: 10.1016/j.atmosres.2013.06.006

st-mf-00-a1600by1200 (Medium)
(sursa http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/ )

Dacă tot am aflat despre știința mirosurilor hai să aflăm câte ceva și despre știința fulgilor de nea. Fulgii de nea sunt acumulări de cristale de gheață care au, în general, o formă generală hexagonală, cu șase laturi, dar ei există în 8 categorii generale, 39 intermediare și 128 elementare. Cu alte cuvinte, există 128 de tipuri de fulgi iar fiecare dintre ei este diferit de oricare altul. Rareori vezi doi fulgi la fel.

st-mf-02-The-Shapes-of-Snowflakes
Forma fulgilor depinde de umiditatea aerului și temperatura la care au fost creați. Cercetătorii de la Caltech au realizat chiar și o diagramă care să reflecte acest lucru:

st-mf-01-morphologydiagram
(sursa http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/primer/morphologydiagram.jpg )

La umidități mici fulgii au forme simple iar la umidități mari fulgii au forme foarte complexe. Ultima clasificare, făcută prin anii 60 spunea că există 80 de categorii de fulgi. Cea făcută de Takao Kameda și echipa sa în 2013 a ridicat numărul la 128 de categorii.

Extra
– lucrarea lui Takao Kameda
http://www.researchgate.net/publication/257132993_A_global_classification_of_snow_crystals_ice_crystals_and_solid_precipitation_based_on_observations_from_middle_latitudes_to_polar_regions

Fulgii ar putea fi clasificați în 8 mari categorii:
– cristale tip coloană
– cristale plane
– combinație coloană și plane
– agregate de cristale de zăpadă
– coloane cu capace
– germeni de cristal
– particule neregulate
– alte tipuri de precipitare solidă

S-a creat inclusiv ecuațiile de formare a fulgilor, ecuații gândite de cercetătorul Adrian Bejan, de la Universitatea Duke, din Anglia.

Formulele publicate în Revista Nature exemplifică solificarea de tip S, graficul de solidificare având forma literei S. Adrian Bejan ne explică faptul că forma fulgului este dată de condițiile atmosferice și de modul în care căldura este distribuită în fulg.

Un lucru trebuie subliniat: se știe din fizică faptul că atunci când o substanță se solidifică, aceasta elimină căldură. Pe același principiu al căldurii latente se face izolarea caselor cu un tip special de ceară care absoarbe căldură ziua, când este cald, și se topește iar noaptea elimină căldură și se solidifică. Găsești mai multe detalii în transcriptul acestui episod, pe tehnocultura.ro

Extra:
http://www.nature.com/srep/2013/130424/srep01711/full/srep01711.html
– căldură latentă http://tehnocultura.ro/2014/08/26/stiinta-practica-principiul-caldurii-latente-in-izolarea-termica-a-caselor/
– http://www.forbes.com/sites/anthonykosner/2013/12/22/winter-wonderland-snowflakes-are-predictably-diverse-but-not-unique/

Revenind la fulgi, ei sunt mai calzi decât mediul ambiant atunci când se formează, iar forma hexagonalâ este dată de orientarea cristalelor pe direcția a șase ace în jurul cărora se construiește fulgul.

Domnul Bejan a calculat că forma hexagonală este cea mai eficientă în eliberarea căldurii către mediul exterior.

Un lucru mai puțin știut este faptul că toți fulgii au ca punct de pornire un fir de nisip, o bacterie, un virus sau chiar radiație cosmică în anumite cazuri. Dacă ai mări un fulg la microscop ai gasi mereu ceva în centrul lui.

De asemenea, în interiorul fulgilor sunt prinse și bule de aer, tocmai de aceea zăpada poate fi folosită pe post de izolator termic. Aproximativ 95% din volumul unui fulg este aer prins între cristalele din el.

Extra

13 things you didn’t know about the snowflakes and snow



http://en.wikipedia.org/wiki/Igloo

Casele iglu ale eschimoșilor sunt călduroase tocmai pentru că fulgii sunt izolatori termici. Dat fiind că fulgii au mult aer în ei zăpada absoarbe sunetul destul de bine, astfel că nopțile înzăpezite sunt mai liniștite de fel.
st-mf-04-Beautiful-Snow-Igloo-HD-Wallpaper
(sursa http://wallpaperhdfree.com/beautiful-snow-photography-hd-wallpapers/beautiful-snow-igloo-hd-wallpaper/ )
Să nu uităm și faptul că fulgii cad cu aproximativ 5 km/h către pământ și că ei conțin cristale care, la rândul lor, au 180 de miliarde de molecule de apă în ele. Fulgii sunt transparenți de fel, dar dacă pui mulți la un loc îi vezi albi.

Fulgii au cel mult 0,2 grame și ai avea nevoie de peste 50 000 de fulgi pentru a strânge 1 kg de zăpadă. Ei cad în număr de 10-20 de fulgi pe secundă pe metrul pătrat, asta dacă ai norocul să ningă, ceea ce nu s-a întâmplat în ultima perioadă prin Brașov.

Și iată cum fulgii au fost luat la rost și ne-au arătat secretele. Totul în numele științei și pentru binele nostru. Trebuie să precizez că nici un fulg nu a fost rănit în crearea acestui episod.

Iți mulțumesc că ai fost alături de mine la ediția specială de Sărbatori și te invit să trimiți sugestii, comentarii sau întrebări pe:
– tehnocultura.ro
– YouTube : youtube.com/tehnocultura
– Facebook : facebook.com/tehnocultura
sau prin email la manuel@tehnocultura.ro.

Ne vedem data viitoare.
Fii o sumă de atomi curioși!

**************************************************

Categories
Emisiune TV Tehnologie

Tehnocultura TVS 003 – Ce este GPS-ul?


Episodul 3, GPS-ul, a fost difuzat la TVS Brasov în data de 18 octombrie 2014, orele 20:30.

Ce este GPS-ul? Este adevărat că sateliții GPS te urmăresc? De ce timpul trece mai repede la înălțimea sateliților GPS? Ce rol a avut Einstein în crearea sistemului GPS? Sau ce rol au ceasurile atomice în toată povestea aceasta?

Interviu cu domnul Conferențiar Doctor Nicolae Crețu (secțiunea Colectiv Fizică), care predă fizica viitorilor ingineri școliți la Universitatea “Transilvania” din Brașov.

Aici trebuie să aduc aminte de articolul scris de mine în legătură cu Forumul Fizicienilor din Brașov și de Revista Cromatic, bianuală, cu articole de fizică.

Linkuri:
Forumul fizicienilor din Brașov
Revista Cromatic

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.
============= TRANSCRIPT =============

De data aceasta mergem la peste 20 000 de kilometri deasupra Pământului pentru a vedea cum funcționează sateliții GPS și ce este acela sistem GPS.

Știai că sistemul GPS este coordonat de armata SUA și că îl putem folosi și la bicicletele noastre? Mai știai că timpul trece mai repede la altitudinea sateliților GPS? Fără Einstein și teoria relativității nu am fi avut azi nici un sistem de navigare atât de precis. Mai mult, cei 30 de sateliți GPS de deasupra noastră sunt pur și simplu un ceas gigantic care înconjoară Pământul.
img1-gps-constellation
(sursa http://www.gps.gov/multimedia/images/ )

2. Navigare – ce a fost înainte –

GPS este prescurtarea de la Global Positioning System sau Sistem de Poziționare Globală și este o constelație de aproximativ 30 de sateliți care orbitează la înălțimi între 2000 și 35 000 de km, la altitudini medii.

Pentru a se menține pe orbită sateliții de la altitudini de 2000 de km zbor în jurul Pământului cu viteză de cel mult 6,9 km/s, o viteză mai mică decât cea a Stației Spațiale Internaționale, care, situată la numai 340 de km altitudine zbârnâie în jurul planetelei cu peste 7,7 km/s. GPS poate fi localizat la altitudini de 20 000 km unde au nevoie de o viteză 3.9 km/s pentru a se menține în orbită.

Parcurg Brașovul de la un capăt în altul în 3.5 secunde cu așa viteză. Un lucru de ținut minte: orbitarea în jurui oricărui obiect cosmic nu este nimic altceva decât o cădere controlată. Sateliții GPS cad către Pâmânt, dar, datorită vitezei mari, reușesc să nimerească pe lângă Pâmânt. Voi povesti pe îndelete viața sateliților și ce înseamnă a orbita într-un episod viitor.

Extra:
Calcul g la înălțimea h:
g = G * M/ (r+r1)^2
G – constanta gravitațională – 6.673×10−11 N·(m/kg)2
– http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_constant
M – masa Pământului – 5.97219 × 1024 kg – http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_mass
r – raza Pământului în metri – 6,371 kilometers , http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_radius
r1- dist față de suprafața Pământului – 2000 km pt GPS
Accelerația g1 la 2000 km înălțime este 5,68 m/s^2, viteza pe orbită este 6895,45 m/s sau 6,9 km/s, mai mică decât ISS, care are 7,7 km/s la 340 km altitudine. Calcul viteza: g1 = v^2/r => v = sqrt(g1 * r) .
Accelerația la g2 = 20 000 km este 0.57 =: viteză orbitare 3887,4 m/s 3.9 km/s

Revenind la sateliții GPS aceștia sunt cel mai avansat sistem de navigare și este cel mai recent, cu primele planuri începute încă din 1960 și punerea în aplicare în 1973. Definitivarea primului sistem sistem GPS a avut loc în 1995.

Înainte de GPS oamenii se foloseau de navigarea cu ajutorul stelelor și după repere geografice. Arabii se foloseau de kamal, snururi cu noduri pe ele, apoi, între anii 1000 – 1750 se foloseau quadranturile și astrolabul. Cum se știa de prin vremea grecilor antici că Pâmântul este rotund, Cristofor Columb (1451 – 1506), navigatorul italian, a utilizat quadrantul pentru a merge în Vest în căutarea unui drum mai scurt către India. Astfel, el a nimerit în Insulele Bahamas, din America de Nord în 1492, făcând descoperirea vieții sale.

După 1757, unul dintre instrumentele cele mai notorii folosite a fost sextantul, urmaș al quadrantului. Cu acest instrument ținut vertical verifici unghiurile făcute de orizont cu Soarele sau Steaua Polară și, dacă știi timpul măsurătorii, atunci afli latitudinea la care te afli.

Dacă ții instrumentul în poziție orizontală și verifici unghiul făcut de Lună cu o altă stea, atunci afli longitudinea.

img2-sextant-100_3355
(sursa http://sextantbook.com/ )

John Bird (1709–1776), astronom englez, a fost cel care a creat primul sextant prin 1757 iar acest tip de instrument încă este folosit de către marina militară a unor state pe lângă navigarea radar și prin GPS.
img3 – John Bird, 1709- 1776
img3-sextant-John-Bird
(sursa – http://blogs.mhs.ox.ac.uk/mhs/making-prints-public-john-bird-connecting-collections/ )

Extra:
– http://en.wikipedia.org/wiki/Sextant
– http://www.pbs.org/wgbh/nova/shackleton/navigate/escapeworks.html
– http://www.mat.uc.pt/~helios/Mestre/Novemb00/H61iflan.htm
– http://ro.wikipedia.org/wiki/Cristofor_Columb
– http://en.wikipedia.org/wiki/Christopher_Columbus

Când vorbim de navigare folosindu-ne de repere vizuale, trebuie pomenită aici o curiozitate: serviciul poștal USPS al SUA, care, în anul 1923, a construit săgeți uriașe de beton de-a latul țării. Cum nu exista navigarea prin radio sau GPS, cei de la USPS au trebuit să improvizeze.

Acele săgeți aveau 20 de metri lungime și erau plasate la 15-20 km distanță. Erau colorate în galben strident și se puteau vedea de la înălțime suficient de mare pentru a ajuta piloții avioanelor când duceau coletele dintr-o parte în alta a țării. Timpul de transport al coletelor a fost scurtat de la săptămâni la numai 36 de ore.

În anii 30 USPS a trecut la folosirea navigării cu ajutorul radio iar săgețile nu au mai fost utilizabile.

Extra:
– sagetile de beton ale USPS

The Concrete Arrows That Range Across The United States


– http://www.theverge.com/2013/11/18/5116408/transcontinental-air-mail-arrows-helped-deliver-mail
– http://www.snopes.com/travel/airline/arrows.asp

În ceea ce privește navigarea pe mare în apropiere de coaste, farurile erau un bun ajutor. După descoperirea utilității undelor radio și crearea sistemului radar s-a trecut la folosirea unui alt timp de faruri: stații de emisie radio sau, cum îmi place mie să le zic “faruri radio”.

Radarul a fost dezvoltat în perioada celui de-Al Doilea Război Mondial iar astfel navigarea a devenit un proces ceva mai simplu. RADAR este un acronim stabilit în 1940 de către Marina SUA și provine de la RAdio Detection And Ranging, detectarea poziției și vitezei cu ajutorul undelor radio.

– img4 – radar
img4-radar-Fotolia_29717022_Subscription_XXL
(sursa http://www.techweekeurope.co.uk/news/5g-mobile-networks-air-traffic-control-107240 )

Extra:
– radio http://en.wikipedia.org/wiki/Radar

Până la definitivarea programului GPS navigarea cu ajutorul radar era la mare căutare. Asemenea navigare se numește navigare hiperbolică și se folosește de diferențele de timp în care se primește semnalul de la stații principale, numit master, și secundare, numite slave.

-img5 nav hiperbolica
img5-navigare-hipebolica
(sursa https://www.youtube.com/watch?v=PDtHulWGMGg – Smithsonian National Air and Space Museum )

Atunci când se recepționa semnalele de la cele două stații se nota zona aproximativă unde ar putea fi nava. În timpul deplasării mai multe asemenea puncte se pun peste o hartă astfel că o hiperbolă, o traiectorie în formă de curbă deschisă, este generată.

Dacă recepționăm și semnalele altor două stații, principală și secundară, putem genera o nouă hiperbloă. Intersecția celor două hiperbole reprezintă zona în care este vasul. Acțiunea de aflare a poziției se numește fixarea poziției și genera o zonă în care te puteai afla, nu un punct exact.

-img6 – fixarea pozitiei
img6-hiperolic-nav-patent-US2991011-1
( sursa http://www.google.com.qa/patents/US2991011 )

Extra:
– nav hiperbolica – http://en.wikipedia.org/wiki/Hyperbolic_navigation
– video explicativ https://www.youtube.com/watch?v=PDtHulWGMGg
– http://www.google.com.qa/patents/US2991011

Precizia poziției este dată de tipul de navigare hiperbolică folosită iar aceasta se poate măsura între câteva sute de metri și câțiva kilometri.

Primul sistem de navigație hiperbolică a fost GEE, inventat de către britanici în Al Doilea Război Mondial, și era folosit de aviația lor. Avea o precizie de câteva sute de metri și acționa pe o rază de 560 de kilometri. Folosea unde radio cu frecvențe în jurul a 45 Mhz, în spectrul VHF, very high frequency radio.

În aceeași perioadă cu sistemul GEE al aviației britanice a apărut sistemul DECCA al marinei britanice, care folosea unde radio de frecvențe joase, între 70 și 129 Khz și rază de acțiune până la 740 de km. Precizia DECCA era între câțiva metri și o milă nautică (1800 de metri).

SUA a contracarat și a creat propriul sistem numit LORAN, care era asemănător cu GEE, dar avea o rază de acțiune de 2400 de km și acționa la frecvențe între 4 și 30 Mhz, la HF, high frequency. Precizia era de zeci de mile la început și a ajuns la câteva zeci de metri în varianta LORAN-C. Nu este orice să poți stabili poziția unui obiect la peste 1200 de kilometri distanță cu precizie de numai 30 de metri.

Primul sistem de navigare radio cu adevărat global a fost OMEGA, sistem dezvoltat de SUA îmrepună cu alte șase țări. Sistemul folosea frecvențe foarte joase, VLF, între 10 – 14 KHZ, și a fost implementat destul de târziu, prin 1971. Dat fiind că GPS era deja în lucru nu este de mirare că sistemul a existat până în 1997, când a fost înlocuit de navigarea prin satelit.

OMEGA avea o precizie globală de 6 kilometri și folosea, în 1968, numai 8 stații dispuse pe toată planeta.

Extra:
– istorie nav sateliti – http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_navigation#History_and_theory
– GEE – http://en.wikipedia.org/wiki/Gee_(navigation)
– frecvente radio 3KHz – 3 Ghz – http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency#Frequency_bands
– LORAN – http://en.wikipedia.org/wiki/LORAN
– DECCA- http://en.wikipedia.org/wiki/Decca_Navigator_System
– OMEGA – http://en.wikipedia.org/wiki/Omega_(navigation_system)#Previous_systems

Ajunși în perioada modernă, civilii și militarii folosesc cei 30 de sateliți GPS pentru o mulțime de aplicații: de la atacarea cu preciziei a pozițiilor inamice până la cartografierea unor terenuri în scop agricol sau pentru stabilirea poziției construcțiilor în arhitectură.

3. Ce este GPS – componenta, receptoare

GPS a fost creat de către Ministerul Apărării a SUA pentru a afla poziții cheie ale obiectivelor militare. Avea la început 24 de sateliți și a fost îmbunătățit de mai multe ori de-a lungul timpului.

Inventatorii sistemului sunt Bradford Parkinson, Roger L. Easton, si Ivan A. Getting, ingineri și oameni de știință din SUA.

Sistemul GPS este constituit din trei segmente:
– segmentul spațial (SS) – între 24 și 32 de sateliți stabiliți în orbită la altitudini medii (2000 – 35 000 km)
– segmentul de control (SC) – compus din stație de control principală (MCS), stație alternativă de control, la care se adaugă o serie de antene și stații la sol
– segmentul ulitizatorilor (SU) – aici este vorba de armata SUA, armatele aliate SUA care folosesc sistemul de poziționare precisă a GPS și de segmentul civil care folosesște sistemul de poziționare standard a GPS.

Forțele Aeriene a SUA întrețin și dezvoltă segmetul spațial și cel de control. Utilizatorii folosesc receptoare GPS care au între 12 și 24 de canale pentru a recepționa semnalul a tot atâția sateliți odată. Receptoarele de azi pot arăta poziția cât mai exact, cât și viteza de deplasare.

Coordonatele prezentate de receptoarele GPS cuprind: latitudine, longitudine, altitudine și timpul (x,y,z,t). O parte dintre receptoare vor prezenta coordonatele geografice în format decimal, cum este, de exemplu, poziția Gării Brașov:
45.660963, 25.613513 (45.660963 Lat N, 25.613513 Long E)

Este important să știm cum să transformăm coordonatele zecimale în coordonate în grade pentru situații de criză, precum rătăcirea într-un loc necunoscut. Un lucru trebuie ținut minte:
– 1 grad este egal cu 60 de mile marine. O milă marină este egală 1852 de metri.
– 1 minut este egal cu 1 milă marină
– 1 secundă este egală cu 1/60 mile marine, adică 30,86 metri

Transformarea din zecimale în grade urmează procesul:
– ce este înainte de virgulă rămâne la fel și acelea sunt gradele, adică 45
– iei valorile de după virgulă și le înmulțești cu 60
0.660963 * 60 = 39,65778, respectiv 39 de minute.
– luăm noile valori de după virgulă și înmulțim din nou cu 60
0.65778 * 60 = 39,4668, adică 39,4668 secunde
Avem așadar:
49.660963 = 45° 39′ 39.4668″ Lat N
25.613513 = 25° 36′ 48.6468″ Long E

Extra:
– Google Maps Gara Brașov – https://www.google.ro/maps/place/45%C2%B039’39.5%22N+25%C2%B036’48.6%22E/@45.6609624,25.613513,15z/data=!3m1!4b1!4m2!3m1!1s0x0:0x0
– mila marina – http://ro.wikipedia.org/wiki/Mil%C4%83_marin%C4%83
– http://transition.fcc.gov/mb/audio/bickel/DDDMMSS-decimal.html
– calcul: 45° 39′ 39.4668″ Lat N
= 4860 + (39 * 1,8) + (39 * 0,03) = 4.932,54 km față de ecuator

Receptoarele GPS captează semnale transmise în banda radio UHF, pe frecvențe precise: 1.57542 GHz (semnal L1) și 1.2276 GHz (semnal L2). Semnalul L3, la frecvența 1381.05 MHz, transmite informații despre detonări nucleare. Sistemul GPS, în afară de faptul că transmite detalii despre poziție și timp, are și rolul de a detecta orice explozie nucleară de pe Terra.

Dată fiind importanța unul asemenea sistem este de mirare că doar aproximativ 30 de sateliți GPS din totalul de peste 1300 de sateliți este dedicat GPS aflării poziției pe Glob și detectării detonărilor nucleare.

Pe aceeași zonă, în orbită la altitudini medii, mai sunt și alte tipuri de sateliți, folosiți în special pentru comunicați, navigație, studii geodezice. GPS orbitează, de obicei, pe la 20 000 de kilometri altitudine, însă nu este singurul sistem folosit pentru aflarea poziției pe Glob.

img 7
img7-gps-orbita-medie-comparatie
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Medium_Earth_orbit )

Extra:
– orbită la altitudini medii- http://en.wikipedia.org/wiki/Medium_Earth_orbit

Sistemul GPS a trecut, de-a lungul timpului, prin mai multe schimbări, mai ales că, inițial era dedicat uzului militar. Răzbiul Rece a fost motorul ce a pus în mișcare acest pas. În 1962, când s-au făcut planurile GPS, se dorea ca acesta să devină un sistem global cu precizie cât mai mare.

GPS a trecut prin mai multe etape:
– 1972: primele teste cu receptoare GPS
– 1978: primul satelit din Blocul I a fost lansat urmat de alți 10
– 1989: primul satelit din Blocul II a fost lansat
– 1993: 24 de sateliți GPS erau deja în orbită și ofereau serviciul standard de poziționare
– 1995: sistemul GPS oferea serviciul precis de poziționare
– 2000: disponibilitatea selectivă a fost blocată, civilii având dreptul de a primi semnalul nedegradat
– 2014: GPS Blocul III urma să fie lansat cu noi stații la sol și sateliți ănsă a fost amânat pentru 2016

Extra:
– GPS III – http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_Block_IIIA

Uzul civil a fost consimțit în 1983 când zborul KAL007 al Aviației civile Coreene a fost doborât de către aviația militară rusă din cauza încălcării spațiului rusesc în zona Japoniei. Dat fiind că la baza incidentului a fost o eroare de navigație, SUA a decis ca sistemul GPS să fie accesat și de către populația civilă.

Totuși, precizia oferită de sistemul GPS civililor se supune regulilor disponibilității selective, situație în care civilii au acces limitat la informațiile GPS. Cu alte cuvinte, receptoarele GPS nu au precizie militară.

Prin anul 1989 a fost scos pe piață primul receptor GPS numit Magellan NAV 1000 al firmei Magellan Navigation Inc. și costa 2900 de USD. Abia după anul 2000 receptoarele GPS au devenit mai accesibile.
img8 – nav 1000
JN2012-1318
(sursa – http://timeandnavigation.si.edu/multimedia-asset/magellan-nav-1000-gps-receiver-1988 )

Extra:
– KAL007 – http://en.wikipedia.org/wiki/Korean_Air_Lines_Flight_007
– selective GPS – http://en.wikipedia.org/wiki/Error_analysis_for_the_Global_Positioning_System#Selective_availability
– gps nav device – http://en.wikipedia.org/wiki/GPS_navigation_device

Cu timpul au apărut mai mulți producători de receptoare GPS printre care și Garmin (1991), Benefon (1999), si TomTom (2002). Benefon a creat primul chip GPS pentru telefoanele mobile. Azi toate smartphone-urile au chip GPS integrat iar unele au AGPS, asisted GPS, modul prin care operatorii de telefonie ajută la detectarea rapidă sateliților pentru că au servere AGPS cu orbitele sateliților stocate și gata a fi utilizate.

Asemenea chipuri GPS din telefoanele mobile, cuplate cu aplicații de navigare de tipul OsmAnd, Google Maps Navigation, iGo, Maverick și altele pot ajuta la orientarea în aproape orice oraș din lume.

Pe lângă chipurile GPS și receptoarele GPS dedicate există și module GPS care pot fi conectate la laptop cum ar fi modulele open-source Elektor GPS.

4. Cum functioneaza GPS

Receptoarele GPS se folosesc de semnalele trimise de sateliți pentru a a găsi poziția exactă a utilizatorului.

Contrar celor știute de mulți oameni, sateliții GPS nu te detectează pe tine, ci tu recepționezi semnalul sateliților și de acolo afli poziția ta exactă. Sateliții GPS nu te urmăresc, ci tu pe ei.

Ai nevoie de cel puțin trei sateliți GPS pentru a afla pozița ta exactă. Poziția ta este aflată folosindu-ne de procesul numit trilaterare, care nu este același lucru cu triangulația. Triangulația măsoară unghiuri, trilaterarea măsoară distanțele.

Atunci când receptorul GPS detectează cel puțin sateliți el primește semnalul de la fiecare dintre aceștia la intervale diferite măsurate în microsecunde. Calculând timpii diferiți în care ajung semnalele la receptor și știind poziția sateliților acel receptor poate indica locul în care te afli. În fapt, receptorul calculează sfere din informațiile primite iar locul în care te afli este pe suprafața Pâmântului, la intersecția celor trei sfere generate.

img9 – trilaterare sfere

img9-GPS_3D-trilateration
(sursa https://openclipart.org/tags/Satellite )

Extra:
– trilaterare video- https://www.youtube.com/watch?v=4O3ZVHVFhes
– trilaterae scurt – https://www.youtube.com/watch?v=o4gYnbGXD6o
– how gps works http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/travel/gps.htm
– extra GPS si Einstein: http://tehnocultura.ro/2011/11/11/sistemul-gps-explicat-in-mai-putin-de-doua-minute-video/
– General Relativity: http://en.wikipedia.org/wiki/General_relativity#Gravitational_time_dilation_and_frequency_shift
– atomic clock: http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_clock

Sistemul GPS nu ar fi fost posibil fără două lucruri foarte importante: teoria relativității generale și speciale a lui Einstein și ceasurile atomice.

Teoria relativității speciale a lui Einstein ne spune că, atunci când un obiect se deplasează, timpul curge mai lent pentru acesta. Este un fenomen ce se numește dilatarea timpului și poate fi observat mai bine la viteze foarte mari.

Dacă mergem cu avionul sau cu trenul noi vom trăi mai mult cu câteva miliardimi de miliardimi de secundă față de cineva care stă în loc. Einstein a știut acest lucru și a creat ecuația dilatării timpului:
t’= t * ( 1 / sqrt (1- v^2/c^2) )

img10 – rel speciala
img10-special-relativity-time-dilation
( sursa http://www.livescience.com/26681-most-beautiful-mathematical-equations.html?cmpid=514627_20140907_31011406 )

Pentru faptul că sateliții zbor cu 3-6 km/s față de noi, timpul curge mai încet la acea altitudine. Mai mult sateliții se supun și relativității generale ale lui Einstein, teorie care spune că pentru obiectele care sunt la distanțe mai mari față de un centru de gravitație timpul trece mai repede.

După calculele făcute de oamenii de știință, relativitatea generală câștigă iar timpul trece mai repede, per total, la altitudinea sateliților.

Știind acest lucru oamenii de știință au instalat corectoare de timp pe sateliții GPS iar acele corectoare de timp se sincronizează cu ceasurile atomice de pe Pământ. Timpul este măsurat acum în sistemul GPS cu o precizie de miliardimi de secundă.

Fără corecția de timp sateliții GPS transmit un timp din viitor cu ceva nanosecunde în plus, astfel că, la finalul zilei, poziția care ar trebui să îți indice receptorul GPS este undeva la zeci de kilometri distanță.

Așadar, sistemul GPS nu numai că este o minune a ingineriei, dar este și o demonstrație de laborator enormă în care vedem relativitatea timpului, așa cum a fost prezisă de Einstein acum o sută de ani.

Extra:
– gps tehnocultura – http://tehnocultura.ro/2011/11/11/sistemul-gps-explicat-in-mai-putin-de-doua-minute-video/

5. GPS viitor/alternative

Alternativele la GPS sunt GLONASS, sistemul de navigare rusesc, operațional global. Galileo, sistem de navigare european, va fi funcțional în 2019 iar chinezii au Beidou, utilizabil în Asia și Pacificul de Vest.

În afară de acestea mai sunt sistemele:
– COMPASS – China, va fi operațional în 2020
– IRNSS – India, acoperă India și nordul Oceanului Indian
– QZSS – sistemul japonez, operațional, valabil Japonia

Ai folosit GPS-ul până acum? Ei bine, după ce știi cele aflate azi este clar că nu o să te mai uiți la GPS în același mod.

Știri

1. 1000 TB pe un CD? Posibil în viitor.

img11 – 1000TB/CD
img11-1000tb-cd-t5gbpxcm-1371621655

(sursa Nature Communications)

Revista Nature a publicat, în 2012, un studiu prin care eram informați că tehnicile de scriere pe CD-uri vor putea fi mult îmbunătățite. Recent Science Alert, in 2014, ne-a informat că primele teste în scrierea a 1000TB pe un CD au fost reușite.

Deocamdată poți pune maxim 8 GB de date pe un DVD și 40 GB pe un blu-ray disc, dar 1000TB este cu mult mai mult. În 1 TB poți pune aproximativ 1000 de filme iar în 1000TB poți pune 10 ani de filme HD sau 50 000 de filme Full HD.

O asemenea capacitate de stocare va fi necesară în viitor pentru că numai în ultimii 2 ani noi am generat peste 90% din conținutul video/foto al tuturor vremurilor.

Cum se va face stocarea atâtor date pe un singur disc? În momentul de față laserul DVD-writerului din calculatorul tău folosește lumină pentu a scrie biți, 0 și 1. Lumina folosită este undeva pe la 500 nm.

Pentru a obține o densitate mai mare de ifnormație noi trebuie să folosim lumină la lungimi de undă mult mai mici, mai precis 9 nm. Aici Dr Zongsong Gan, cercetător de la Universitatea de Tehnologie din Swinburne, Australia a venit cu ideea genială: folosește două unde de 500 nm, dar una pentru scriere și una pentru blocarea primei. Secretul stă în faptul că unda nu este blocată complet și are o zonă în care mai poate scrie iar acel punct are un diametru de 9 nm.

Genial!

Până să ne bucurăm de desicurile la 1000TB ne putem arunca ochii după hard-diskurile care au 10TB de la Western Digital (divizia HGST), mult mai mult decît au nevoie 90% dintre deținătorii de calculatoare de azi.

Sursa: Nature, doi:10.1038/ncomms3061
Links:
http://www.nature.com/ncomms/2013/130619/ncomms3061/full/ncomms3061.html
http://www.sciencealert.com.au/news/20140309-26116.html
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130522085217.htm

2. Contracepția pentru bărbați.

Nu este o pastilă, dar pe aproape

img12- Vasalgel
img12-vasalgel-contraceptie-barbati
(sursa parsemusfoundation.org)
De ceva ani buni se caută o metodă prin care ceva asemănptor pastilelor contraceptive să fie utilizate și de bărbați.

Până de acum nu s-a reușit acest lucru, însă un tip nou de tratament, care implică o operație, va putea fi folosit în viitor. Parsemus Foundation a creat Vasalgel, un gel care poate fi injectat în vas deferens, vasul ce are rolul de a ghida spermatozoizii către exterior. Odată injectat acest gel bărbații vor deveni infertili pentru mai mulți ani.

Procedeul seamănă cu vasectomia însă este reversibil. Primele teste pe iepuri și babuini sunt promițăroate și testele pe oameni vor începe abia anul viitor.

Surse:
DNews – https://www.youtube.com/watch?v=69fBYvwKNLk&feature=em-uploademail
Wired – http://www.wired.com/2011/04/ff_vasectomy/all/
Parsemus Foundation: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:NpQFRtUQVvMJ:www.parsemusfoundation.org/vasalgel-home/+&cd=4&hl=en&ct=clnk

3. Superclusterul Laniakea, casa Căii Lactee

img13
img13-laniakea-casa-calea-lactee
(sursa Nature Video)

Nature relatează că s-a descoperit adresa noastră supra-galactică, să îi zicem așa: la limitele unuia dintre brațele superclusterului Laniakea. Studiul publicat în Nature de către R. Brent Tully, Hélène Courtois, Yehuda Hoffman și Daniel Pomarède prezintă metodele prin care s-a creat o hartă 3D cu galaxii ce se întind pe o distanță de aproape 10 miliarde de ani lumină. Superclusterul Laniakea are nu mai puțin de 500 de milioane de ani lumină.

De știut este faptul că în Univers galaxiile nu sunt poziționate aleatoriu, ci există influențe gravitaționale ale clusterelor, grupurilor mari de galaxii. Astfel, Universul și-a distribuit galaxiile în filamente supra-galactice ce se întind pe sute de milioane de ani lumină. Există locuri unde concentrația de galaxii este mare și altele în care nu găsești nici o galaxie.

Revenind la adresa noastră, dacă este destul de ușor să aflăm unde este Terra, atunci nu la fel de ușor este să afli unde este galaxia Calea Lactee, casa noastră. Sol sau Sistemul solar este plasat în unul din cele două brațe spiralate, chiar la marginea acestuia. Calea Lactee este înconjurată de zeci de galaxii în ceea ce se numește Grupul Local.

Acest Grup Local se îndreaptă, împreună cu zeci de mii de alte galaxii către un centru de gravitație numit Marele Atractor, care este chiar linia centrală a Superclusterului Laniakea. Cercetătorii au reușit să stabilească limitele clusterelor de galaxii urmărind deplasarea lor la unison către un centru de gravitație comun. Acolo unde traiectoriile galaxiilor sunt divergente s-a stabilit că se află limita clusterului.

În animația de mai sus fiecare punct este o galaxie iar Universul are miliarde de miliarde de galaxii. Odată ce ai putut stabili poziția ta în functie de un supercluster anume te poți întoarce de unde ai plecat. Desigur, asta dacă reușești să călătorești așa de departe.

Conform Phys.org Laniakea înseamnă “Cer Infinit” în hawaiană. S-a ajuns la cartarea 3D a superclusterului și a mii de galaxii folosindu-se de Green Bank Telescope (GBT) de la Fundația Națională de Științe a SUA.

Cu ajutorul GBT cercetătorii au putut vedea că superclusterul Laniakea are un diametru de 500 de milioane de ani-lumină și are masa a o sută de milioane de miliarde de Sori răspândită de-a lungul a 100 000 de galaxii.

Sursa:
– Tehnocultura – http://tehnocultura.ro/2014/09/03/unde-este-localizata-calea-lactee-in-superclusterul-laniakea/
– Nature – http://www.nature.com/nature/journal/v513/n7516/full/nature13674.html

Dacă ai întrebări, sugestii sau comentarii le poți lăsa la filmul de pe YouTube sau pe adresa manuel@tehnocultura.ro.

Categories
Emisiune TV Tehnologie

Tehnocultura TVS 002 – Televiziunea [video]


***Nu dati cu pietre. Facuseram filmarea in SD si nu arata tocmai bine in HD, insa vom corecta in emisiunile viitoare.

Televiziunea este una dintre cele mai obișnuite tehnologii ce o folosim la momentul actual. Televiziunea ne permite să “vedem la distanță”, să urmărim evenimentele exact așa cum sunt înregistrate la mii de kilometri de noi.

Televiziune este un cuvânt creat din alăturarea termenului tele, cuvânt de semnifică “la distanță” în greaca antică și latinescul visio, adică “vedere”.

Televiziunea actuală își datorează existența a zeci de oameni care au inventat, pe rând, transmisiile radio sau prin cablu, tuburi vidate, captarea și trasmisia imaginilor.

Am avut onoarea de a-l invita in emisiune pe Adi Pascu, de la Mikado Brasov. Adi stie foarte multe lucruri din domeniul tehnologiei, motiv pentru care a creat cunoscutul lanturi de magazine de electronice Mikado.

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.

Începuturile televiziunii

Un lucru demn de menționat este faptul că fotografia, înregistrările video și audio, cinematografia, televiziunea, radio și telefonul s-au dezvoltat în aceeași perioadă, în secolul al XIX lea.

Era un lucru de așteptat ca un inventator din domeniul radiocomunicațiilor să aibă invenții și în alte domenii, cum este James Clerk Maxwell, de pildă, cu metoda celor trei culori pentru fotografie și crearea ecuațiilor undelor electromagnetice pentru fizică.

Anumite invenții create specific pentru un anumit domeniu urmau apoi a fi folosite și în alte domenii precum este filmul pe care puteau fi puse poze, dar care putea fi folosit și pentru cinematografie. Secolul XIX era un secol al oamenilor extraordinari.

Televizoarele sunt azi un lucru obișnuit, dar nu la fel a fost prin anii 1920, pe când se puneau bazele transmiterii imaginilor la distanță. Televiziunea a trecut prin două etape mari: mecanică și apoi electronică.

Adoptarea televiziunii la nivel mondial a început în 1928 în SUA, odată cu folosirea televiziunii mecanice, ca mai apoi să se folosească televizoarele cu tub catodic prin anii 30 ( 1934 – Germania, 1936 – UK, Franța, 1938 – SUA ) iar prin anii 60 televiziunea color. În 1955 Romania avea televiziune alb-negru, însă era doar în stadiul experimental. Din 1967 Europa adoptase televiziunea color ca standard iar azi circa 1.2 miliarde de locuințe de pe mapamond au cel puțin un televizor.

Primele televizoare costau $125 sau $2000 în banii de azi iar prin anii 60 deja 90% dintre americani aveau televizor. SUA a folosit o perioadă standardul NTSC (480 linii, acum folosesc digital ATSC), Europa de Vest PAL (576 linii) iar Europa de Est SECAM, acestea fiind standarde de transmisie (în UHF sau VHF) și codare a semnalelor pentru televiziunea color. În special este vorba de numărul de linii și de numărul de cadre pe secundă, diferite la cele trei standarde.

Prin anii 60 plăcile electronice ale televizoarelor foloseau tuburi cu vid iar din anii 70 s-au folosit circuitele integrate pentru prelucrarea semnalelor. Abia prin anii 80 s-au putut folosi telecomenzile pentru a schimba canalele, schimbarea canalelor fiind făcută de un tuner ce caută frecvențele posturilor TV în mod automat.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_the_introduction_of_television_in_countries
https://www.youtube.com/watch?v=YOQCA0r1PZk – BBc in 75 years
https://www.youtube.com/watch?v=lkV9ZloN2E8 – BBC slideshow (39 – 46 stopped)

Puțină istorie

Televiziunea mecanică – Paul Gottlieb Nipkow (1860 – 1940) a inventat, în 1884, primul sistem TV electromecanic ce se folosea de un disc rotativ pentru a transmite imaginile. Discul avea o serie de găuri dispuse în spirală la unghiuri egale.

Paul Gottlieb Nipkow:
img8-Paul-nipkow
( sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Gottlieb_Nipkow )
Acele găuri lăsau să treacă doar o mică parte din lumina ce venea de la obiectele din fața discului. Lumina de la acele găuri cădea pe o placă de seleniu care genera o cantitate de curent electric proporțională cu cantitatea de lumină. Semnalul electric era apoi transmis cu ajutorul antenelor la distanță unde un televizor avea un disc similar ce se rotea la aceeași viteză.

Televizorul prelua semnalul radio, îl convertea în semnal luminos și transmitea lumina către discul rotativ, imaginea generată apoi pe o lentilă sau ecran transparent fiind formată din linii succesive, dar relativ neclară.

Prima demonstrație practică a televiziuniii mecanice a fost făcută de către John Logie Baird ( 1888 – 1946 ) în 1925. Televizorul său forma imaginile în mișcare din 30 de linii verticale și la 5 cadre pe secundă. În 1926 și-a prezentat public invenția.

Prima imagine pe un televizor mecanic. În imagine este Oliver Hutchinson, partenerul de afaceri al lui Baird:
img12-John_Logie_Baird,_1st_Image
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/John_Logie_Baird )

Primul televizor mecanic – concept îmbunătățit:
img10-60llens
(sursa http://www.televisionexperimenters.com/lensdisk.html )

Iată un exemplu de televizor mecanic – video:

Iată un exemplu de televizor mecanic – imagine:
img11-1929_Baird_Televisor

(sursa http://www.talkingelectronics.com/projects/MechanicalTV/MechanicalTV-1.html )

Primele televizoare mecanice arătau ca un dulap de dimensiuni mici care aveau un vizor unde se vedeau imaginile.

Notă: Willoughby Smith (1828 – 1891) este cel ce a descoperit, în 1873, faptul că seleniul generează curent electric la contact cu lumina.

Extra:

http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Gottlieb_Nipkow
http://en.wikipedia.org/wiki/Selenium#History
http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Graham_Bell
http://en.wikipedia.org/wiki/Willoughby_Smith
http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_television

Televiziunea electronică

Dat fiind că televiziunea mecanică avea multe neajunsuri s-a ajuns la dezvoltarea televiziunii electronice, rol important în acest sens avându-l Manfred von Ardenne (1907 – 1997) care a prezentat, în 1931, la Berlin Radio Show, primul televizor ce se folosea de tubul catodic, atât pentru recepție, cât și pentru transmiterea imaginilor.

Manfred von Ardenne:
img13-Bundesarchiv_Bild_183-K0917-500,_Prof._Manfred_v._Ardenne
( sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Manfred_von_Ardenne )

Televiziunea cu tub catodic era o tehnologie revoluționară la vremea respectivă și un pas mare față de televiziunea mecanică. Tubul catodic fusese inventat cu mult înainte de 1931 de către o serie de inovatori pornind de la Heinrich Geissler, cel care a creat primul tub vidat în 1855, ajungând apoi la Sir William Crookes, care, în 1878, a creat tubul Crookes și a descoperit formarea razelor catodice din acel tub.

Apoi, J.J. Thompson a descoperit în 1897 că razele catodice sunt, de fapt, fașcicole de electroni, un aspect important în functionarea unui televizor cu tub catodic.

Extra:
https://www.youtube.com/watch?v=4QAzu6fe8rE – Crookes and J.J. Thompson
https://www.youtube.com/watch?v=K-kxIP3FhCk – cum este orientat fașcicolul de electroni în interiorul tubului
http://inventors.about.com/od/cstartinventions/a/CathodeRayTube_2.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Television
http://en.wikipedia.org/wiki/Invention_of_television

În același an Ferdinand Braun a creat tubul Braun, tub cu catod rece, precursorul tubului catodic de azi iar în 1907 rusul Boris Rosing a reușit reproducerea unui semnal video pe un tub catodic afișând forme geometrice.

Un rol important în dezvoltarea televiziunii electronice l-a avut și inventatorul rus Vladimir K. Zworykin care, spre finalul anilor 20 experimentase cu tuburi catodice fierbinți pentru transmisie si receptie.

Un tub catodic precum cel folosit de Zworykin a fost folosit și de către Manfred von Ardenne. Acesta a prezentat public primul set TV în 1931 la Berlin Radio Show iar televiziunea și-a urmat cursul, tuburule catodice ajungând să fie folosite până în 2010, când s-a considerat că declinul acestora este oficial.

Motivul principal: monitoarele cu tub catodic ocupă foarte mult spațiu și sunt grele. Atunci când vrei să faci un televizor cu diagonala de 1 metru, costul acestuia ajunge să fie același cu cel al unui televizor cu LCD, dar mult mai voluminos și mai greu.

Cum funcționează televiziunea? Tuburi catodice, LCD-uri.

Pentru a transmite imagini la distanță și pentru a reda acele imagini în casele noastre avem nevoie de:
– captarea imaginilor
– transmisie
– recepție/afișare

Captarea imaginilor se face prin folosirea camerei video care transformă imaginile în semnat electric. Acel semnal electric este apoi trimis la stația de transmisie unde antena, care poate fi și o bară metalică lungă de câțiva metri, convertește semnalul electric în unde radio.

O antenă generează unde radio când sarcina electrică urcă și coboară pe acea antenă de milioane de ori, în cazul undelor FM, sau de mii de ori, în cazul undelor AM.

Odată ce semnalul radio este generat acesta poate fi “prins” cu antenele televizoarelor și reprodus pe ecranele acestora. Atunci când se recepționează unde radio are loc procesul invers: undele radio generează un curent electric la contactul cu antena. Acel curent electric este folosit de către tubul catodic pentru a afișa imaginile.

Tubul catodic

Este piesa din televizor cu cea mai lungă istorie. De la tubul vidat din 1855 și până la tubul ultraslim din 2010, tubul catodic prezenta avantajul clarității imaginii, nu avea o rezoluție nativă și puteai vedea imaginea și dacă te uitai sub un inghi, dintr-o parte.

Tubul catodic
img14-717px-Crt14
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray_tube )

Minunăția de mai sus este compusă dintr-un tub vidat care are, în partea din spate:
– trei tunuri electronice (catodul fierbinte)
– bobine de atracție
– bobine de respingere
– anodul

Tubul catodic are în partea din fată, pe interior:
– mască de separare a fașcicolelor de electroni
– strat de fosfor cu zone verzi, roșii și albastre

Îți aduci aminte de faptul că J.J. Thompson a descoperit, în 1897, că tuburile catodice generează fașcicole de electroni? Ei bine, acele fașcicole de electroni, odată ce au fost generate de tunurile electronice vor fi trimise pe traiectorii precise de către bobinele de atracție și respingere.

Catodul fierbinte ori tunul electronic din tubul catodic este, în cele mai multe cazuri, un filament prin care trece curent electric la intensitate mare. Acest curent electric generează temperaturi de 1000 grade Kelvin, lucru ce face ca electronii să evadeze din metal și să ajungă în câmpul electric generat de tunul electronic. Odată ajunși în acel câmp electric electronii sunt accelerați la viteze mari și se deplasează în traiectorie dreaptă. Bobinele tubului catodic deviază apoi fașcicolul de electroni către stratul de fosfor de pe ecran în poziții exacte.

Tunul electronic:
img15-Egun
( sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_gun )

Cum arata tot procesul – video:
https://www.youtube.com/watch?v=Gnl1vuwjHto – CRT animatie si explicatii

Aceste tunuri electronice sunt responsabile de generarea a 60 de cadre pe secundă pe ecranul televizorului. Totul se petrece foarte repede.

Fascicol de electroni și cum se formează imaginea:
img16-2014-06-17_1349

Extra:
https://www.youtube.com/watch?v=tUWaLU73LQ8 – CRT video
https://www.youtube.com/watch?v=Gnl1vuwjHto – CRT animatie si explicatii
http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray_tube
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_gun
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermionic_emission
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_beam

Cu toate avantajele unor imagini clare create the către tuburile catodice, acestea au pierdut lupta cu ecranele LCD pentru că cele din urmă sunt mult mai ușoare, consumă mai puțină energie electrică și se pot recicla mult mai ușor decât tuburile catodice.

Dar despre ecranele LCD și succesoarele acestora vom vorbi într-o emisiune viitoare.
Ecran LCD:
img17-aoc-36-inch-LCD-screen
( sursa http://www.cravingtech.com/aoc-936sw-36-inch-green-lcd-monitor.html )

Revenind la televiziune, am văzut că transmiterea imaginilor nu este lucru ușor și că a fost nevoie de mai bine de 100 de ani de crearea tubului vidat până la punerea în practică a televiziunii color.

Ar mai fi multe de zis despre metodele de transmisie radio sau prin cablu, despre tunere, set-top boxuri, plăcile integrate din televizoare, standarde NTSC/PAL/SECAM și urmașele acestora, dar vom trata aceste lucruri în emisiuni viitoare.

Sper că am reușit să îți trezesc curiozitatea legat de unul dintre cele mai obișnuite obiecte din casele noastre. Știind puțin isotria lor, câte ceva despre tehnologia din spatele lor și știința care le-a creat, putem să le apreciem mai mult.

Stiri:

1. Apă în adâncurile Pamantului, la 700 de km în manta

http://tehgeektive.com/2014/06/13/water-inside-earths-mantle-un-freakin-believable/
http://www.newscientist.com/article/dn25723-massive-ocean-discovered-towards-earths-core.html#.U6EhtvkuvTC
http://news.ualberta.ca/newsarticles/2014/march/rare-mineral-points-to-vast-oceans-beneath-the-earth
http://en.wikipedia.org/wiki/Ringwoodite

Un rezervor de apă de trei ori mai mare decât oceanele lumii se află la 700 de km adâncime, în manta. Este ultimul loc în care te-ai aștepta să găsești apă, însă apa de la asemenea adâncimi este sub forma hidroxil HO- și este prinsă în cristale numite rindwoodite.

Rindwoodite, numite după omul de știință australia Ted Ringwood (1930–1993) sunt cristale polimorfe formate din fier, magneziu și silicați (Mg+2, Fe+2)2SiO4 .

Imagine ringwoodită:
BlueRingwoodite
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Ringwoodite )

Steve Jacobsen, de la Northwestern University in Evanston, Illinois și-a pus întrebarea dacă nu cumva am putea găsi apă în adâncurile Pământului și a folosit mai bine de 2000 de seismometere pentru a urmări undele mecanice generate de 500 de cutremure de-a lungul timpului.

Propagarea undelor mecanice create de cutremure în interiorul Pământului
img-s-1-seismic_interior
(sursa http://www.cmmp.ucl.ac.uk/~cmsg/research.html )

Cutremurele generează unde mecanice care trec inclusiv prin centru planetei astfel că, odată ce acestea au ajuns în zona cu ringwoodită, s-a observat că se deplasează mai greu, lucru care se petrece de obicei în apă.

Pentru a fi sigur că încetinirea undelor a fost provocată de apă Jacobsen a recreat condițiile prezente la 700 de kilometri adâncime și a știut exact la ce să se aștepte de la citirea rezulatelor venite de la seismografe.

Ringwoodită în stratul de separație:
img-s-2-2014-06-18_0845
(sursa http://www.nature.com/nature/journal/v479/n7374/fig_tab/479480a_F1.html )

Dat fiind că știm acum că avem apă în manta, teoria conform căreia apa a fost adusă pe pământ de comete sau asteroizi începe să fie pusă sub semnul întrebării de către comunitatea științifică.

2. S-a descoperit o stea în interiorul altei stele. Obiectele Thorne–Żytkow sunt reale

http://tehgeektive.com/2014/06/13/a-star-within-a-star-we-finally-got-to-see-this-too-a-thorne-zytkow-object/
http://en.wikipedia.org/wiki/Thorne%E2%80%93%C5%BBytkow_object
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-06/uoca-adf060414.php

Un obiect Thorne-Zitkow este o gigantă roșie care conține o stea neutronică în interiorul ei.
O gigantă roșie este stea în etapa finală a existenței sale, moment în care are un volum de miliarde de ori mai mare decât Soarele nostru.

O stea neutronică este rămășița unei stele ce a avut o masă de cel puțin 15 ori mai mare decât Soarele, dar apoi a fost distrusă de o supernovă. Este, altfel spus, o giganță roșie care a explodat. Steaua neutronică poate avea un diametru de numai 10 kilometri, dar poate conține masa a câtova Sori de-ai noștri.

O supergigantă roșie:
img-s-3-giganta-rosie-591px-Redgiants.svg
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Red_supergiant )

Atunci când combini cele două obții unul dintre cele mai ciudate corpuri cosmice care au existat vreodată. Obiectul Thorne-Zytkow a fost descoperit în steaua HV 2112, din Micul Nor Magelanic, fiind rezultatul unui sistem binar în care supergiganta roșie a înghițit steaua neutronică, aceasta ajungând sî devină noul său centru.

Cercetătorii Kip Thorne și Anna Żytkow au stabilit, în 1977, că un asemenea obiect ar putea fi recunoscut datorită concentrației de rubidiu, litiu și molibden. Cercetătorii știu că stelele pot genera aceste elemente în mod separat, dar asemenea concentrații pot exista doar în obiecte de tip Thorne-Zytkow.

Steaua a fost descoperită de Emily Levesque de la Universitatea Boulder, din Colorado, împreună cu echipa ei formată din: Philip Massey, de la Observatorul Lowell din Flagstaff, Arizona; Anna Żytkow de la Universitatea Cambridge in Anglia.și Nidia Morrell de la Observatoarele Carnegie din La Serena, Chile.

3. Palantir în lupta cu infracționalitatea

Palantir: tehnologia în lupta cu infracționalitatea


http://www.palantir.com/

Polția din Los Angeles, SUA se folosește de două componente importante pentru a lupta cu infracționalitatea: analiza big data și cititoarele de plăci de înmatriculare plasate pe unele dintre autoturismele de patrulă. Big data este un termen pentru colecții de date care nu pot fi procesate în modul clasic și ai nevoie de zeci, sute sau mii de servere pentru a le prelucra.

De big data se ocupă Palantir, un software specializat în strângerea și corelarea mulțimilor de baze de date pentru a ajuta poliția din Los Angeles în găsirea urmei făptuitorilor. Palantir face în câteva minute munca a 30 de detectivi timp ce ar lucra câteva zile.

Palantir la lucru:
img-s-6-palantir-2014-06-18_0920
(sursa: CNN International Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=a2xYI9gbys0 )

Palantir la lucru:
img-s-7-pal2-2014-06-18_0921
(sursa: CNN International Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=a2xYI9gbys0 )

Scanarea automată a plăcilor de înmatriculare permite Palantir crearea unor hărți a locurilor pe unde au circulat făptuitorii fără ca polițiștii să depună efort. Scanarea automată permite polițiștilor aflați în patrulă să identifice autoturismele date în urmărire.

Scanarea numerelor de înmatriculare:
img-s-4-licence
(sursa: CNN International Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=a2xYI9gbys0 )

Deși laitmotivul Big Brother apare în tot felul de asemenea cazuri, beneficiile tehnologiei Palantir și a scanării automate a numerelor de înregistrare sunt evidente: zile de muncă economisite, se obține o imagine de ansamblu legat de un caz anume, rapiditate, analiză în timp real.

Categories
Emisiune TV

Tehnocultura TVS 001 – Cuptorul cu microunde [video]


Află ce este cuptorul cu microunde și cum de s-a ajuns la crearea unei asemenea minunății. Nu trebuie să te temi de cuptorul cu microunde și, după ce vei urmări materialul, vei înțelege cum funcționează.

Este chiar fenomenal faptul că noi folosim susurul universului pentru a ne încălzi cafeaua.

Din transcriptul de mai jos vei înțelege, mai bine, ce este această invenție și vei putea face calcule și verificări după plac.

Am avut onoarea să îl am invitat pe domnul Ioan Abrudan, Rectorul Universității “Transilvania”, din Brașov și mi-a vorbit despre inventica la Universitate și despre Institutul de Cercetări din Brașov.

La partea de știri, acolo unde aflăm că BICEP 2 a găsit detalii despre undele gravitaționale primordiale, află că sunt șanse mari să fie vorba despre polarizarea datorată prafului intergalactic.

Cristian Român, senior editor la Știință și Tehnică, are mai multe detalii în articolul despre descoperirea BICEP2.

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.

Am o precizare de făcut: episodul doi îl dăm abia 28 octombrie, după ce punem la punct câteva detalii. Apoi vom avea câte un episod săptămânal.

Transcript – Cuptorul cu microunde – 001 – S01E01

Ai auzit cumva despre pericolul de a folosi cuptorul cu microunde in casa? Ei bine, acest lucru este un mit. Dincolo de tehnologia incredibila folosita la generarea microundelor si de beneficiile practice, cuptorul cu microunde a ajuns un simbol a societatii in care traim si o amprenta a dezvoltarilor tehnologice viitoare.
Ramai cu TVS ca sa afli mai multe!

Nu demult a circulat un articol in media romaneasca legat de faptul ca apa incalzita la cuptorul cu microunde este nociva plantelor. Si daca este nociva plantelor, atunci de ce nu ar fi un pericol pentru oameni? Ei bine, acesta este un mit fara fundamente stiintifice, mai ales ca a fost incercat de multi oameni fara presupusul rezultat.

Pe scurt, mitul spune ca o fata a vrut sa afle efectul microundelor asupra apei si a plantelor si a pus apa la incalzit in cuptorul cu microunde. Apoi a lasat apa sa se raceasca si a pus-o la plante. Repetand acest experiment timp de noua zile, mitul spune ca acele plante au murit.

Acest mit a fost propagat prima oara in 2006 si mai spune ca incalzirea sangelui pentru transfuzii prin aceeasi metoda distruge ADN-ul din celule. Nimic mai gresit.

Extra:
http://www.realitatea.net/experiment-uluitor-n-o-sa-mai-folose-ti-cuptorul-cu-microunde-dupa-ce-vezi-asta_1351354.html
http://www.snopes.com/science/microwave/plants.asp
http://www.engineeringtoolbox.com/electrical-formulas-d_455.html

Dupa multe teste s-a descoperit ca acest experiment nu poate fi reprodus pentru simplul fapt ca apa, dupa ce a fost incalzita in cuptorul cu microunde si apoi racita, are exact aceleasi calitati ca inainte de incalzire.

Trebuie sa stii ca procesul de incalzire al apei la microunde nu este cu nimic deosebit de incalzirea cu flama sau cu plita electrica. De ce? Incalzirea prin flama sau incalzirea cu plita electrica se foloseste de caldura provenita de la radiatia infrarosie pentru a incalzi mancarea si de contactul direct cu materia incalzita .

Iata cu aratam noi in spectrul infra-rosu.

image22

(sursa – http://www.thermoanalytics.com/products/model_library )

Radiatia infrarosie are lungime de unda mai mica decat microundele si incalzeste obiectele fara a modifica structura moleculara a lucrurilor.

Stiai ca microundele sunt acelasi tip de unde electromagnetice pe cum sunt cele folosite la WiFi, bluetooth si telefoane mobile? Ce este diferit fata de undele folosite la telefoanele mobile sau WiFi? Puterea acestor unde! Cuptorul cu microunde are o putere de 100 W iar telefoanele au undeva pe la 2W.

Mai stiai ca microundele sunt prezente si in fondul cosmologic de radiatie, un reziduu provenit de la Big Bang, ce face ca orice punct din univers sa aiba o energie minima?

Extra: http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang – ( 230 µeV : the thermal energy kBT of the cosmic microwave background )

Adica, datorita reziduurilor sub forma microundelor vidul din spatiu are o temperatura de 2.7 K, ceea ce inseamna ca nu avem vid absolut in natura si nici temperaturi de 0 K.
image00
(sursa – http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background )
Noi folosim aceleasi radiatii din imaginea de mai sus pentru a ne incalzi mancarea, dar la frecvente mai mici (2.4 GHz, nu la 160 Ghz). Intr-un fel, noi folosim susurul Universului pentru a infierbanta cafeaua. Pentru mine, acesta este un lucru fenomenal.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background, listed to song of big bang – http://www.newscientist.com/article/dn25134#.UxCicPkuuAk – youtube – https://www.youtube.com/watch?v=gJJmFnMea1Q

Inainte de a spune mai multe, hai sa aflam cate ceva despre stiinta, istoria si modul de functionare a cuptorului cu microunde. Stiind ce se intampla in acea cutie si cunoscand stiinta care este la baza acestui aparat, vei aprecia mult mai mult aceasta inventie revolutionara.

1. Ce sunt microundele?

Sunt parte a radiatiei electromagnetice, descoperite prima oara de catre Heinrich Hertz in 1887, care a creat aceste unde in mod artificial folosindu-se de ecuatiile lui James Clerk Maxwell, ecuatii create in 1861, cel care a pus fundamentul matematic al undelor electromagnetice. Hertz a creat un generator si un receptoor de unde radio si microunde cu mult inainte de a se descoperi aceste unde in mediul natural.

image21
(Heinrich Hertz- 1857 – 1894 – http://en.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz )
image12
(James Clerk Maxwell – 1831–1879 – http://en.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell )

Extra: http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation#History_of_discovery

Microundele din aceeasi familie cu fotonii, lumina, dar cu lungime de unda mult mai mare, de la 1 mm la 1 m si cu frecvente de la 300 GHz la 300 Mhz. Cand vorbim de lungime de unda putem spune ca, daca am putea vedea microundele folosite in cuptoarele noastre, atunci ele ar fi atat de mari (distanta de 3-5 cm, sinusoida), niste valuri micute care se propaga in jurul nostru. Prin comparatie, undele luminii ar fi prea mici pentru a fi vazute in acest fel.
image17
(Sursa : http://www.google.com/patents/EP1934987A2?cl=en )

Da, microundele sunt chiar foarte mari. Ceea ce este interesant la aceste microunde este faptul ca sunt reflectate de cele mai multe suprafete opace, pe cum este metalul.
image20
(Sursa NASA – http://mynasadata.larc.nasa.gov/science-processes/electromagnetic-diagram/ )

In interiorul cuptorului aceste microunde sunt reflectate inainte si inapoi de catre peretii metalici. Acum vei intreba: dar am o usa de sticla si vrei sa zici ca microundele nu trec prin sticla?

Microundele chiar trec prin sticla, dar uita-te mai atent: vei vedea o plasa metalica cu multe gaurele. Acea plasa este suficienta incat sa reflecte microundele inapoi in cuptor. Gaurile din ea sunt prea mici pentru a lasa microundele sa treaca.

Alt lucru interesant: microundele folosite la routerele care au WiFi sau in telefoanele cu WiFi se reflecta de pe peretii din casa ta in toate directiile, dar in cuptorul cu microunde acele unde sunt orientate pe o singura directie pe care merg inainte si inapoi de multe ori.

De vreme ce undele merg inainte si inapoi de multe ori in cuptor puterea lor se amplifica foarte mult si este nevoie de un material care sa o absoarba. Apa, un material numit dielectric, este numai buna pentru ca absoarbe energia si astfel se incalzeste.

Energia din microunde, pana la spectrul vizibil, este mica, numita si non-ionizanta, cu energie intre 1.24 micro eV la lungime de unda de 1 m si 1.24 mili eV la lungime de unda de 1 mm, mult-mult mai mica decat energia necesara pentru a dezbina o molecula sau a o afecta in vreun fel, pe cum fac razele UV, X sau gamma. Energia microundelor poate doar sa incalzeasca substantele.

Din imaginea de mai jos vezi ca ai nevoie de 1000 de ori mai multa energie, adica minim 1eV, pentru a ioniza apa sau mancarea ce o pui in cuptor. Microundele sunt undeva foarte aproape de zero. :
image19
(Sursa: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/First_Ionization_Energy.svg )

Asadar, pentru cei care se sperie de cuptorul cu microunde, pana acel cuptor nu genereaza macar raze UV, adica in dreapta spectrului, acolo unde ai cu rosu UV, raze X si gamma, nu ai motive sa te temi de aceasta inventie extraordinara.
image14

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Water
http://en.wikipedia.org/wiki/Properties_of_water

Energia legaturilor chimice:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bond_energy
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_binding_energy – bun grafic cu energii de ionizare (arunca un electron de pe orbita – http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/First_Ionization_Energy.svg )- toate mai mult de 1eV iar pentru H sau O e pe la 10-15 eV iar microundele au intre 1.24 meV – 1.24 microeV – (96.485 kJ/mol = 1 eV/particle)

=> pt ionizare ai nevoie de 5 eV pt O si 13.6 eV pt H. – la fiecare el chimic cauta energia de ionizare
NU se schimba geometrial adica H-O-H nu devine O-H-H datorita legaturii chimice ( http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_bond ), care dicteaza geometria moleculelor ( http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_geometry )
http://en.wikipedia.org/wiki/Lattice_energy
http://www.wiredchemist.com/chemistry/data/bond_energies_lengths.html – H-O 459 KJ/mol (D) adica ( http://www.wiredchemist.com/chemistry/data/constant-conversion-factors)

Calcul temperatura vs lungime de unda
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wien.html – calcul lung – unda – energie – temp
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ems1.html#c1 – lung unda- frecventa, de la c = v*λ
http://tehnocultura.ro/2012/10/01/este-temperatura-planck-cea-mai-mare-din-univers/

Repet: lumina UV afecteaza substantele la nivel molecular pentru ca are suficient de multa energie pentru a modifica legaturile in molecule. In consecinta razele UV pot dauna ADN-ului, dar nu microundele, tocmai de aceea cuptoare cu microunde sunt folosite si pentru incalzirea sangelui pentru transfuzii .

Extra:
UV are cca 3 eV- http://en.wikipedia.org/wiki/Electronvolt -> As an approximation: kBT is about 0.025 eV (≈ 290 K/11604 K/eV) at a temperature of 20 °C. sau 25 meV: the thermal energy kBT at room temperature; one air molecule has an average kinetic energy 38 meV iar 230 µeV: the thermal energy kBT of the cosmic microwave background)

Lucru interesant, lumina UV are lungimi de unda intre 10 nm si 400 nm, cam la fel de mult pe cum au nanoparticulele (<100nm), oricum mult mai mari ca dimensiunie decat atomii, care au dimensiuni ce variaza intre 25 si 270 picometri (10^-12) ori intre 0,025 nm si 0,27 nm (zona razelor X- http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_radius ). De altfel, razele X si gamma au energii foarte mari ( intre 10 si 33 eV - 13.6 eV: the energy required to ionize atomic hydrogen; molecular bond energies are on the order of 1 eV to 10 eV per bond ) si pot ioniza apa, adica pot sa arunce electronii din orbita atomilor ce formeaza molecula de apa. Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_wave#Reversible_and_nonreversible_molecular_changes_from_visible_light Este important de avut in discutie si lungimile de unde comparate cu atomii sau celulele, pentru a ne face o idee legat de influenta radiatiilor UV, X sau gamma asupra celulelor ori chiar a unor molecule. UV sunt mari fata de atomi, insa suficient de mici incat pot sa afecteze ADN-ul si celulele. Microundele, care au lungimi de unde de 1000 000 de ori mai mari, nu actioneaza la nivel de celula. image09

2.Cum se incalzesc lucrurile pe calea undelor?

Radiatie non-ionizanta la 2.4GHz, de 13 000 de ori mai slaba decat UV sau X, trece prin apa pusa la cuptor iar aceasta se incalzeste datorita vibratiilor tot mai mari. Radiatia de 2.4 GHz face ca moleculele de apa sa schimbe directia de 2.4 miliarde de ori pe secunda ceea ce duce la vibratii si frecari intre molecule, lucru pe care il vedem noi in temperatura ridicata.

Temperatura unui corp este suma tuturor energiilor cinetice si potentiale ale moleculelor din acel corp. Altfel spus, este o masura a vitezei cu care vibreaza (agitatia moleculelor) sau se misca moleculele din acele corpuri. Imagine
image11

Cuptorul cu microunde se bazeaza pe procedeul de incalzire dielectrica prin care moleculele de apa (numite si dipoli) se rotesc continuu in timp ce se aliniaza la campul electromagnetic generat.

Cand auzim de dielectric sau dipol, atunci este vorba de molecule care contin o parte pozitiva Hidrogen, care cedeaza un electon pe care il pune in legatura cu partea negativa, Oxigenul. Oxigenul are loc pentru inca 2 electroni pe stratul electronic exterior asa ca imprumuta electroni de la 2 atomi de hidrogen.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_configuration – O are 8 electroni => 1s2 2s2 2p4 – imagine – http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electron_orbitals.svg
http://www.ptable.com/

Cand cuptorul functioneaza este generat un camp electromagnetic care fluctueaza astfel ca moleculele de apa sunt nevoite sa schimbe directia de rotatie de 2.4 miliarde de ori pe secunda, actiune ce le face sa se loveasca de alte molecule si astfel se distribuie energia pe care noi o percepem drept caldura.

Principiul este folosit si in crearea armelor neletale prin concentrarea microundelor pe o suprafata mica din corpul uman si incalzeste pielea foarte tare pana la o adancime de jumatate de mm.

Se folosesc raze la 95 GHz, cu o lungime de unda de 3 mm, in aparate numite active denial system, de 30 de ori mai puternice decat un cuptor cu microunde iar tot ce pot face este sa incalzeasca pielea foarte mult, dar nu afecteaza oamenii in mod iremediabil.
image18
(sursa: http://www.29palms.marines.mil/News/NewsArticleDisplay/tabid/3005/Article/141081/clb-7-trains-non-lethal-weapons.aspx )

Daca un asemenea dispozitiv nu te ucide, cu atat mai putin un cuptor cu microunde.

Extra:
Detalii: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave#Heating_and_power_application
Energie: http://en.wikipedia.org/wiki/Forms_of_energy

3. Ce este cuptorul cu microunde? istoric, oameni importanti, nivelul de azi

Imagine:
image04
(sursa : http://www.ikea.com/PIAimages/0111695_PE262620_S5.JPG )

Cuptorul este compus dintr-un magnetron, un ghid de unda si o camera de incalzire. Magentronul este un tub vidat prin care un flux de electroni care se deplaseaza intr-un camp magnetic genereaza unde electromagnetice in spectrul microundelor.

image07
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Ghidul de unda este un canal sau culoar metalic care duce de la magnetron la camera de incalzire iar camera de incalzire este o cutie metalica ce are rolul de a reflecta microundele in interiorul acesteia.

Cuptorul cu microunde a fost creat in urma testelor cu unde radio facute de Percy Spencer care a lansat pe piata primul cuptor in 1947 sub numele de Radarange. Legenda spune ca acesta avea o ciocolata in buzunar ce s-a topit in timp ce se plimba in zona unui generator radio. De acolo si pana la primele teste cu cuptoare cu unde radio care sa incalzeasca mancarea nu a fost mult.

Pin 1955 firma Tappan, SUA, crea cuptoare cu microunde pentru uz casnic, dar erau prea mari. Abia prin 1967 Amana Corporation face cuptoare cu microunde care pot fi utilizate in casa.

Printre primele generatoare de microunde au fost magnetroane care erau formate din tuburi simple iar azi sunt folosite tuburi cu mai multe cavitati.
image15
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Cavity_magnetron )

Extra: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_oven

4. Cum functioneaza cuptorul cu microunde? de ce se roteste farfuria in cuptor?

Cuptorul cu microunde se bazeaza pe procedeul de incalzire dielectrica prin care moleculele de apa (sau oricare dipoli) se rotesc continuu aliniate fiind la un camp electromagentic oarecare. Cand cuptorul functioneaza este generat un camp electromagnetic care fluctueaza astfel ca moleculele de apa sunt nevoite sa schimbe directia de rotatie actiune ce le face sa intre in contact (sau se lovesc) cu alte molecule si astfel se distribuie energia pe care noi o percepem drept caldura.

Imagine
image05
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Apa pura nu este un bun conductor electric, dar molecula de apa este un dielectric astfel ca sub influenta unui camp electromagnetic moleculele de apa se aliniaza cu acel camp.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Water#Chemical_and_physical_properties
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_heating#Mechanism
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_heating
image08

De ce? Pentru ca apare un mic camp electric in molecule iar sarcinile pozitive (H) se orienteaza catre sursa campului electric iar sarcinile negative (O) in partea opusa.

Incalzirea se face doar pe anumite portiuni, pe acolo unde apare fluctuatia campului electromagnetic ori pe unde unda fluctueaza:
image06
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Se creeaza o unda stationara cu noduri, loc unde nu incalzeste, si anti-noduri – puncte unde unda fluctueaza iar mancarea este incalzita.
image10
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Spunem ca avem de-a face cu unde stationare daca unda este reflectata pe aceeasi directie de unde a venit astfel ca vei vedea ca mancarea va ramane mereu incalzita numai in zonele de fluctuatie.

Extra
http://en.wikipedia.org/wiki/Standing_wave

Levitația acustică ajută medicina


http://tehgeektive.com/2014/01/03/levitation-through-sound-now-with-3d-manipulation-video/

Tocmai de aceea farfuriile trebuie sa se roteasca in cuptor. Rotirea mancarii in cuptor asigura o incalzire uniforma. Incalzirea are loc in zona de contact iar mancarea nu este incalzita din interior catre exterior. In locul unde unda fluctueaza mancarea de incalzeste iar restul zonelor se incalzesc prin contact direct sau, alftel spus, prin conductie.

Cuptoarele sunt astfel create incat sa foloseasca radiatie cu lungime de unda care trebuie sa incapa in camera de incalzire. De obicei se alege intre 3 – 6 cm in asa fel incat sa incapa 1,5 lungimi de unda in cuptor.

Dat fiind ca metalul reflecta undele electromagnetice si pentru ca microundele folosite au lungimi de unde de ordinul centrimetrilor vei vedea ca o plasa metalica este suficienta pentru a nu da voie microundelor sa iasa din cuptor.

Extra:
– calcul microunde (si unde electromagnetice):
image16
– video: http://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck

– efecte adverse, daca are, si ce atentionari legate de functionare sunt de precizat?

5. Recomandari

Nu se introduce metal, nu se lasa mancarea prea mult in cuptor, se asigura ca usile sunt bine inchise.

Stiri – 1- 11 aprilie 2014
1. BICEP 2 – unde rgavitationale vazute, confirmat un model inflationar
http://stiintasitehnica.com/stiri/o-stire-importanta-despre-inceputul-universului

Telescopul BICEP-2, amplasat la Polul SUD a putut detecta polarizarea luminii provenita din momentul Big Bang in cadrul fondului cosmologic de radiatii.

Radiotelescopul, coordonat de cercetatori de la Caltech si Jet Propulsion Laboratory, din SUA, a avut misiunea de a confirma sau infirma existenta polarizarii B in lumina provenita de la Big Bang.
image02
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/BICEP2 )

Se presupnea ca, in momentul Big Bang, energiile enorme ar fi determinat forta gravitationala sa creeze valuri in spatiu-timp iar acele valuri ar fi creat lumina polarizata intr-un anumit fel, numita polarizare B. Cu alte cuvinte, daca BICEP-2 confirma prezenta polarizarii B, atunci era clar ca ca vedem undele gravitationale in actiune, unde care s-au lasat destul de greu detectate.
image03
Modul B de polarizare, observat cu ajutorul instrumentului BICEP2 de la Polul Sud (Credit: CfA)

Nivelul de încredere în rezultate, sau mai tehnic spus, semnificația statistică, un parametru care poartă numele de sigma, are, în acest caz, valoarea 5, ceea ce ar însemna că există o șansă din 3,5 milioane, ca rezultatele să fie rezultatul întâmplării. În fizică, un sigma egal cu cinci semnifică faptul că avem de-a face cu o descoperire.

Datele obținute de echipa de cercetători de la CfA confirmă încă o dată teoria Big Bang-ului inflaționar. Aceasta fusese deja confirmată prin observațiile realizate de sondele spațiale WMAPși Planck.

Vor putea fi eliminate modelele de inflație care propun ca moment de start al acestui fenomen mai târziu de o trilionime de trilionime de trilionime de secundă după Big Bang.

2. Electrosocuri pentru vindecarea unor tipuri de paralizie

http://brain.oxfordjournals.org/content/early/2014/04/07/brain.awu038.full

In 2011 doctori de la Institutul National al Sanatatii din SUA au reusit sa redea capacitati motorii unui barbat Rob Summers ce a suferit de paralizie iar anul acesta inca 3 oameni au avut norocul acesta.

Prin metoda numita stimulare epidurala se pune un implant pe peretele exterior al maduvei spinarii iar acest implant face legatura intre corp si restul maduvei spinarii.

Curentul electric poate trece in ambele sensuri iar pacientul isi poate recupera o parte din miscari.
image13
(sursa http://www.nibib.nih.gov/news-events/newsroom/reawakening-spinal-cord-circuits-shows-promise-paralyzed)

3. Satelitul Enceladus al planetei Saturn are apa lichida

Sursa: https://www.youtube.com/watch?v=ao54Hxj6NI8&feature=em-uploademail

Enceladus are 500 de km in diametru si este unul dintre cei 62 de sateliti care orbiteaza planeta Saturn si are oceane ascunse sub suprafata.
image01

(sursa NASA – http://www.nasa.gov/press/2014/april/nasa-space-assets-detect-ocean-inside-saturn-moon/#.U0e16fkuuAk )

NASA si Caltech au confirmat faptul ca Enceladus are un ocean sub gheata. Inca de prin anul 2005 se presupunea ca exista un asemeena ocean cand sonda spatiala Cassini a vazut jeturi de apa iesind de printre muntii de gheata. Problema: nu se stia de unde ar putea exista o srsa de caldura care sa mentina oceanele in forma lichida.

Sonda Cassini a masurat campul gravitational al Enceladus si a descoperit ca in zona Polului Sud campul este mai puternic. Cercetatorii au stabili ca acolo se afla apa in stare lichida pe o suprafata de 82 000 km, si o adancime pe 10 km sub o crusta de gheata de 30 – 40 de kilometri.

Daca avem apa acolo,atunci exista sansa de a exista si viata, mai specific microorganisme extremofile. Un alt candidat al vietii in sistemul solar este satelitul Europa al planetelei jupiter despre care se crede ca ar contine tot un asemenea ocean lichid.

Categories
Emisiune TV Stiinta Tehnologie

Tehnocultura – acum emisiune la TVS, televiziune locală Brașov


Din data de 14 octombrie 2014, în fiecare marți mă vei vedea la TVS, televiziune locală Brașov, vorbindu-ți despre o anumită tehnologie, despre istoria din spatele ei, despre inventatorii ce au dus la crearea ei și, bineînțeles, voi explica și știința din spatele tehnologiei respective.

Desigur, vor fi multe informații într-un timp scurt de emisie de aproximativ 30 de minute, dar sigur vei afla ceva nou și interesant. Emisiunea este structurată astfel: parte de prezentare, apoi un interviu cu un expert în domeniu și apoi partea de știri din lumea științei.

În fiecare marți va fi difuzată emisiunea la TV, dar în ziua imediat următoare voi publica acele emisiuni pe canalul Tehnocultura pe YouTube.

Fiecare emisiune are un transcript destul de mare care va fi publicat aici, pe tehnocultura.ro, și din care te vei putea informa mult mai bine: surse auxiliare, calcule, mai multe grafice, lucruri pe care nu le-am zis în emisiune.

Te aștept pe tehnocultura.ro și pe canalul de YouTube al Tehnocultura. Nu rata nici o emisiune!