Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 005 – Microunde + [show notes]


Tehnocultura SciCast 005 a fost înregistrat duminică, în data de 15 mai 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: microundele.

Audio podcast pe iTunes:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2

Video pentru microunde:

În episodul despre cuptorul cu microunde ce l-am filmat la TVS BRașov acum un an am explorat, îndeaproape, ce sunt microundele și cum le folosim în viața de zi cu zi. Filmul este publicat în show notes. Te asigur ca vei ține minte mai ales cuvântul electron, așa cum mi s-a mai spus în comentariile de la YouTube.

Microunde – lungime de undă de 1 mm – 1 m, frecvențe 300 GHz – 300 MHz și energii de 1.24 meV – 1.24 µeV.

Adevarul este că cei mai mulți dintre noi nu știm cât de des folosim un spectru anume al undelor electromagnetice numit microunde. Deși nu poți zice că ceva anume este “micro” în aceste unde electromagnetice, termenul a fost inventat pentru a specifica faptul că este vorba de unde radio extrem de mici în comparatie cu undele radio utilizate la stațiile AM sau chiar FM, unde lungimile de undă sunt de la metri la zeci sau sute de metri.

FM este transmis în spectrul megaherților și este bun pentru stații radio în interiorul orașelor, mai ales că acele unde se lovesc de clădiri și nu ajung să fie propagate atât de bine pe cum sunt undele AM.

AM transmite în spectrul kiloherților și asemenea stații radio pot fi receptate chiar la sute sau mii de kilometri distanță, stratul superior al atmosferei fiind folosit pe post de oglindă pentru asemenea unde.

Trebuie ținut minte că AM și FM nu țin de frecvențele utilizate, ci de tehnicile de transmisie a semnalelor, AM folosindu-se de modularea amplitudinii și fiind bun pentru discursuri televizate, dar plin de zgomot iar cu FM, modularea frevenței, numai bun de ascultat muzică și care nu are prea mult zgomot în semnal.

Microundele sunt un gen aparte de unde electromagnetice pe care noi le folosim în foarte, foarte multe locuri. Dacă mi-ai zice că noi folosim microunde la cuptorul cu microunde, ți-aș zice că ai dreptate. Sau la maseri, la fel ai dreptate. Dar numai acolo?

În spectrul microundelor sunt definite 13 benzi (L, S, C, X, Ku, K, Ka, Q, U, V, W, F, D) și de aici îți poți da seama că noi folosim microundele în mul mai multe locuri de cum am crede.

Folosim microundele la:
– cuptorul cu microunde
– telefoanele mobile (GSM)
– WiFi
– Bluetooth
– GPS
– telemetrie militară
– radioamatorism
– radar pentru nave și pentru vreme
– radio astronomie (ex ALMA, proiect ESO, din Chile)
– comunicații radio terestre și în spațiu
– transmisiuni TV prin satelit
– radare autoturisme
– armă de control a mulțimii (non-violentă, încălzește pielea la temperaturi de peste 50 de grade)

Cu alte cuvinte, HOPA!, suntem înconjurati microunde la tot pasul: de la telefoanele noastre, de la stațiile GSM din zonă, de la lapopurile noastre, de la GPS și de la diferite stații radio care folosesc spectrul acesta.

Dacă am putea vedea microundele, atunci am fi inundati la tot pasul de microunde, tot așa cum suntem inundati la tot pasul de lumină în timpul zilei.

Așa laic cum sunt, eu îmi pun întrebări ciudate, printre care și întrebări de genul: cum ar fi să vedem microundele? În mod normal ar trebui să avem ochi suficient de mari ca să ne asigurăm că prindem suficient de mulți fotoni din zona mocroundelor. Antenele ALMA au zeci de metri diametru, dar nu am avea nevoie de ochi așa de mari.

Cum ar arăta un univers în care noi am putea vedea microundele din jurul nostru, dar nu am putea vedea lumina? Ei bine, ar fi un univers cu mult mai puține detalii, plictisitor comparativ cu ceea ce avem în spectrul luminos. Am putea genera culori în creirul nostru, dar acele culori ar putea semnifica faptulc ă ne uităm la obiecte de mărimi diferite, cu obiectele de culoare albastră având mărimi mult mai mici decât obiectele roșii.

Interesant lucru, noi nu am putea vedea nimic mai mic de 1 mm. Asta ar însemna că multe detalii ale obiectelor din jur ar fi pierdute. Dacă un punct pe hârtia din fața ta ar avea diametrul de 1mm la 1 metru în fața, atunci tu nu l-ai mai vedea ca acum. Ai vedea doar ceva în ceață.

Un film interesant de la Minute Physics de pe YouTube ne permite să ne facem o mică imagine legată de obiectele ce le-am putea vedea dacă am avea ochi ce vâd în microunde:

Știm ca mărimea unghiulară θ este aprximativ egală cu = 1,22 L/D, unde L este lungimea de undă iar D este diametrul deschizătorii prin care vezi obiectul, adică diametrul irisului. La L= 1mm (0,001m) și D = 0,005m am avea un θ = 0,244 grade, mult mai mare decât 0,007 pe cât avem când calculăm pentru lumina vizibilă. ( l =500 nm, D = 0,005 m)

Ce înseamnă asta?

În mod normal noi, cum vedem în spectrul luminos, avem un θ = 0,007 grade și ne permite să vedem obiecte mai mari de 1cm de la o distanță de maxim 100 de metri. Nu la fel ar fi în cazul microundelor. Noi am putea observa obiecte care au cel puțin 40 de centimetri în diametrul de la 100 de metri sau mai puțin. Asta, dacă am dori să ne păstrăm ochii de mărimea asta, pe care îi avem acum.

Cu alte cuvinte, dacă am putea face acești ochi să vadă în spectrul microundelor, atunci am putea vedea obiecte care au cel puțin 4 milimetri la 1 metru distanță de noi. Când folosim spectrul luminos noi putem vedea obiecte care sunt de 40 de ori mai mici, adică unele care au o zecime de milimetru diametru.

Pentru cineva învățat cu lumina de zi cu zi, numarul detaliilor unui “microman”, om ce vede microunde, ar fi mult limitat, însă ar putea vedea undele care vin de la routerul WiFi. Un minus și un plus. Plus, am avea cerul mereu luminat de fondul cosmologic de radiații, adică microunde care umplu Universul.

Desigur, ochii noștri sunt construiți pentru a vedea lumina, nu microundele. Umoarea apoasă din ochi este opacă pentru microunde iar retina nu poate detecta microundele. În mod normal, ca să vezi detaliile ce le vezi acum, ar trebui să ai ochi cu un diametru pe undeva pe la 17 centimetri. Alte calcule spun ca ochiul ar trebui să aibă pe la 5 metri diametru.

De ce sunt atât de mult folosite microundele în jurul nostru?

Totul ține de modul în care ele sunt absorbite sau nu de atmosrferă. Daca te uiti la imaginea din show notes cu rata de absorbție a undelor electromagnetice în funcție de frevență, observi că microundele și lumina vizibilă au drum liber prin atmosfera noastră (via wiki):
Atmospheric_electromagnetic_opacity

În imaginea pusă în show notes poți vedea că undele gamma, X și UV sunt absorite de atmosferă, lumina vizibilă trece fără bai, o parte din infraroșii trec, dar restul IR sunt blocate, apoi microundele și undele radar cu lungime de undă până la 10-20 de metri pot trece prin atmosferă iar restul nu.

O altă imagine cu spectrul electromagntic:
EM_spectrum

După ce am explorat puțin partea cu vederea în microunde ne putem da seama de ce animalele au evoluat cu ochi care văd în spectrul vizibil: 1. pentru că lumina trece prin atmosfera și ne permite să vedem ce este în jur și 2. pentru că lumina ofera mai multe detalii decât lumea microundelor. Într-un fel, vedem lumina pentru că este mai usor să evoluezi cu ochi în direcția aceasta decât să dezvolți ochi pentru lumea microundelor. Gândește-te și la faptul că Soarele emite în special în spectrul vizibil și mai puțin în spectrul microundelor.

Daca ne-am fi dezvoltat ochi în psectrul microundelor am fi vedea mai puține detalii, dar și imaginile ar fi mult mai întunecate, pentru că nu am avea suficient de multă intensitate.

Citind despre multe lucruri din lumea științei îmi permite să pun întrebări ciudate, dar și să caut răspunsuri la ele.

Revenind la microunde, dat fiind că ele sunt unde electromagnetice, tot ce se aplică undelor electromagnetice, se aplică și microundelor. Avem formula generală:
λ * ν = c
– v – frecvența
– λ – lungimea de undă,
– c – viteza luminii aprox. 300 000 km/s

Prin 1873 James Clerk Maxwell, după ce a văzut cât este de înflăcărat Faraday atunci când face experimente cu electricitate și cu magnetism la Royal Institution în Londra a creat fundamentul matematic al electromagnetismului prin celebrele sale formule.

Maxwell nu numai ca a creat un cadrul prin care să exprime matematic legătura dintre electricitate și magnetism, dar a și calculat viteza luminii pe baza formulelor sale și a fost în acord cu calcule făcute în acea perioadă, respectiv 310 000 km/s, cu 10 000 km/s mai ult decât știm azi ca este viteza luminii.

Apoi, prin 1888 Heinrich Hertz a demonstrat utilitatea ecuațiilro lui Maxwell prin generarea de unde radio cu lungimi de undă de 4 metri. Astfel s-a stabilit faptulc ă spectrul undelor electromagnetice est chiar mare, pornind de la lumină, raze UV și X și ajungând în zona undelor radio.

Jagadish Chandra Bose un om de știința indian este primul om care a analizar microundele de aproape în 1894 prin experimentul său în care controla un clopoțel folosinduse de microunde cu lungimi de undă de 1 mm.

Termenul de microunde a fost folosit pentru prima dată prin 1931 în Telegraph & Telephone Journal XVII. 179/1 n care se spunea:
“Când s-au făcut publice testele cu lungimi de undă ce coborau până la 18 cm, nimeni nu și-a ascuns surprinderea legată de faptul că problema micro-undelor a fost rezolvată așa de curând”

De atunci și până acum am învățat să folosim microundele în detectoarele radar, la comunicațiile prin satelit și prin telefoane mobile, la WiFi-ul din laptopuri și din telefoane, la cuptorul cu microunde.

Atunci când compari microundele cu lumina vizibilă observi că microundele nu pot fi folosite la fibra optică, de exemplu. Fibra optică este un fir foarte subțire de sticlă prin care poți transmite date cu ajutorul luminii. Cum lungimile de undă ale microundelor sunt de mii de ori mai mari decât cele ale luminii, nu poți folosi fibre optie pentru transmiterea de date. Pentru a transmite microunde pe anumite canale, se foloses ghidurile deundă care sunt niște țevi metalice.

Din start îti dai seama de ce este o idee proastă să folosești microunde ca să transmiți date pe calea aceatsa. Nu ai avea suficient de multe țevi de crupru pentru a face posibil acest lucru.

Chiar am avut un episod pe canalul de YouTube legat de microunde și ghiduri de undă în care profesorul Nicolae Crețu explică pe îndelete rolul lor:

Un lucru mai puțin știut este că fondul cosmologic de radiații este, de fapt, format din microunde la frecvențe de 160 Ghz, adică lungimi de undă pe la 1,063 mm, ceea ce ne spune că avem de-a face cu o temperatură a corpului negru de aproximativ 2,7 K.

Cu alte cuvinte, noi folosim microunde ca să ne încâlzim mâncarea, dar folosim și microunde ca să vedem în trecutul istoric al universului. Existența acestui fond cosmologic de radiații format din microunde este una dintre primcipalele dovezi că, la un moment dat, tot universul era concentrat într-un singur loc. Este vorba de teoria Big Bang.

DE unde știm că Universul a fost odata concentrat la un singur loc? Tocmai pentru că întreg fondul cosmologic de radiații este aproape uniform oriunde ne-am uita în jurul nostru. Datorită expansiunii Universului lungimea de undă a luminii a ajuns șa fie lungită de la unde la gamma până a ajuns la spectrul microundelor de-a lungul miliardelor de ani cât a călătorit.

Ca tot am pomenit de black body radiation, acesta este un princiu prin care poți face legătura dintre temperatura unui obiect si undele electromagnetice emise de acesta. Chiar am publciat acum un an un asemenea video pe canalul de YouTube și l-am pus și în show notes:

Legat de black body radiation, atunci când un corp emite unde electromagentice, inclusiv noi, maximul de intensitate apare la o anumită lungime de undă care poate fi calculată cu formula:
λ = 0,0029 / T
λ – lungimea de undă
T – temperatura în Kelvin

Astfel, un om care are temperatura corpului de 37,5 grade Celsius emite unde electromagnetice cu maximul de intensitate la lungimea de undă:
λ = 0,0029 / 310,65 = 9,335 micrometri = 9335 nm, spectrul IR apropiat

Tot această formulă putem afla că, la 160GHz, pe cum este fondul cosmologic de radiații, temperatura spatiului în zona anoastră este de aproximativ 2,72 Kelvin. Se zice Kelvin, nu grade Kelvin.

Și da, orice corp emite unde electromagnetice corespunzătoare cu temperatura sa. Inclusiv cana de pe masă. Este suficient să folosești un detector de IR ca să vezi cum emit obiectele din jur unde electromagnetice în spectrul IR.

Una dintre utilizările interesante ar fi aceea de a folosi microundele pentru a face transfer de energie wirless. Cu alte cuvinte, să ai panouri solare în spatiu, să convetești lumina primită în microunde și apoi sa direcționezi microundele către baze terestre.

Nu știu cât de util ar fi un asemenea proiect, însă nu este unul imposibil. Odată ce ai generat un fașcicol suficient de puternic, respectiv un masr, ai putea transfera energia Soarelui pe Terra, dar un asemenea proiect este mult prea îndepărtat în timp ca să ne batem capul cu el acum.

Spr că până acum ai mai învățat ca microundle ne ajută la încălzirea cafelei, la comunicațiile prin telefon, la vizionarea filmelor pe laptp cu ajutorul WiFi, la cunoașterea originilor Universului. Cam multe pentru un spectru atât de îngust al undelor electromagnetice, nu?

Și, implicit, vine întrebarea? Sunt microundele nocive sănătății umane? Nope. Suntem îmbăiați în microunde 100% din viața noastră și nu vezi o creștere a incidențelor cancerelor. Sunt unii speriati de faptul că microundele de la telefoane pot genera cancer, dar ignoră total faptul că WiFi-ul tot de microunde se folosește.

Cancerul este generat de unde electromagnetice care au suficient de multă energie încât să arunce electornii în afara moleculelor sau legaturilor chimice. Asemenea unde sunt de la UV în sus, nu în jos. Microundele sunt de 1 milion de ori mai slabe decât lumina.

Daca e să te uiți la energie microundelor, adică pe la 1,24 microeV și o compari cu 1,2 eV a luminii vizibile, îți dai seama că microundele sunt mult prea slabe pentru a interacționa într-atât de distructiv cu corpul uman.

Desigur, daca ai un cuptor cu microunde, acolo unde microundele sunt aplificare enorm de mult, atunci vezi că microundele interacționează cu apa din mâncare și o încâlzește. Dar nu poți genera cancer pe această cale.

Cei de la SciShow au publicat un mic film recent prin care explică de ce microundele nu generează cancer. Filmul îl poți vedea în show notes:

Cum poți vizualiza microundele din cuptorul cu microunde? Poti folosi o rețea de becuri mici cu neon pe care o pui în cuptorul cu microunde pentru a vedea intensitatea undelor în anumite locuri. Video în show notes:

Întrebarea săptămânii: ce este holografia?

În episodul 25 de pe canalul de YouTube profesorul Nicolae Crețu a discutat despre holografie.

Ce sunt hologramele? Ce este procesul de holografie? Chiar se pot memora imagini 3D în aceste holograme?

Despre funcționarea hologramelor ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Holografia este procedeul prin care se creează zone de interferentă pe un film fotografic provenite de la intersecția a două raze laser, una reflectată de un obiect și a doua venită de la o oglindă.

Acele zone de interferență vor recrea imaginea 3D a obiectului holografiat atunci când lumina unui laser este îndreptată spre plăcuța holografică.

Holografia, ca proces, a fost inventat de către omul de știință ungar Gábor Dénes în 1947 și apoi a primit premiul Nobel în 1972.

Prima hologramă practică a fost realizată în 1962, la doi ani de la inventarea laserului, de către Yuri Denisyuk, din URSS, și Emmett Leith și Juris Upatnieks de la Universitatea din Michigan, USA.

Holografia este un proces prin care, pe un film fotografic, se stochează multe zone de maxim și minim alte interferențelor fașcicolelor de referintă și de la obiect. Datorită acestui fapt, chiar dacă obiectul pe care se află filmul fotografic este spart în bucăți holograma se poate reconstrui din unul dintre cioburi, deși calitatea va avea de suferit.

Holograma rezultată din cioburi poate fi asemuită cu luminarea unui obiect cu multe lanterne la care eliminăm o parte din acele lanterne. Imaginea rezultată este apropiată ca și calitate de imaginea originală , însă mai puțin luminoasă.

Interesant lucru, holograma rezultată este o imagine 3D a obiectului original.

În timp s-a încercat crearea memoriilor holografice, dar nu erau practice. Holografia este utilizată pentru a compara dimensiunile sau caracteristice unor obiecte în timp, dar și ca metodă de salvare a unei imagini în 3D.

Minutul de tehnologie

TechCrunch: nu te aruncă să înveti programare
Interesting Engineering: primele teste Hyperlooop au avut deja loc în Deșertul Nevada, zona Las Vegas
Phys.org: nanotehnologia ajută la crearea unor holograme care memorează inclusiv polarizarea luminii
Science Alert: NASA a făcut cadou lumii 56 de brevete din domeniul ingineriei spațiale / NASA Technology Transfer Program
WCCF Tech: specificațiile plăcii video Nvidia GeForce GTX 1080 confirmate: tranzistoare pe 16nm finFET, 7,2 miliarde de tranzistoare, 1,6Ghz, 8GB GDDR5X, 256 biți, 3 display port, $599 placa de referință
Tom’s Hardware: cele mai bune procesoare ale lunii mai 2016 / Intel Core i7-5820K recomandat

Știri din lumea științei

SciNews: 35 de ani de când primul și singurul român, Dumitru-Dorin Prunariu, a ajuns în spatiul cosmic / 14-15 Mai 216 are loc Astro?Fest unde este sărbătorit Dumitru-Dorin Prunariu / Planetaștiinței.ro
15 mai – la orele 17:00: Redacția Știință&Tehnică organizează o amplă dezbatere pe tema prezenței României în industria aerospațială internațională. Moderată de către redactorul-șef al revistei S&T Marc Ulieriu, discuția cu reprezentanții celor mai importante institute şi organizaţii din România va dezvălui publicului larg modul în care inginerii și cercetătorii români se implică în acest fabulos domeniu.
15 mai – la orele 18:00: 12 astronauți plus alte câteva personalități de talie mondială din domeniul explorării spațiale și astronomiei, din 9 țări, vor fi prezenți la ASTRO FEST pentru a aniversarea cei 35 ani de la zborul în spațiul cosmic al lui Dumitru Prunariu.
NASA: Sateliții NASA ajută migrația păsărilor în zona Americilor
ScienceAlert: Călătoria în spațiul cosmic, respectiv lipsa greutății, duce la probleme de ficat destul de mari
ScholarlyOA: Sci-Hub va duce la creșterea incidenței plagiatelor în lumea publicațiilor științifice / Lista jurnalelor științifice frauduloase
SciShow: EAU vrea să construiasca un munte epntru a atrage ploaia
Michael Eisen, biolog la UC Berkeley: epigenetica nu este un panaceu în lumea geneticii
Healthcare Triage: de ce drogurile pe bază de opiu dau dependență
RetractionWatch: unii oameni de știință, care sunt voluntari în programe de perr-review, au intrat demult în grevă și își vor oferi serviciile numai anumitor tipuri de jurnale deschise / Dave Fernig
RetractionWatch: profesorul James Hunton, dela Universitatea Bentley, are 37 de retracții deja
Genetic Literacy Project: unele companii de asigurări de viață refuză clienții la care s-au descoperit vulnerabilități din punct de vedere genetic (aveți grijă unde vă faceți testele genetice)
Brian Koberlein: 9 mai, tranzitul lui Mercur
Vocativ: testele din Malawi pentru detectarea malariei în aerul expirat au avut o rata de succes de 100%
NakedScientists: fosforul este pe terminate

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Sckeptic.stackexchange.com: Daca devenim vegetarieni, atunci salvăm mult epăduri. Fals.
Reactions: de ce nu funcționează homeopatia

Bonus

Cosmin Niță: alte 9 experimente de știință de făcut acasă
Security Now 559: matematician dat jos din avion pentru că scria formule pe o hârtie
Snopes.com: Taxa pe tampon
TechQuickie: ce este Windows Registry și de ce este bine să nu umbli pe acolo
SciShow: de ce mierea este dușmanul cel mai mare al bacteriilor
How Its Made: monezile Euro
Symmetry Magazine: 99% din masa noastră provine de la forța nucleară tare
Scholarly OA: OMICS International, un alt jurnal știițific fraudulos
Science Channel: cum a fost construit The Sard, cel mai amre zgârie-nor din Europa de Vest
Scientia.ro, Cătălina Oana Curceanu: cât de mare este un quarc, limita de sus 0,4 * 10^-18m
GameRanx: ce trebuie să știi înainte de a cumpăra jocul DOOM
BBC: Peștera Movile, de lângă Mamaia, un loc izolat în care găsești 33 de specii de animale care nu pot fi găsite nicăieri. Se crede că animalele au rămas izolate în acea peșteră otrăvită de mai bine de 5,5 milioane de ani
TechQuickie: ce este backlight, becurile folosite la panourile LCD/LED?
HouseHold Hacker: 5 mituri despre mâncare combăture

Vizitează

Tehnocultura pe Facebook
Grupul știința pe Facebook și Știința pe Facebook
Grupul Știința, candelă în întuneric
Grupul Pseudoștiința pe Facebook

Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 003 – Tirania electronului + Vulkan, AM vs FM, HTTP/2 vs HTTP/1.1, doxing, patent trolls, structura ADN-ului [show notes]


Tehnocultura SciCast 003 a fost înregistrat duminică, în data de 1 mai 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: electronul și utilizările lui.

Audio podcast pe iTunes:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2

Video pentru electroni:

Nu poți subestima importanța electronilor în toate procesele vieții și în existența Universului însuși.

De exemplu, electronii sunt folosiți în ceea ce se numește în lumea chimiei reacție redox sau reducere și oxidare. Oxidare înseamnă că se pierd electroni în rea©tia chimică iar reducere înseamnă că se primesc electroni. Denumiri ciudate, dar asta avem, cu asta defilăm.

Acest redox are loc în corpul nostru, atunci când topim metale sau în cazul fotosintezei. Redoxul nu este decât unt ermen care ne spune că electronii sunt transportați de la un atom la altul. In lumea planetelor cel mai cunoscut proces redox este chiar fotosinteza. Enciclopedia Britannica are un video simpluț despre cum are loc fotosinteza.

Desigur, procesul este mult mai complicat și trebuie văzut în filmul de făcut de cei de la Encliclopedia Medicală din Franța:

Practic, plantele au în celule din frunze organite celulare numite cloroplaste. Cloroplastele au fost la origine cianobacterii care au intrat în simbioză cu organisme celulalre eucariote. Cloroplastele sunt asemeneni mitocondriilor, care au fost la rândul lor bacterii care au intrat în simbioză cu celulele eucariote animale. Evoluția nu ar fi putut eista dacă nu ar fi existat acea simbioză petrecută în urmă cu miliarde de ani. Dar despre evoluție vom vorbi într-un episod viitor.

Revenind la operatiile de schimb de electroni în cadrul fotosintezei, în interiorul cloroplastelor exista niște discuri numite tilacoide în membrana cărora are loc acel schimb de electroni. Atunci când lumina lovește anumite părti ale membranei tilacoidelor numite fotosistemul 1 și 2, care conțin molecule de clorofilă. Lumina este absorbită de electronii din clorofilă, apoi acei electroni cu surplus de energie sunt expulzați din clorofilă și din fotosistemul 2 și transportati către fotositemul 1. Energia lor este folosită pentru a aduce ioni de hidrogen din celulă în interiorul acestor tilacoide și pentru a fi “donați” către o moleculă numită NADP, care va deveni NADPH și va ajuta în cadrul fotozintezei la un moment ulterior.

Și aici vine procesul interesant: dat fiind că electronii sunt pierduți din clorofilă în felul acesta ei trebuiesc recuperati de undeva. Din interiorul tilacoidelor, pline, de altfel cu apă, se aduc molecule de apă în zona fotosistemului și are loc procesul de fotoliză, adică apa este descompusă în oxigen și hidrogen. În acest fel atomul de oxigen rezultat se unește cu un alt atom de oxigen și obtinem molecula atât de necesara respiratiei noastre. Electronii sunt furati, în cadrul fotolizei, de la atomii de hidrogen care, devin, în acest fel ioni pozitivi folosiți pentru rearea unei proteine numite ATP care va ajuta în crearea de fructoză și amidon înspre finalul fotosintezei.

După cum se poate observa din procesul fotosintezei, electronii sunt furati de la clorofilă, sunt folosiți apoi pentru a aduce ioni de hidrogen în tilacoide și pentru a crea NADPH iar apoi sunt recuperați prin fotoliză, în urma căreia se creează moleculele de oxigen de care avem atât de multă nevoie.

E simpatică melodia făcută de cei de la Science Music Videos despre lanțul de transport de electroni ce are loc în cadrul cloroplastelor din plante sau din mitocrondiile din celulele animale.

Despre operațiile redox poți afla mai multe și din filmul făcut de cei de la Crash Course Chemistry:

Reținem redox folosing acronimul englez: OILRIG:
– OIL = oxidation is losing (electrons)
– RIG = reduction is gaining (electrong)

Tot așa am ținut minte care base se potrivesc cu care în cadrul ADN-ului: AT cu CG sau adenină cu timină și citozină cu guanină:
– AT = Apple in Tree
– CG = Car in Garage

Fun is fun 😀

Desigur, electronii sunt mult mai atractivi atunci când te uiți la tehnologia din jur. Un documentar făcut prin anul 1943 explica modul de functionare a diodelor care erau la începuturi create din tuburi vidate. Cu asemenea tuburi vidate numite diode poți rectifica AC->DC, poți aomplifica semnalele radio, poți genera curent alternativ și semnale radio, poți controla curgerea curentului electric în funcție de parametri aleși de tine, poți transofrma lumina în curent electric, poti transofrma curentul elecric în lumină și este vorba aici de bine-cunoscutul tub catodic din televizoarele ce le aveam noi prin anii 90.

Ori poate fi folosita pentru a genera raze X: electronii sunt accelerați la viteze mari de la catodul fierbinte și lovesc anodul, proces prin care se generează raze X.

Ce știm despre electroni

– particule elementare cu volum zero, dar care nu se pot pune în contact unii cu alții (Veritasium), trebuie energie foarte mare pentru a pune 2 electroni în contact unul cu altul
– electronii sunt indestructibili, viață mai lungă decât cea a universului (6,6 * 10^28 ani)
– eV = 1,6 *10^-19 Jouli, cu V mare ( Celsius, Kelvin, se scriu cu litere mari pentru ca sunt create în onoarea oamenilor de știință)
– absorb și emit lumină, exemplu fiind fotoelectronii, generarea de lumină în multe benzi
– electronii se comporta ca particule, dar și ca unde (Sixty Symbols – electron)
– are frați: muon, tau
– spin 1/2h (moment unghiular)
magnetismul este generat de electroni
chiraliatea sau helicitatea electronilor, dacă sunt strângaci sau dreptaci (Sixty Symbols – Left handed electrons)
– masa de 9,1 * 10^-31 kg
– este lepton (fermion = leptoni si barioni, barioni = protoni, neutroni ). Fermionii nu pot ocupa același loc în spațu, dar bosonii pot ()exemplul luminii)
– antiparticula este pozitronul (folosit în PET scans)
electronul este sferic
– electronii pot fi creati din raze gamma de 1 MeV atunci când acele raze lovesc o folie de aur și se generează perechi electroni-pozitroni
– electronii se resping într-atât de mult încât în piticele albe ei se opun compirmării stelei la dimensiuni mai mici
– electronii se învârt în jurul nucleului cu o viteză de 2000 km/s și fac 6,5 * 10^15 rotatii într-o singură secundă
– corpul uman are undeva pe la 21 de grame de electroni în el (doar un mic procent din masa noastră ine de la bosonul Higgs)
– raza electronului este de 2,8 femtometri sau 2,8 * 10^-15 m (video Tehnocultura)
principiul excluziunii al lui Pauli: doi electorni nu pot ocupa aceeași stare cuantică, adică pe aceeași obită nu pot fi doi electroni cu acelasi spin (unul trebuie să aibă 1/2 și celălalt trebuie să fie – 1/2)
– folosind explicația particulelor virtuale aflăm că electronul se învărte în jurul axei proprii, dar și că are loc o precesie, o schimbare a unghiului axei de rotatie a elecronului (cum face și planeta noastră: se rotește în jurul axei proprii, dar axa proprie își schimbă unghiul în mod constant și descrie un cerc complet odată la 26 000 de ani)
– generează un câmp electric și, dacă este în mișcare, generează și un câmp magnetic (electronii în mișcare elibereaza unde electromagnetice, generează fotoni, legea lui Wein), materia în sine genereaza unde electromagnetice (black body radiation)
– electronii au fost generați în Big Bang prin procesul de producere de perechhid e aprticule electron-pozitron. Evenimentul nuit asimetria barionică a facut ca să existe mai multa materie decât anti materie atât în cazul electronilor, cât și în cazul protonilor. Sarcina electrică totală rezultața a este zero. Electronii mai sunt generați și azi din unde gamma sau din descompunere radioactivă beta minus prin care un neutron se transofrmă într-un proton prin eliberarea de un electron și un electron antineutrino. Razele cosmice, la contactul cu atmosfera, generează muoni care apoi de descompun în electroni, electron antineutrini și în neutrini miu

Istorie

Aristotel credea că poți divia materia la infinit, pe când Democritus zicea că poți ajunge doar până la o bucațică de bază numită de el atom.

Apoi John Dalton a zis că materia este compusă din atomi indivizibili și indestructibili, dar și că toți atomii aceluiași element se comporta exact la fel și că poți folosi atomi de la elemente diferite pentru a crea substanțe compuse.

Pholosoful naturalisl britanic Richard Laming a imaginat exitența unei sarcini electrice fundamentale, indivizibilă prin 1838 iar fizicianul irlandes George Johnstone Stoney a numit acea sarcină fundamentală “electron” prin 1891.

Termenul de “electron” provine de la grecescul elecktron care înseamnă “chihlimbar”, acea rășină fosilizată care putea fi electrificată prin frecare și unde s-a descoperit pentru prima dată efectul triboelectric, adică transferul de sarcini electrice prin frecare. Prin frecare u lână sau blană de animal chihlimbarul atrage bucăți mici de material. Același lucru îl putem face cu un liniar de plastic frecat de păr care apoi atrage bucăți mici de hârtie.

Legat de electron, prin 1600 William Gilbert a inventat termenul electricus pentru a explica efectul triboelectric.

J. J. Thompson, 1896, a făcut un experiment cu un tub vidat la care a adăugat două placi metalice pozitive. Atunci când electornii ieșeau din catod ei erau atrași de către plăcile cu sarcină pozitivă. Așa și-a dat seama că avem de-a face cu o nouă unitate indivizibilă care are sarcină negativă și care este de 2000 de ori mai ușoară decât un ion de hidrogen care, știm azi, e compus doar dintr-un proton.

J. J. Thompson credea, de fapt, că atomul este compus din electroni care sunt înconjurati peste tot de ceva pozitiv. De ce așa? Pentru că atomul este neutru din punct de vedere electric, așa ca daca avem electroni în atomi, în mod sigur trebuie să avem și ceva pozitiv. Modelul lui era greșit pentur ca presupunea ca electronii sunt înconjurati de ceva pozitiv.

Ernest Rutherford, unul dintre studenții lui Thompson, a fost cel care a dovedit ca modelul atomic al profesorului său este incorect. Rutherford a făcut un experiment prin care particule alpha, adică nuclee de heliu, loveau o foița de aur. După aceste experiemnte concluzia lui, prin 1911, a fost că atomul trebuie să aiba particule pozitive în nucleul sau iar acel nucleau va contine, cel mai probabil, cea mai mare parte a masei atomului.

Robert Andrews Milikan a fost cel care a descoperit care este sarcina electrică a unui electron și anume 1,6*10^-19 Coulombi în urma multor experimente cu aparatul inventat de el. A decoperit că oricât de multe experimente face sarcina calculată era un multiplu de 1,6*10^-19 Coulmbi. Niciodată mai puțin. Și-a dat seama că aceea este o sarcină fundamentală numită azi sarcina electrică a electronului.

Niels Bohr a venit cu ideea, în 1913, că atomul este ca un sistem planetar în care electronii obitează în jurul nucleului. A fost cunoscut drept modelul Bohr at atomilor și este un model învechit.

Erwin Schrodinger este cel care a dus știința electronilro ami departe si a specificat faptul că electronii sunt niște unde stationare plasate la anumite distanțe față de nucleul atomului. Acest lucru înseamnă că electronii pot fi găsiți, cu o anumită probabilitate, doar în anumite zone în jurul nucleului.

Utilizări:

cristalografie cu raze X
– radioterapie, unde tumorile sunt lovite cu fascule de electroni
– microscopul cu electroni prin care putem vedea atomii
– tuburi catodice, cum s-au folosit la TV-uri, și tuburi vidate pentru manipulare și amplificare de semnale radio
– curent electric, of course
– dispozitive electronice

Întrebarea săptămânii: de ce nu pot trece mâna prin perete?

În episodul 8 al emisiunii Tehnocultura, de la TVS Brașov, am avut chiar întrebarea aceasta.

Lumina este undă electromagnetică și, ca orice undă, poate trece prin alte unde sau chiar se poate combina cu alte unde.

In cazul materiei nu este la fel de simplu. Avem cazul gazelor și lichidelor care se pot amesteca. Este un mod de a spune că trec unele prin altele. In situația solidelor, precum este mâna ta, întrebarea ta se poate pune și în alt mod: de ce nu poate trece un atom prin alt atom?

Mâna ta este formată din atomi care sunt foarte apropiați unii de alții forțele intermoleculare nu permit mâinii să se descompună iar, la contactul cu peretele, au loc forțe de atracție și de respingere dintre atomii din mâna ta și cei din perete.

Forțele de respingere câștigă și astfel tu nu poți trece cu mâna prin perete. La întrebarea “poate trece atom prin atom” răspunsul este: nu. Datorită faptului că întregul spațiu din atom este umplut de câmp electrostatic prin care electronii sunt atrași de protonii din nucleu, nici o particulă cu sarcină electrică nu poate trece prin atom fără să interactioneze cu electronii de pe ultimul strat.

Spațiul mare pe care ni-l imaginăm între electroni și nucleul atomului este, de fapt, plin cu linii de câmp. Nu este gol. Singurele particule care pot trece printr-un atom sunt neutrinii care au masă foarte mică, de 1,5 milioane de ori mai mică decât electronii, și nu au sarcină electrică.

Ca și curiozitate, pentru a reuși să treci un atom prin altul tu fie ai nevoie de temperaturi de milioane de grade Celsius, specific reacției de fuziune din Soare, fie ai nevoie de forța unei stele neutronice în care atomii sunt zdrobiți până când neutronii sunt înghesuiți unii în alții.

Minutul de tehnologie

GameRanx: ce este API-ul Vulkan pentru lumea gamerilor?
Fully charged: Review autoturism electric BMW i3
Amazon are probleme din cauza cumpăraturilor făcute de copii ce folosesc aplicatiile pentru Kndle
TechQuickie: Cum funcționează AM și FM din lumea radio
Tehnocultura.ro: Conversia analogic-digitală fără de care telefoanele ar fi inutile
Mnot.net: diferenta dintre Http/2 și HTTP/1.1
Microsoft testează stocarea datelor în ADN. Ar putea stoca un miliard de TB într-un gram de ADN.
HomeCyberDefence: ce este doxingul și care sunt riscurile unui asemenea procedeu de a face rău?
Techquickie: ce fel de SSD să cumperi?

Știri din lumea științei

WhyEvolution is True: un website care prezintă copacul vieții în mod interactiv. / OneZoom.org
TechCrunch: O istorie scurtă a companiei spatiale private numită SpaceX
TWIS: soarecii de laborator sunt ținuți la temperaturi de 18-20 de grade pe când temepratura în care ei trăiesc în mod normal este de 28 de grade
PNAS: pelvisul femeilor se micșoreaza odată cu trecerea anilor / PNAS doi: 10.1073/pnas.1517085113
Mai mult CO2 duce la generarea de mai multa vegetație via Vocativ
TVRplus.ro: Cristian Român și prof. dr Adrian Restian vorbesc despre lumea geneticii
Hubble a descoperit că planeta pitică Makemake din centura Kuiper, zona Pluto, are un saltelit. Satelitul a fost numit MK2. / Sound of science
– Naure: a fost realizată o hartă a cuvintelor în interiorul creierului nostru. Video / Harta interactivă / Text
ScienceMag: poveștile au mai mult de 6000 de ani vechime
WhyEvolutionITrue: viața ar putea să fi început în urmă cu 4,1 miliarde de ani, nu cu 3,8 miliarde de ani conform unei noi analize a unei robe de zirconiu, cel mai vechi mineral de pe Terra
ScienceAlert: când spermatozoidul se unește cu ovulul are loc o mică explozie
Science Mag Podcast: despre patent-trolls
NASA are o metodă prin care clădirile pot fi protejate în timpul cutremurelor prin folosirea de lichid poziționat în partea de sus a clădirilor
TWIV: învața despre retrovirusuri și despre dispersia de bacterii prin folosirea uscătoarelor de mâini din toalete

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Chiropractician rupe spatele unui copil
Părinții canadieni care nu au dus copilul la doctor și l-au tratat cu lucruri naturiste au fost condamnați pentru neglijență în a oferi îngrijiri copilului. Copilul a murit de meningită și avea numai 19 luni.

Bonus

Fizică, animație: Cum funcționează condensatorii electrici?
Aurora văzută din spatiul cosmic
5 lucruri pe care nu le știi despre Cernobâl
Darwiniana.org: Metode de datare care confirmă existența evoluției
– Conpound chem: structura ADN-ului / premiile Nobel 2015
Ce se întâmplă atunci când ești împușcat? Testat pe porci și filmat.
Retraction Watch: anumite lucrări nu trebuie retrase, ci trebui prezentat mesaj de corectare
TED, Tony Buffington: de ce se comporța pisicile într-un mod așa de ciudat?
De ce există organisme multicelulalre?
Experiment: care dintre becurile ce le folosim are lumină mai apropiata de cea a Soarelui?
Unde se poate învăța comunicarea științei în lume

Vizitează

Tehnocultura pe Facebook
Grupul știința pe Facebook și Știința pe Facebook
Grupul Știința, candelă în întuneric
Grupul Pseudoștiința pe Facebook

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 028 – De ce anumite materiale sunt transparente?

De ce este sticla transparentă? Ce este transparența? Există transparență la toate lungimile de undă? De ce factori depinde transparența materialelor?

Despre transparență ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Transparenta este proprietatea materialelor de a permite luminii vizibile să treacă prin ele cu o atenuate foarte mică.

Sticla, anumite tipuri de plastic și acril, pietre semiprețioase și oxidul de aluminiu sunt transparente în spectrul luminos.

Transparență în toate lungimile de undă ale spectrului electromagnetic nu există, ci materialele sunt transparente doar pe anumite regiuni ale spectrului. Este vorba de lumina vizibilă, adică cea cu lungimi de undă între 400 (albastru) și 700 (roșu) de nanometri.
lumina

Lumina și lungimile ei de undă:
rgb
Sticla, de exemplu, este transparentă pentru lumină și pentru radiația de energie mai mică decât a luminii (IR, microunde, radio), dar este opacă pentru UV iar X și gamma trec parțial prin sticlă.

Dat fiind că lumina este o undă electromagnetică, adică este formată din oscilații ale câmpului magnetic și electric care se propagă din aproape în aproape, câmpul electric din aceasta interacționează cu electronii liberi și cu cei de pe stratul exterior al atomilor.
elmag

In diferite materiale, precum este metalul care este acoperit de o “mare” de electroni din zona electronilor de conducție, lumina va fi absorbită de acei electroni pentru că sunt mulți electroni liberi în acel material.

În cazul sticlei lumina nu este absorbită pentru că există foarte puțini electroni liberi iar energia luminii este prea mică pentru a determina absorbția acesteia. În schimb, radiația UV are suficient de multă energie încât să fie absorbită de electronii din atomii din sticlă.

Trebuie amintit aici conceptul de atenuare, o proprietate a materialelor de a absorbi, după o lege exponențială, energia electromagnetică incidentă. Cu alte cuvinte, absorbția crește cu cât grosimea materialului traversat de către lumină crește.

exponential
Legat de absorbția luminii, dacă folosești filtre, atunci vei observa că un filtru roșu permite trecerea luminii roșii, dar nu și a celei verzi sau albastre.
red filter
Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

Filmat la Universitatea “Transilvania” Brașov, Colina Universității.
transparent
Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes

Referințe:

– imagini spectrul de lumină: https://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision
– grafic lege exponențială a atenuării: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Exponential_Decay_of_Nuclei-de.svg
– imagini spectru lumină: https://en.wikipedia.org/wiki/Light
– imagine auto transparentă: https://en.wikipedia.org/wiki/Poly(methyl_methacrylate)
– imagine filtru roșu: https://www.flickr.com/photos/smercury98/6392365967/
– imagine lumină formată din vectorii E și B: http://www.answers.com/Q/Identify_the_electromagnetic_wave_with_the_longest_wavelength_and_shortest_wave_length

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 023 – Pietrele emit unde electromagnetice (radiația corpului negru)

În caz că nu știai orice obiect care are temperatura mai mare de 0 Kelvin emite unde electromagnetice sub forma radiației termice. Astfel, o piatră emite unde electromagnetice cu maxim de intensitate în zona spectrului infraroșu, dacă avea piatră este într-o zonă unde temperatura este de aproximativ 20 de gradeo Celsius (300 K).

Radiația emisă de orice corp cu temperatura mai mare de 0 K se numește radiația corpului negru (engleză: black body radiation).

Despre radiația corpului negru ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Acest fenomen a fost pus în evidență de Max Planck, în 1900, când a făcut experimentul cu o cutie din care ieșeau unde electromagnetice în spectrul infraroșu atunci când acea cutie metalică era încălzită.

Fiecare corp emite unde electromagnetice, inclusiv oamenii, tocmai de aceea omul apare roșu-albastru-negru în camerele ce văd în infra-roșu.

Wilhelm Wien este cel ce a stabilit, în 1893, că, atunci când un corp emite unde electromagnetice, acel corp emite în tot spectrul radiației, dar că există un maxim al intensității la anumite lungimi de undă.

Maximul de intensitate apare la o anumită lungime de undă care poate fi calculată cu formula:
λ = 0,0029 / T
λ – lungimea de undă
T – temperatura în Kelvin

Astfel, un om care are temperatura corpului de 37,5 grade Celsius emite unde electromagnetice cu maximul de intensitate la lungimea de undă:
λ = 0,0029 / 310,65 = 9,335 micrometri = 9335 nm, spectrul IR apropiat

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

corp-negru

AUDIO>> Pentru varianta AUDIO: Subscribe in iTunes

—————
Surse:
– black body radiation – http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod6.html
– legea lui Planck – http://en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law
– legea lui Wien – http://en.wikipedia.org/wiki/Wien%27s_displacement_law
– spectrul electromagnetic – http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum

Categories
Stiinta YouTube

Ce este lumina: undă sau particulă? [video]


Așa cum s-a mai scris pe Tehnocultura.ro, lumina este o undă electromagnetică, dar este și particulă. Despre lumină s-au scris multe articole pe acest website și mereu aflăm că ne fașcinează. Interesant de observat este și interacțiunea dintre lumină și electroni.

Despre lumină ne povestește domnul Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Conf. Dr. Nicolae Crețu ne explică de ce lumina este o undă electromagnetică. Cele cinci elemente principale pentru care considerăm lumina undă sunt notate mai jos iar acestea sunt specifice undelor:
1. interferența
2. polarizarea
3. difracția
4. dispersia
5. difuzia

Unda de lumină are o lungime de undă, o frecveță, o amplitudine, fază. Unda este, de fapt, compusă din două cămpuri, electric și magnetic, care se propagă prin spațiu cu viteza luminii. E = cB este formula ce definește relația dintre cămpul electric și cel magnetic ce intră în componența luminii.

Motivele pentru care considerăm lumina o particulă căreia îi dăm numele de foton sunt notate mai jos:
1. efectul foto-electric
2. efectul Compton
3. dezintegrarea razelor gamma în perechi electron-pozitron în cazul descompunerii radioactive

Primul care a făcut experimente care să demonstreze caracterul ondulatoriu, de undă, al luminii a fost Thomas Young, în 1801.

Efectul Compton, efect prin care se determină caracterul de corpuscul al luminii, a fost explicat de către Arthur Compton în 1923 și explica modul în care razele X, atunci când interacționează cu atomii, sunt difuzate sub un anumit unghi cu schimbare de lungime de undă.

Bonus: despre modul în care doi electroni comunică unul cu altul cu ajutorul luminii.
—————–
Surse:
– experimentul cu interferență al lui Young – http://en.wikipedia.org/wiki/Young%27s_interference_experiment
– fotonul – http://en.wikipedia.org/wiki/Photon
– difuzie Compton – http://en.wikipedia.org/wiki/Compton_scattering
– ce este lumina – http://tehnocultura.ro/2014/03/20/ce-este-lumina/
– adevărul despre lumină și electroni – http://tehnocultura.ro/2013/07/16/adevarul-despre-lumina-si-electroni-stiinta/

thumb-lumina (Medium)

Categories
Podcasts

F@TC #005 – Ce este lumina, undă sau particulă? – Fizică@Tehnocultura [audio]

thumb-lumina (Medium)
Așa cum s-a mai scris pe Tehnocultura.ro, lumina este o undă electromagnetică, dar este și particulă. Despre lumină s-au scris multe articole pe acest website și mereu aflăm că ne fașcinează. Interesant de observat este și interacțiunea dintre lumină și electroni.

Despre lumină ne povestește domnul Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brasov, Laboratorul Fizică Aplicată și Computațională.

Unda de lumină are o lungime de undă, o frecveță, o amplitudine, fază. Unda este, de fapt, compusă din două cămpuri, electric și magnetic, care se propagă prin spațiu cu viteza luminii. E = cB este formula ce definește relația dintre cămpul electric și cel magnetic ce intră în componența luminii.

Primul care a făcut experimente care să demonstreze caracterul ondulatoriu, de undă, al luminii a fost Thomas Young, în 1801.

Efectul Compton, efect prin care se determină caracterul de corpuscul al luminii, a fost explicat de către Arthur Compton în 1923 și explica modul în care razele X, atunci când interacționează cu atomii, sunt difuzate sub un anumit unghi cu schimbare de lungime de undă.

Citește mai multe în articolul dedicat acestui episod de pe Tehnocultura.ro.

Subscribe in iTunes

Categories
Stiinta

Este posibil să construiești o navă spațială cu vele solare – IKAROS


Citeam demult niște cărți SF cu nave spațiale care foloseau vele solare. Ei bine, ideile din acele cărți erau bazate pe un fenomen foarte bine cunoscut în lumea fizicii: presiunea radiației. Altfel spus undele electromagnetice au un impuls. Impulsul luminii se datorează faptului că lumina are masă de mișcare, deși nu are masă de repaus. Formula folosită în acest caz este E = mc^2 = hv.

Fiecare rază electromagnetică are o masă asociată m = hv/c^2, h – este constanta lui Planck, v – frecvența undei electromagnetice, c – viteza luminii. Cu alte cuvinte, un foton verde cu frecvența 563,9 Thz ( 563.909.774.436.090,22556390977443609 Hz), lungime de undă 532 nm, are masa de mișcare de 4,15 * 10^36 kg. Chiar puțin, dar dacă aduni miliarde și miliarde de fotoni verzi la un loc obții suficient de mult impuls (p = mv ) încât să pui în mișcare un satelit de 500 de kg cu două vele de 100 mp fiecare.

Calculele făcute de Michel van Biezen, de la iLectureOnline.com arată că, la intensitatea luminii de 1361 W/m^2 ce ajunge în zona Terrei, vela noastră solară ar ajunge la viteza de 1 m/s după 3,2 zile. Un asemenea exemplu de velă solară este satelitul IKAROS, al japonezilor, care a demonstrat încă din 2010 utilitatea presiunii luminii, fiind împins de aceasta cu o forță de 1.12 millinewtoni. Nu mult, dar este ceva.

S-au făcut calcule și s-a stabilit că greutatea orașului Chicago din SUA se mărește cu 150 kg ziua, tocmai datorită masei de mișcare a luminii. Mai multe despre Chicago în timp de zi aici.

Categories
Podcasts

Tehnocultura 001: TVS – Cuptorul cu microunde

Cuptorul cu microunde – Episod difuzat la TVS in data de 14 oct 2014, orele 20:30.

Ce este cuptorul cu microunde? Este nociv? Cum functioneaza? Cum s-a ajuns la crearea unui asemenea aparat? Afla mai multe din filmul de mai sus si din transcriptul acestuia publicat pe tehnocultura.ro:

Interviu cu Domnul Ioan Abrudan, Rector Universtitatea “Transilvania” Brasov despre inventii si inovatie la Brasov si despre lansarea Institutui de Cercetari.

Subscribe in iTunes

Categories
Stiinta

Învață despre radiația electromagnetică, generarea și captarea undelor radio


Nu mulți știu că dacă faci în așa fel încât să miști electronii pe un fir metalic, tu generezi un curent electric ce va genera un câmp magnetic și, în schimb, vei genera unde electromagnetice în acest fel. Chiar și curentul electric aleternativ ce trece prin firele casei sau prin orașe generează unde electromagnetice cu lungime de undă de vreo 300 de metri.

În cursul Physics C10 – Chapter 9 – Invisible Light filmat la Universitatea Berkeley, din California, SUA, profesorul Yuri Kolomensky ne prezintă spectrul electromagnetic, de la unde radio la unde gamma, cu atenție sporită pe generarea și captarea undelor radio. Vei vedea că dacă ai o antenă de care ai lipit un led și stai aproape de generatorul de unde radio (tot o antenă), vei vedea că acel bec se aprinde.

Din filmul de mai sus vei învăța cum funcționează un radio, ce este o antenă și de ce ai nevoie de turnuri radio, antene care să stea vertical și nu orizontal. Ei bine, ai nevoie ca antenele să stea vertical pentru că în lungul antenelor semnalul radio nu se transmite, ci doar perpendicular pe ele. Dacă stai sub antenă sau chiar deasupra semnalul radio va fi mult prea slab.

Punând antenele în plan vertical tu poți transmite peste tot în jur, dar nu chiar deasupra sau dedesubt. Stațiile radio FM sau AM, în special, sunt așa de mari pentru că ai nevoie de o antenă care este jumătate sau pe un sfert de lungime de undă pentru a genera acea lungime de undă.

Aici trebuie să fac o mică incursiune într-un calcul de bază al undelor electromagnetice. Undele electromagnetice au o limită de viteză, și anume viteza luminii, și au lungimea de undă invers proporțională cu frecvența. Adică, dacă ai lungime de undă mare, atunci sigur frecvența este mică.

Iată micul calcul ce ne interesează:
calcul-lungime-unda-frecventa-radiatie-electromagnetica (formula via MathURL)

λ – lambda – lungimea de undă a radiației electromagnetice
ν – niu – frecvența radiației electromagnetice
c – viteza luminii, aprox 300 000 000 m/s

Exemplu, să zicem că Pro Fm transmite în BRAȘOV pe 70.1 FM ori 70.1 MHz. Avem frecvența de 70.1 Mhz, știm viteza luminii c și descoperim că lungimea de undă a semnalului este: 4,28 metri. Cu alte cuvinte ar avea nevoie de o antenă generatoare de numai 1 metru (un sfert de lungime de undă) sau de 2 metri (jumătate de lungime de undă).

Este bun de știut că FM transmite în Mhz (87 – 108 MHz – Europa/Africa) iar AM în Khz (de la 126 Khz la 26 MHz), tocmai de aceea stațiile AM pot fi enorme.

Undele electromagnetice pot fi transmise și printr-un ghid de undă, adică un tub metalic prin care acestea vor circula. Un asemenea ghid de undă se folosește la cuptorul cu microunde când microundele sunt transmise de la magnetron, aparatul ce le generează, către camera de încălzire, acolo unde pui cafeaua să se încălzească. Doar unde cu lungimi de undă mai mică decât lațimea ghidului de undă pot fi transmise prin acest tub. Bun de știut.

Dat fiind că metalul nu poate fi străpuns de undele electromagnetice îți poți construi singur acasă o cușcă Faraday, un cub acoperit cu o rețea de sârme puse foarte aproape. Cușa Farday poate fi folosită pentru a ascunde radio-ul în ea când nu vrei să apeși pe butonul de închidere. Sau poți folosi o folie de aluminiu să îți ascunzi telefonul în ea când nu vrei să fii găsit.

Un alt ghid de undă este tocmai fibra optică. Undele electromagnetice, în acest caz lumina, sunt reflectate în interiorul fibrei optice și, teoretic, ai putea transmite și 100 TB de informație pe secundă prin ea.

Din filmul de mai sus vei afla și ce este blackbody radiation, un fenomen prin care orice corp ce are temperatură mai mare de 0 Kelvin emite radiație electromagnetică, mai precis radiație generată de căldura acelui corp.

Noi emitem pe la 1 KWh de energie infra-roșie și tocmai de aceea putem fi detectați de aparatele care văd în infra-roșu. Cu toate că emitem pe la 1 KWh de energie noi și absorbim pe la 900 Wh iar diferența ce o emitem este egală cu energia emisă de un bec de 100 de wați.

Urmărește și:
Cosmos: A Spacetime Odyssey -Hiding in the Light, prezentat de Neil deGrasse Tyson. Folosește Hola.org să vezi filmul din SUA. În acest episod Neil prezintă o istorie a luminii așa cum a fost cunoscută de cercetători de-a lungul mileniilor. Afli despre camera obscura, prisma, spectrul electromagnetic, linii de absorbție, astrofizică și multe altele.