ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА: ПЕРМСКИЕ УЧЕНЫЕ РАЗРАБОТАЛИ РЕШЕНИЕ ДЛЯ БОРЬБЫ С ГЛОБАЛЬНЫМ ПОТЕПЛЕНИЕМ
Опубликовано 20 октября 2022 года
Заниматься фундаментальной наукой – это значит проводить теоретические и экспериментальные исследования основополагающих явлений, искать закономерности, руководящие ими. О том, что она способна на это, Лена Мошева и не подозревала. Но когда на третьем курсе ей предложили заниматься экспериментальной физикой и Лена впервые попала в институт Российской академии наук, то она была очень воодушевлена.

«

– Когда я начала заниматься экспериментальной гидродинамикой, первое, что мне запало в душу, – это ее визуализация. Все эти конвективные течения, они имеют причудливую форму, и для меня как для девушки это эстетическое удовольствие – просто заниматься таким экспериментом. Это действительно красиво!


И еще было интересно, когда ты смотришь на систему и не ожидаешь, что сейчас здесь спонтанно может что-то произойти. Под влиянием внешних факторов, например, вследствие протекания химической реакции или вследствие простого теплового воздействия, в жидкости могут появляться различные конвективные структуры. Ты их там не ожидал, а они появляются!


Елена Мошева
кандидат физических наук, сотрудник лаборатории гидродинамической устойчивости Института механики сплошных сред ПФИЦ УРО РАН

»
В лаборатории изучают гидродинамические неустойчивости в различных системах. Лену пригласили на задачу по изучению неустойчивостей, которые возникают в двухслойных системах жидкостей.

На самом деле в лабораторных условиях воспроизводится тот же процесс, который происходит в морях и океанах. В них существует стратификация соли: поверхностные слои более соленые, глубоководные – более пресные. Существует и стратификация тепла: приповерхностные слои более теплые, так как находятся ближе к солнцу, а глубокие – более холодные. То есть одновременно существуют два разнонаправленных градиента – солености и температуры. В силу того, что тепло и соль диффундируют с разной скоростью, которая отличается на два порядка (тепло быстрее в 100 раз), в системе развивается неустойчивость двойной диффузии. В океане в результате этих процессов возникают конвективные столбы жидкости огромного масштаба, способствующие вертикальному перемешиванию воды. А у Лены в лаборатории – пропорционально уменьшенные структуры. Появление неустойчивости двойной диффузии характерно и для реакционных систем.

Например, в простой реакции нейтрализации, протекающей по схеме А+В→С, ввиду того, что исходные реагенты и продукт реакции имеют разные скорости диффузии, также возникает неустойчивость двойной диффузии. Конвективное движение вследствие формирования неустойчивости способно интенсифицировать протекание реакции на несколько порядков.
Эксперименты Лены Мошевой могут быть полезны при решении вопросов об утилизации углекислого газа – главного виновника глобального потепления
Изучая развитие гидродинамических неустойчивостей в условиях реакции и то, как именно они влияют на скорость реакции, можно научиться ими управлять: запускать, когда нужно интенсифицировать массоперенос в системе, и подавлять, когда развитие неустойчивостей в системе нежелательно. В дальнейшем это поможет в практических вопросах. В частности, эксперименты Лены Мошевой могут быть полезны при решении вопросов об утилизации углекислого газа – главного виновника глобального потепления.

Существует несколько способов захоронения углекислоты после ее улавливания: например, захоронение в соленосных формациях, в базальтовых породах и в пластах, которые ранее содержали нефть. Процесс захоронения также сопровождается формированием неустойчивостей той же природы. Несколько научных групп по всему миру, как и Лена, изучают конвективные процессы в зоне смешивания реагирующих жидкостей.

«

– В мире этим вопросом занимаются в Бельгии, Китае, Германии, но наш подход к исследованию несколько отличается – он более тщательный. Я занимаюсь рутинными экспериментами, чтобы изучить динамику реакции нейтрализации. Одни и те же жидкости при различных условиях могут реагировать по-разному. Различные начальные концентрации реагентов могут существенным образом влиять на эволюцию реакции. И путем перебора начальных концентраций, то есть путем проведения большого количества экспериментов, мы и смогли обнаружить те режимы протекания реакции, которые никто ранее не наблюдал.


Елена Мошева
кандидат физических наук, сотрудник лаборатории гидродинамической устойчивости Института механики сплошных сред ПФИЦ УРО РАН

»
Результатами исследований для Лены стали блестящая защита диссертации, стипендия Президента Российской Федерации для молодых ученых, осуществляющих перспективные научные исследования, приглашения на международные конференции и семинары.

Вот так и происходит развитие фундаментальной науки: через исследование узких тем заполняются белые пятна на карте человеческих знаний.

КАК ФИЗИКА СПАСЕТ МИР ОТ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ

Опубликовано 20 октября 2022 года

В ОДНОЙ КАРТИНКЕ: УЧЕНЫЕ НАШЛИ СПОСОБ УТИЛИЗИРОВАТЬ CO2

Опубликовано 20 октября 2022 года

ТЕСТ «ПРАВДА ИЛИ ФЕЙК»: КАК ХОРОШО ВЫ ЗНАЕТЕ ЗАКОНЫ ФИЗИКИ?

Опубликовано 20 октября 2022 года
Пройдите тест и проверьте свои базовые знания законов физического мира.
Начать тест
В зависимости от погоды размер Эйфелевой башни меняется.
Это так. Если быть точными, в жару из-за воздействия высоких температур башня может увеличиться примерно на 12 сантиметров из-за расширения балок.
А вот и нет. Это правда. В жару из-за воздействия высоких температур башня может увеличиться примерно на 12 сантиметров из-за расширения балок.
Дальше
Ок
Узнать результат
Вода не имеет формы
А вот и нет. Если посмотреть на воду под микроскопом, то можно увидеть, что она имеет форму шара.
Все верно. Если посмотреть на воду под микроскопом, то можно увидеть, что она имеет форму шара.
Дальше
Ок
Узнать результат
Солнце холоднее молнии
Все верно. Температура Солнца в пять раз ниже, чем у молнии.
А вот и нет. Температура Солнца в пять раз ниже, чем у молнии.
Дальше
Ок
Узнать результат
В радужной оболочке человеческого глаза нет нескольких пигментов.
Все верно. В радужной оболочке человеческого глаза нет синего и зеленого пигментов.
Нет, это правда. В радужной оболочке человеческого глаза нет синего и зеленого пигментов.
Дальше
Ок
Узнать результат
Ток через жидкость проводит молекула воды.
А вот и нет. Ток через воду проводит не сама молекула, а ион, содержащийся в ней.
Все верно. Ток через воду проводит не сама молекула, а ион, содержащийся в ней.
Дальше
Ок
Узнать результат
В морозильной камере горячая вода замерзает быстрее, чем холодная.
Все так. Из-за того, что горячая вода будет испаряться и ее объем уменьшится, она замерзнет быстрее.


Нет, это правда. Из-за того, что горячая вода будет испаряться и ее объем уменьшится, она замерзнет быстрее.
Дальше
Ок
Узнать результат
Вы не эксперт в физике


Видимо, школьную программу по физике вы прогуляли. Почитайте школьные учебники и пройдите наш тест еще раз.
Пройти еще раз
Вы эксперт в физике
Шелдон Купер бы гордился вами. Возможно, вам стоит сделать карьеру в научной отрасли. Подумайте об этом!
Пройти еще раз