Reliatyvizmas kasdieniame gyvenime: automobilių akumuliatoriai (26)
Prancūzų tyrėjas Gastonas Plantė į fizikos istoriją įsirašė dar 1859 metais išradęs švino rūgšties bateriją – ir beveik 50 metų aplenkęs Albertą Einšteiną, sukūrusį specialiąją reliatyvumo teoriją. Kas sieja šiuos iš pažiūros nesusijusius fizikus? Visai neseniai skandinavų mokslininkai išsiaiškino, jog švino rūgšties baterijos, paprastai automobiliuose vadinamos akumuliatoriais, smarkiai priklauso nuo reliatyvistinių reiškinių. Jeigu tiksliau, pavyko apskaičiuoti, kad iš 12.6 voltų, kuriuos generuoja akumuliatorius, net 10.2 – 10.8 voltų (80 – 85 %) tiesiogiai sukuriama dėl reliatyvizmo.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Upsalos (Švedija) ir Helsinkio (Suomija) universitetų fizikai ir chemikai savo tyrimų rezultatus aprašė naujausiame žurnalo „Physical Review Letters“ numeryje.
„Tai naujas, svariai pagrįstas reliatyvizmo apraiškos kasdieniame gyvenime atvejis“, – aiškina profesorius Peka Piko (Pekka Pyykkö) ir doktorantas Patrikas Zaleskis – Aigierdas (Patryk Zaleski – Ejgierd) iš Helsinkio universiteto. Kaip mokslininkai pažymi savo darbe, jų atradimas iš esmės reiškia, jog „automobiliai užvedami dėl reliatyvizmo poveikio“.
Švino rūgšties baterijos yra priskiriamos seniausiam įkraunamų baterijų tipui – jų pagrindinę sudedamąją dalį sudaro švinas. Pats švinas yra laikomas sunkiu elementu, nes jo atominis skaičius lygus 82. Atomo fizikoje reliatyvistiniai efektai pasireiškia, kuomet aplink sunkų branduolį (švino atvejis) elektronai skrieja itin dideliu greičiu. Kitaip tariant, reliatyvizmas yra susijęs su viskuo, kas priklauso nuo šviesos greičio (šiuo atveju žiūrint iš matematinės pusės, su viskuo, kas aprašoma Dirako lygtimis).
Švino rūgšties bateriją sudaro teigiamas švino dioksido elektrodas, neigiamas metalinio švino elektrodas ir sieros rūgšties elektrolitas. Mokslininkų skaičiavimai parodė, jog baterijoje reliatyvistiniai efektai didžiąja dalimi susidaro švino diokside, kuris sudaro teigiamą elektrodą, ir iš dalies švino sulfate, kuris išsiskiria cheminių reakcijų metu.
Reliatyvistinių efektų įtakos aptikimas švino rūgšties baterijoje taip pat leidžia atsakyti į klausimą, kodėl niekas negamina alavo baterijų. Periodinėje cheminių elementų lentelėje alavas yra išsidėstęs kaip tik virš švino ir jo atominis skaičius lygus 50 – tai reiškia, jog šis gerokai lengvesnis už šviną. Pagal tyrėjų skaičiavimus, pagaminta alavo baterija iš esmės atitiktų tokią švino bateriją, kurioje reliatyvistiniai reiškiniai būtų minimalūs. Nors alavas ir švinas pasižymi panašiomis nereliatyvistinės energijos reikšmėmis, vis dėlto itin menka reliatyvistinių efektų įtaka alave neleidžia iš jo pagaminti tinkamos baterijos.
Kaip pažymi skandinavų mokslininkai, reliatyvizmo įtaka aptikta ir kitose srityse, pavyzdžiui, kalbant apie nuolatinę geltoną aukso spalvą arba gyvsidabrio skystumą (nors pastarojo reiškinio paslaptis dar nėra iki galo atskleista).
Apskritai tyrėjai daro prielaidą, jog šis reliatyvistinių efektų įtakos atskleidimas švino rūgšties baterijoje greičiausiai nepadės patobulinti pačios baterijos; vis dėlto tokia įžvalga galėtų praversti bandant ieškoti geresnių alternatyvų, ypač tokių, kuriose būtų panaudoti šeštosios periodinės cheminių elementų lentelės eilės elementai (daugiau ar mažiau švino kaimynai).
