عشية رأس السنة الجديدة تقترب. بالنسبة للبعض ، يستغرق الأمر يومين في المطبخ لمدة عشر دقائق على الطاولة ، وهي مناسبة رائعة لشخص ما لجمع كل أصدقائك وأقاربك ، وبالنسبة لشخص ما ، فهي معجزات ، سانتا كلوز ، وبالطبع الهدايا تحت شجرة الكريسماس. من سنة إلى أخرى ، يصنع الأطفال قائمة أمنيات للساحرة ذات اللحية الرمادية ذات القدرة الكاملة (أتحدث عن سانتا كلوز ، وليس عن غاندالف) ، ويحاول والديّ بذل قصارى جهدهما لتنفيذ هذه الرغبات. الأوقات تتغير ، والرغبات تتغير: قبل أن يفرح الطفل على حصان خشبي ، ويعطي الكمبيوتر اللوحي الآن. لكن LEGO لطالما اعتبرت هدية عالمية ممتازة للأطفال (وللبالغين ، يا لها من خطيئة).
ومع ذلك ، لا يمكن أن يكون هذا المنشئ الملون ترفيهًا ممتازًا لجميع الأعمار فحسب ، بل يمكن أن يكون أيضًا مكونًا مفيدًا للغاية في ثلاجة التخفيف ، التي تُستخدم في تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. قرر علماء من جامعة لانكستر (المملكة المتحدة) إجراء تجربة لتجميد كتل LEGO إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق (− 273.15 درجة مئوية). أظهرت هذه التجربة الغريبة على ما يبدو نتائج مهمة للغاية ، حيث سنتعلم تفاصيلها من تقرير مجموعة الأبحاث. دعنا نذهب.
تاريخ موجز ليغو
بالنظر إلى أن الشخصية الرئيسية لهذه التجربة هي LEGO ، سيكون من غير المهذب عدم ذكر بعض الحقائق حول هذا المنشئ.
تقريبا جميع أجزاء LEGO مصنوعة من البلاستيك ، ولا سيما ABS (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين أو (C
8 H
8 )
× · (C
4 H
6 )
ذ · (C
3 H
3 N)
z ). ومع ذلك ، في السنوات الأولى من وجودها ، من 1932 إلى 1949 ، أنتجت LEGO ألعاب خشبية.
أول كيرك كريستيانسن ، 1957تأسست الشركة في الدنمارك على يد علا كيرك كريستيانسن. الرجل الذي غير الطريقة التي يفكر بها الكبار في ألعاب الأطفال ، وُلد في عام 1891 في أسرة فقيرة إلى حد ما من المزارعين. من سن الرابعة عشرة ، بدأ أولي ، بتوجيه من أخيه ، في تعلم مهارات النجار ، التي انخرط فيها فيما بعد ، ولكن بالفعل خارج الدنمارك (من 1911 إلى 1916 كان يعمل في ألمانيا والنرويج).
بعد عودته إلى وطنه في عام 1916 ، قام أول ، بعد أن أمضى كل مدخراته ، بشراء ورشة للنجارة ومستودع للأخشاب ، حيث عاش ، وفي الوقت نفسه كان يتاجر في المنتجات الخشبية والخشبية.
سمحت شركة صغيرة ولكنها مربحة في عام 1930 بتأسيس شركتها الخاصة لإنتاج السلع المنزلية ، وكانت نسبة كبيرة منها عبارة عن سلالم وألواح للكي. ومع ذلك ، فإن الاقتصاد في 30s لم يكن الأكثر استقرارا ، تم إغلاق العديد من الشركات أو تكبدت خسائر فادحة. كانت شركة كريستيانسن ليست استثناءً.
وهنا الأمر يستحق صنع استطراد صغير. تزوج أولي في عام 1916 من فتاة من النرويج تدعى كيرستينا سيرينسين ، والتي أنجبت منه أربعة أبناء. لسوء الحظ ، توفي كيرستينا في عام 1932.
تم تصوير فيلم رسوم متحركة صغير ، قصة LEGO ، احتفالا بالذكرى السنوية الثمانين للشركة (2012).دعنا نعود إلى المسائل التجارية. بسبب الأزمة ، هناك حاجة إلى شيء جديد وشعب ومربح. بدأ أوله وابنه جوتفريد في صنع ألعاب خشبية. لذلك كان هناك شركة LEGO ، يترجم اسمه في اللاتينية باسم "جمع". من المضحك أنه في الشركة ، المشهورة الآن في جميع أنحاء العالم ، في السنوات الأولى ، كان هناك 7 أشخاص فقط يعملون.
منذ عام 1947 ، بدأت شركة LEGO في إنتاج منتجات غير خشبية ، ولكن مكعبات بلاستيكية ، ظهرت عليها أجزاء محدبة خاصة ، والتي تعمل على توصيل المكعبات ببعضها البعض.
واحدة من المجموعات الأولى التي ظهرت مع أخي (حنين إلى الماضي).أوله كريستيانسن أحدث ثورة في عالم الألعاب. "العنصر" الرئيسي في LEGO هو الخيال والتفكير والإبداع. يمكن للأطفال ، الذين يلعبون مع المصمم ، إنشاء عوالم بأكملها مليئة بالشخصيات الرائعة والمباني المذهلة والقصص المحزنة. الأطفال ليسوا أغبياء ، فهم يرون العالم بطريقة مختلفة ، ويستكشفونه ، ويفكِّكونه في كتل مكونة ، مثل المُنشئ. كان أولي كريستيانسن متأكداً من ذلك ، وبصفتي عمًا لفتاتين رائعتين يعشقان المصممين ، يمكنني القول بثقة إنه كان على صواب.
ولكن ليس اللعب واحدة ، إذا جاز التعبير. في دراستنا اليوم ، نجا كتل LEGO من البرد لا يصدق. لماذا قرر العلماء تجميد المنشئ؟ الجواب عادي بما يكفي - لمعرفة ما يحدث. كان فضولهم أكثر من مبرر.
أثناء التجارب ، تعرضت كتل LEGO (المشار إليها فيما يلي باسم العينة) لدرجات حرارة تتراوح من 70 ميلي (ميليكلفن ، 1 م ك = 10
-3 ك) إلى 1.8 ك. نتيجة لذلك ، تم اشتقاق قانون القدرة لعيارية التوصيل الحراري:
κ = (8.7 ± 0.3) x 10
-5 T
1.75 ± 0.2 WK
-1 m
-1كما اتضح فيما بعد ، يمكن أن تكون كتل LEGO عوازل حرارة ممتازة ، بسبب بنيتها غير العادية. والمواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة ضرورية للعزل الحراري للمكونات المبردة. في الوقت الحالي ، تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية تعتمد على درجات حرارة منخفضة معزولة للتشغيل العادي. الآن يوجد بالفعل بوليمر
Vespel ، والذي يُظهر عزلًا حراريًا جيدًا ، لكنه مكلف جدًا للتصنيع ، وهو أمر لا يمكن قوله عن كتل LEGO المصنوعة من بلاستيك ABS واسع الانتشار.
نتائج البحوث
الصورة رقم 1: الإعداد التجريبي.في التجارب ، تم استخدام 4 كتل متصلة معا. تم وضع العينة في
ثلاجة حل * تم إنشاؤها في جامعة لانكستر
* .
إن Dissolution Refrigerator * هي وحدة تبريد تستخدم نظيرتي الهيليوم: 3 He و 4 He. عندما تصل درجة الحرارة إلى 700 mK وأقل ، يواجه المخلوط فصل طور تلقائي ، مكونًا جديدًا: غني 3 هو وغني 4 هو.
تم إجراء الاتصال بين الكتل باستخدام هندسة الكتل نفسها ، أي دون استخدام أي مواد لاصقة. كان الطول الكلي للعينة 40.2 مم ، وكانت المساحة 502 مم
2 ، وكان الوزن 9.28 غرام ، وفي أعلى وأسفل العينة كانت هناك لوحات نحاسية (ملامسة) ، موصولة باستخدام الشحوم الفراغي لتحسين التلامس الحراري.
كانت اللوحة النحاسية السفلية متصلة حرارياً بغرفة الخلط بالثلاجة. تم توصيل سخان من المنغنيز 3 بوصات (سبيكة من النحاس والمنغنيز والنيكل) ومقياس حرارة مقاوم للبلاتين العلوي. قبل التجارب ، تم الحفاظ على درجة حرارة الصفيحة السفلية عند T ≈ 4.5 mK لمدة 9 أيام. لقياس الموصلية الحرارية ، تم تطبيق مستوى ثابت للحرارة Q على اللوحة العلوية ، وبعد تثبيت درجة حرارة اللوحة العلوية (
ارتفاع T) ، أجريت قياسات مباشرة. تم الكشف عن تسرب للحرارة من مادة العينة نفسها ، والتي ظلت عند نفس المستوى طوال التجربة: Q
0 = 3.2 x 10
-10 W (3.4 x 10
-11 Wg
-1 ).
كما يقول الباحثون أنفسهم ، بالنسبة للتوصيل الحراري للعوازل في درجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة ديباي ، يمكن استخدام التعبير κ = λT
n ، حيث κ هو معامل التوصيل الحراري.
يمكن تحديد الثوابت λ و n عن طريق تركيب البيانات التجريبية على التعبير:
λ = Q (n +1) Δx / a (T
high n + 1 - T
low n + 1 )
حيث T
high و T
low - ارتفاع ودرجة حرارة منخفضة على كامل هيكل العينة.
الصورة رقم 2يوضح الرسم البياني أعلاه نتائج
Q المقاسة مقارنة بـ T
عالية لهيكل ABS معياري.
توضح الموصلية الحرارية في المواد البلاستيكية في درجات حرارة منخفضة للغاية تبعات T
n في n في النطاق من 1.7 إلى 2.46. وقد وجد أيضًا أن التوصيل الحراري لهيكل ABS المعياري متباين الخواص سيعتمد بشدة على محور القياس.
بالإضافة إلى ذلك ، أصبح من الواضح أن هيكل LEGO ABS لديه الموصلية الحرارية أقل بكثير من واحد من أفضل عوازل الحرارة الحجمي في السوق (
Macor * ). يتم توفير مثل هذه الدرجة العالية من العزل الحراري على الأرجح عن طريق المقاومة التلامسية عند فواصل كتل LEGO.
Macor * عبارة عن سيراميك زجاجي بدرجة عالية من العزل الحراري ، مما يحافظ على الثبات عند 1000 درجة مئوية. يتكون Macor من: 46٪ ثاني أكسيد السيليكون (SiO 2 ) ، 17٪ أكسيد المغنيسيوم (MgO) ، 16٪ أكسيد الألومنيوم (Al 2 O 3 ) ، 10٪ أكسيد البوتاسيوم (K 2 O) ، 7٪ ثلاثي أكسيد البورون (B 2 O) 3 ) ، 4 ٪ الفلور (F).
عندما يتم تطبيق قدرة ≈ 400 nW على اللوحة العلوية ، ترتفع درجة حرارة اللوحة العلوية بمقدار 1 K ، لكن درجة حرارة اللوحة السفلى تبقى على حالها. للمقارنة: يجب أن يكون للهيكل Vespel-SP22 بنفس أبعاد هيكل LEGO ABS سماكة جدار تقل عن 300 ميكرون لتحقيق نفس درجة العزل.
في الوقت نفسه ، يكون للكتلة "3001" (رقم العنصر للكتلة) LEGO سماكة جدار تبلغ حوالي 1.2 مم. لجعل كتلة مع هذه الجدران أسهل بكثير. ولكن لا يزال سمك 1.2 مم صغيرًا للغاية ، ومع ذلك ، فإن وحدة LEGO قادرة على تحمل حمولة of 300 كجم في مكبس هيدروليكي. يوضح اختبار القوة هذا أن بنية الكتلة ، على الرغم من وجود الفراغات في الداخل ، تتمتع بدرجة عالية من الاستقرار الميكانيكي. لذلك ، من وجهة نظر ميكانيكية ، يمكن لوحدة LEGO أن تصمد أمام أي تجربة مبردة معقولة.
كان الضغط الحراري لهيكل ABS عند التبريد من درجة حرارة الغرفة إلى 4.2 K 1.5 ٪ (Vespel 0.6 ٪) ، وهو أيضا مؤشر مهم.
في هذا الفيديو ، يتحدث مؤلفو الدراسة عن عملهم ويظهرون نتائج الأنا.للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في
تقرير العلماء .
خاتمة
في هذه التجربة ، كان من الممكن معرفة أن كتلة مصمم LEGO المعتادة لها خصائص مدهشة ، لا سيما بالنظر إلى أن هذا البلاستيك ABS عادي ، وليس بعض المواد الفائقة.
في تجربة كتل LEGO التي تغطي مساحة قدرها 502 مم
2 ، كان مطلوبًا فقط 400 واط من الطاقة للوصول إلى نطاق درجة حرارة من 100 mK إلى 1 K. وعلاوة على ذلك ، فإن التغيرات في درجة حرارة اللوحة العلوية لم تؤثر على درجة حرارة الطبقة السفلية ، مما يدل على درجة عالية من العزل الحراري.
من وجهة نظر مادية ، لا يمكن أن تكون وحدة LEGO أفضل من العوازل مثل Vespel أو Macor. ومع ذلك ، فإن تفوقها على المنافسين لا يكمن في المادة ، ولكن في هندسة الهيكل: وجود فراغات داخل كل كتلة والاتصال المحكم بين الكتل (الرسم أعلاه).
تشير نتائج التجارب على كتل LEGO إلى أنه يمكن إعادة إنشاء هياكل مماثلة مصنوعة من مواد متوفرة على نطاق واسع (ABS البلاستيك) على طابعة ثلاثية الأبعاد.
من خلال الجمع بين إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد والمعرفة المكتسبة من هذه الدراسة ، من الممكن إنشاء هياكل جديدة ستتم نمذجة خصائص العزل والميكانيكية وحتى الكهربائية مسبقًا لمهام محددة. لا تنسى عن تكلفة الإنتاج. لذلك ، تكلف ورقة Vespel بمساحة 100 سم
2 التثبيت الكامل للطابعة ثلاثية الأبعاد ، وهو أمر ضروري لطباعة هياكل ABS. حقيقة مهمة من وجهة النظر البيئية هي حقيقة أن ABS يمكن إعادة استخدامها ، على عكس Vespel نفسه.
في بعض الأحيان ، تكون أبسط الأشياء للوهلة الأولى لها خصائص خفية لا تصدق لم يبتكرها المبدعون فيها. للعثور عليها ، تحتاج إلى إلقاء نظرة على هذه الكائنات من زاوية جديدة وطرح الأسئلة التي قد يعتبرها الآخرون أغبياء ، مثل "ماذا يحدث إذا تم نقل LEGO إلى تثبيت مبرد وتجميده إلى الصفر المطلق؟".
شهدت بعض الاكتشافات الضوء من خلال حسابات طويلة ومضنية ومعقدة للغاية ، والبحث النظري والتفكير في كل نتيجة محتملة. أصبح الآخرون من بنات أفكار الصدفة أو الفضول العلمي البسيط الذي يجب أن يمتلكه أي عالم. لأنه إذا كان العالم لا يرغب في معرفة المزيد عن العالم من حولنا ، فقد يكون عالقًا في الاكتشافات التي تمت قبله.
رأس السنة الجديدة خارج القمة
2019 سيصل حتما إلى نهايته المنطقية. خلال هذا العام وقعت العديد من الأحداث في العالم ، سواء الملهم والحزين. ولكن ، بغض النظر عن الصعوبات التي تقف في طريق البشرية ، يواصل المجتمع العلمي العمل من أجل مصلحته. في العلوم الحديثة ، يجب ألا تكون هناك دول وأعلام وألوان ولغات ، في العلم الحديث يجب أن يكون هناك حماسة عامة لجعل العالم كله مكانًا أفضل ، دون تقسيمه على الحدود الجغرافية السياسية أو العرقية.
نحن بعيدون عن اليوتوبيا ، بعيدون عن مستقبل مشرق ، يصفه كتاب الخيال العلمي بحماس شديد. ولكن هذا لا يعني أننا يجب أن نقف مكتوفي الأيدي أو ، الأسوأ ، التراجع.
يجب أن نتذكر أنه ليس من الضروري أن نكون عالما من أجل الحب والاهتمام بالعلوم. الأطفال هم مثال ساطع. أخواتي لا حاصلات على درجة الدكتوراه ، ولم يتخرجن من الجامعة ولم يكتبن أطروحة ، ولا يزالن بعيدات عن المدرسة ، لكن في أعينهن أرى رغبة متحمسة لفهم هذا العالم الضخم الذي يحيط بهم.
كثيرا ما أسمع ورؤية الكلمات "تبقى أطفالا". يتم التحدث بها في سياق الروح ، والعواطف ، ورؤى العالم ، وأكثر من ذلك. بالنسبة لي ، هذه العبارة رائعة بالنسبة لعالم العلوم. يبقى الأطفال الذين ليس لديهم فضول ورغبة في الفهم حدود ، لأنه لا توجد حدود للعلوم.
كل عام وأنتم بخير ، أيها الأصدقاء الأعزاء ، وقد تكون مليئة بالأسئلة والأجوبة الجديدة ، السقوط والأرباح ، المشاحنات والمصالحات ، الفواصل والاجتماعات ، لأن هذه هي حياتنا - صعبة ، وأحيانًا لا يمكن التنبؤ بها ، ولكنها مثيرة للاهتمام بشكل لا يصدق. عطلة سعيدة! :)
قليلا من الإعلان :)
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ دعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك
VPS المستندة إلى مجموعة النظراء للمطورين من 4.99 دولار ، وهو
تمثيلي فريد من الخوادم على مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps من 19 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).
Dell R730xd أرخص مرتين في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا
2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن
كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟