लेगो कंस्ट्रक्टर और पूर्ण शून्य

नए साल की पूर्व संध्या निकट आ रही है। कुछ के लिए, यह मेज पर दस मिनट के लिए रसोई में दो दिन है, किसी के लिए यह आपके सभी मित्रों और रिश्तेदारों को इकट्ठा करने के लिए एक महान अवसर है, और किसी के लिए यह क्रिसमस के पेड़ के नीचे, सांता क्लॉस और निश्चित रूप से, चमत्कार है। साल-दर-साल, बच्चे सर्वशक्तिमान ग्रे-दाढ़ी वाले जादूगर के लिए एक इच्छा सूची बनाते हैं (मैं सांता क्लॉस के बारे में बात कर रहा हूं, गैंडालफ के बारे में नहीं), और मेरे माता-पिता इन इच्छाओं को लागू करने के लिए अपनी पूरी कोशिश कर रहे हैं। टाइम्स बदल रहे हैं, इच्छाएं बदल रही हैं: एक बच्चे को लकड़ी के घोड़े पर आनन्दित होने से पहले, और अब एक टैबलेट दें। लेकिन लेगो को हमेशा बच्चों के लिए (और वयस्कों के लिए, एक पाप क्या है) एक सार्वभौमिक उत्कृष्ट उपहार माना जाता है।

हालांकि, यह रंगीन निर्माण न केवल सभी उम्र के लिए उत्कृष्ट मनोरंजन हो सकता है, बल्कि कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर का एक अत्यंत उपयोगी घटक भी है, जिसका उपयोग क्वांटम कंप्यूटर के विकास में किया जाता है। यूनिवर्सिटी ऑफ लैंकेस्टर (यूके) के वैज्ञानिकों ने लेगो को ब्लॉक करने के लिए निरपेक्ष शून्य (zero273.15 ° C) के तापमान के तापमान पर एक प्रयोग करने का निर्णय लिया। यह विचित्र रूप से अजीब प्रयोग बहुत दिलचस्प परिणाम दिखाते हैं, जिसका विवरण हम अनुसंधान समूह की रिपोर्ट से सीखेंगे। चलो चलते हैं।

लेगो का एक संक्षिप्त इतिहास

यह देखते हुए कि इस प्रयोग का मुख्य चरित्र लेगो है, इस निर्माता के बारे में कुछ तथ्यों को नहीं बताना असंभव होगा।

लगभग सभी लेगो भाग प्लास्टिक से बने होते हैं, विशेष रूप से ABS प्लास्टिक (एक्रिलोनिट्राइल ब्यूटैडीन स्टाइरीन या (C ₈ H ₈ ) _x · (C ₄ H ₆ ) _y · (C ₃ H ₃ N) _z )। हालांकि, अपने अस्तित्व के शुरुआती वर्षों में, 1932 से 1949 तक, लेगो ने लकड़ी के खिलौने का उत्पादन किया।


ओले कर्क क्रिश्चियन, 1957

कंपनी की स्थापना डेनमार्क में ओला किर्क क्रिश्चन ने की थी। जिस आदमी ने बच्चों के लिए खिलौने के बारे में सोचने के तरीके को बदल दिया, वह 1891 में किसानों के एक गरीब परिवार में पैदा हुआ था। चौदह वर्ष की आयु से, ओले, अपने भाई के मार्गदर्शन में, एक बढ़ई के कौशल को सीखना शुरू कर दिया, जिसे बाद में उन्होंने सगाई कर ली, लेकिन पहले से ही डेनमार्क के बाहर (1911 से 1916 तक उन्होंने जर्मनी और नॉर्वे में काम किया)।

1916 में अपनी मातृभूमि में लौटकर, ओले ने अपनी सारी बचत खर्च करते हुए, एक बढ़ईगीरी की दुकान और एक लकड़ी का गोदाम खरीदा, जहाँ वे रहते थे और उसी समय लकड़ी और लकड़ी के उत्पादों का कारोबार करते थे।

1930 के दशक में घरेलू सामान के उत्पादन के लिए अपनी खुद की कंपनी स्थापित करने के लिए एक छोटे लेकिन लाभदायक व्यवसाय की अनुमति दी गई, जिसका एक बड़ा हिस्सा सीढ़ियों और इस्त्री बोर्ड थे। हालांकि, 30 के दशक में अर्थव्यवस्था सबसे स्थिर नहीं थी, कई उद्यम बंद हो गए थे या उन्हें भारी नुकसान हुआ था। क्रिस्टियन की कंपनी कोई अपवाद नहीं थी।

और यहाँ यह एक छोटे से विषयांतर करने लायक है। 1916 में ओले ने नॉर्वे की एक लड़की की शादी किर्स्टिना सेरेन्सन से की, जिसने उसे चार बेटे पैदा किए। दुर्भाग्य से, 1932 में कर्स्टन का निधन हो गया।


एक छोटी सी एनिमेटेड फिल्म, द लेगो स्टोरी, जिसे कंपनी की 80 वीं वर्षगांठ (2012) के सम्मान में फिल्माया गया है।

चलो व्यापार के मामलों में वापस आते हैं। संकट के कारण, कुछ नया, लोकप्रिय और लाभदायक था। ओले और उनके बेटे गॉटफ्रीड ने लकड़ी के खिलौने बनाना शुरू किया। तो एक कंपनी लेगो थी, जिसका लैटिन में नाम "कलेक्ट" के रूप में है। यह हास्यास्पद है कि कंपनी में, जो अब दुनिया भर में प्रसिद्ध है, शुरुआती वर्षों में केवल 7 लोगों ने काम किया।

1947 के बाद से, लेगो ने लकड़ी का नहीं, बल्कि प्लास्टिक के क्यूब्स का उत्पादन शुरू किया, जिस पर विशेष उत्तल भाग दिखाई दिए, जो क्यूब्स को एक दूसरे से जोड़ने का काम करते हैं।


मेरे भाई (एह, उदासीन) के साथ दिखाई देने वाले पहले सेट में से एक।

ओले क्रिस्टियनसन ने सचमुच खिलौनों की दुनिया में क्रांति ला दी। लेगो का मुख्य "घटक" कल्पना, सोच और रचनात्मकता है। डिजाइनर के साथ खेल रहे बच्चे, अविश्वसनीय चरित्रों, अद्भुत इमारतों और दिल दहला देने वाली कहानियों से भरी पूरी दुनिया का निर्माण कर सकते हैं। बच्चे बेवकूफ नहीं हैं, वे दुनिया को अलग तरह से देखते हैं, वे इसे एक निर्माता की तरह, घटक ब्लॉकों में विघटित करते हैं। ओले क्रिस्टियनसन इस बारे में निश्चित थे, और दो अद्भुत लड़कियों के चाचा के रूप में जो डिजाइनरों को पसंद करते हैं, मैं आत्मविश्वास से कह सकता हूं कि वह सही थे।

लेकिन एकल खिलौने नहीं, इसलिए बोलने के लिए। आज हमारे अध्ययन में, लेगो ब्लॉक एक अविश्वसनीय ठंड से बच गए। वैज्ञानिकों ने कंस्ट्रक्टर को फ्रीज करने का फैसला क्यों किया? इसका उत्तर पर्याप्त है - यह देखने के लिए कि क्या होता है। उनकी जिज्ञासा औचित्य से अधिक थी।

प्रयोगों के दौरान, लेगो ब्लॉक (इसके बाद के नमूने के रूप में संदर्भित) को 70 केके (मिलिकेल्विन, 1 mK = 10 ^-3 K) से 1.8 K तक के तापमान के संपर्क में लाया गया था। परिणामस्वरूप, नमूना की तापीय चालकता का शक्ति कानून व्युत्पन्न किया गया था:

κ = (8.7 ± 0.3) x 10 ^-5 T ^{1.75 K 0.2} WK ^-1 m ^-1

जैसा कि यह निकला, लेगो ब्लॉक उनकी असामान्य संरचना के कारण उत्कृष्ट गर्मी इन्सुलेटर हो सकते हैं। और क्रायोजेनिक घटकों के थर्मल इन्सुलेशन के लिए कम तापीय चालकता वाली सामग्री आवश्यक है। फिलहाल, ऐसी सामग्रियों का उपयोग क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण में व्यापक रूप से किया जाता है जो सामान्य ऑपरेशन के लिए अलग-अलग कम तापमान पर निर्भर करते हैं। अब पहले से ही एक वेस्पेल बहुलक है, जो अच्छा थर्मल इन्सुलेशन दिखाता है, लेकिन यह निर्माण करने के लिए काफी महंगा है, जो व्यापक एबीएस प्लास्टिक से बने लेगो ब्लॉकों के बारे में नहीं कहा जा सकता है।

अनुसंधान के परिणाम

छवि नंबर 1: प्रयोगात्मक सेटअप।

प्रयोगों में, 4 ब्लॉक एक साथ जुड़े हुए थे। नमूना को लैंकस्टर विश्वविद्यालय में बनाए गए एक विघटन रेफ्रिजरेटर * में रखा गया था।

विघटन रेफ्रिजरेटर * एक क्रायोजेनिक इकाई है जो दो हीलियम आइसोटोप का उपयोग करती है: ³ हे और ⁴ हे। जब तापमान 700 mK और उससे कम तक पहुंच जाता है, तो मिश्रण सहज चरण अलगाव का अनुभव करता है, एक नया बना: अमीर ³ वह और अमीर ⁴ वह।

ब्लॉकों के बीच का कनेक्शन ब्लॉकों की ज्यामिति का उपयोग करके किया गया था, अर्थात्, किसी भी चिपकने वाली सामग्री के उपयोग के बिना। नमूने की कुल ऊंचाई 40.2 मिमी थी, क्षेत्र 502 मिमी ^{2 था} , और वजन 9.28 ग्राम था। नमूने के ऊपर और नीचे तांबे की प्लेटें (संपर्क) थीं, थर्मल संपर्क में सुधार के लिए वैक्यूम ग्रीस का उपयोग करके जुड़ी हुई थीं।

नीचे की तांबे की प्लेट को थर्मल रूप से रेफ्रिजरेटर के मिश्रण कक्ष से जोड़ा गया था। 3 3 वायर्ड मैंगनीन हीटर (तांबा, मैंगनीज और निकल का मिश्र धातु) और एक प्रतिरोध थर्मामीटर ऊपरी प्लैटिनम से जुड़ा था। प्रयोगों से पहले, निचले प्लेट का तापमान 9 दिनों के लिए टी _कम m 4.5 mK पर रखा गया था। तापीय चालकता को मापने के लिए, ऊपरी प्लेट में एक निरंतर समतल क्यू लगाया गया था। ऊपरी प्लेट (टी _उच्च ) के तापमान के स्थिरीकरण के बाद, प्रत्यक्ष माप किए गए थे। नमूना सामग्री से ही एक ऊष्मा रिसाव का पता चला था, जो पूरे प्रयोग के दौरान समान स्तर पर रहा: Q ₀ = 3.2 x 10 ^-10 W (3.4 x 10 ^-11 Wg ^-1 )।

जैसा कि शोधकर्ता खुद कहते हैं, डेबी तापमान के नीचे के तापमान पर इन्सुलेटर की तापीय चालकता के लिए, अभिव्यक्ति T = λT ⁿ का उपयोग किया जा सकता है, जहां thermal तापीय चालकता गुणांक है।

स्थिरांक λ और n को अभिव्यक्ति के लिए प्रयोगात्मक डेटा फिटिंग द्वारा निर्धारित किया जा सकता है:

λ = Q (n +1) /x / a (T _उच्च ^{n + 1} - T _कम ^{n + 1} )

जहां टी _उच्च और टी _कम - नमूना की पूरी संरचना पर उच्च और निम्न तापमान।


चित्र संख्या 2

ऊपर का ग्राफ एक मॉड्यूलर एबीएस संरचना के लिए टी _उच्च की तुलना में मापा क्यू परिणाम दिखाता है।

बहुत कम तापमान पर प्लास्टिक सामग्री में तापीय चालकता 1.7 से 2.46 तक टी ⁿ की निर्भरता को सीमा में प्रदर्शित करता है। यह भी पाया गया कि अनिसोट्रोपिक मॉड्यूलर एबीएस संरचना की थर्मल चालकता दृढ़ता से माप अक्ष पर निर्भर करेगी।

इसके अलावा, यह स्पष्ट हो गया कि लेगो एबीएस संरचना में बाजार पर सबसे अच्छे वॉल्यूमेट्रिक हीट इंसुलेटर में से एक की तुलना में बहुत कम तापीय चालकता है ( मैकोर * )। लेगो ब्लॉकों के जोड़ों में संपर्क प्रतिरोध द्वारा थर्मल इन्सुलेशन की इस तरह की उच्च डिग्री सबसे अधिक संभावना है।

मैकोर * एक ग्लास सिरेमिक है जिसमें थर्मल इन्सुलेशन की एक उच्च डिग्री है, जो 1000 डिग्री सेल्सियस पर स्थिरता बनाए रखता है। Macor में निम्न शामिल हैं: 46% सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO ₂ ), 17% मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO), 16% एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al ₂ O ₃ ), 10% पोटेशियम ऑक्साइड (K ₂ O), 7% बोरोक्साइड ट्राइऑक्साइड (B ₂ O) ₃ ), 4% फ्लोरीन (F)।

जब ऊपरी प्लेट में a400 nW की शक्ति लगाई जाती है, तो ऊपरी प्लेट का तापमान 1 K बढ़ जाता है, लेकिन निचली प्लेट का तापमान अपरिवर्तित रहता है। तुलना के लिए: लेगो एबीएस संरचना के समान आयाम वाले एक वेस्पेल-एसपी 22 संरचना में समान डिग्री का इन्सुलेशन प्राप्त करने के लिए 300 माइक्रोन से कम की दीवार की मोटाई होनी चाहिए।

उसी समय, "3001" ब्लॉक (ब्लॉक का आइटम नंबर) लेगो में दीवार की मोटाई लगभग 1.2 मिमी है। ऐसी दीवारों के साथ एक ब्लॉक बनाने के लिए बहुत आसान है। लेकिन 1.2 मिमी अभी भी काफी छोटी मोटाई है, हालांकि, लीगो इकाई हाइड्रोलिक प्रेस में ≈ 300 किलो का भार झेलने में सक्षम है। इस तरह के एक शक्ति परीक्षण से पता चलता है कि ब्लॉक की संरचना, अंदर की मौजूदगी के बावजूद, यांत्रिक स्थिरता का काफी उच्च स्तर है। इसलिए, एक यांत्रिक दृष्टिकोण से, लेगो इकाई किसी भी उचित क्रायोजेनिक प्रयोग का सामना कर सकती है।

कमरे के तापमान से 4.2 K तक ठंडा होने पर ABS संरचना का थर्मल संपीड़न 1.5% (वेस्पेल 0.6%) था, जो एक महत्वपूर्ण संकेतक भी है।


इस वीडियो में, अध्ययन के लेखक अपने काम के बारे में बात करते हैं और अहंकार परिणामों का प्रदर्शन करते हैं।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट देखें ।

उपसंहार

इस प्रयोग में, यह पता लगाना संभव था कि सामान्य लेगो डिजाइनर ब्लॉक में अद्भुत गुण हैं, खासकर यह देखते हुए कि यह एक नियमित एबीएस प्लास्टिक है, न कि कुछ सुपर-मटेरियल।

502 मिमी ^{2 के} क्षेत्र को कवर करने वाले लेगो ब्लॉकों के साथ एक प्रयोग में, 100 mK से 1 K तक की तापमान सीमा तक पहुंचने के लिए केवल 400 nW बिजली की आवश्यकता होती थी। इसके अलावा, ऊपरी प्लेट के तापमान में परिवर्तन से निचले तापमान पर कोई असर नहीं पड़ता था, जो थर्मल इन्सुलेशन के उच्च स्तर को इंगित करता है।



एक भौतिक दृष्टिकोण से, लेगो इकाई किसी भी तरह से वेसपेल या मैकर जैसे इन्सुलेटर्स से बेहतर नहीं है। हालांकि, प्रतियोगियों पर इसकी श्रेष्ठता सामग्री में नहीं है, लेकिन संरचना की ज्यामिति में है: प्रत्येक ब्लॉक के अंदर voids की उपस्थिति और ब्लॉकों के बीच तंग कनेक्शन (ऊपर चित्र)।

लेगो ब्लॉकों के साथ प्रयोगों के परिणाम बताते हैं कि व्यापक रूप से उपलब्ध सामग्री (एबीएस प्लास्टिक) से बने समान संरचनाओं को 3 डी प्रिंटर पर फिर से बनाया जा सकता है।

3 डी प्रिंटिंग की क्षमताओं और इस अध्ययन से प्राप्त ज्ञान को मिलाकर, नई संरचनाएं बनाना संभव है जिनके इन्सुलेशन, यांत्रिक और यहां तक ​​कि बिजली के गुणों को विशिष्ट कार्यों के लिए अग्रिम रूप से मॉडल किया जाएगा। उत्पादन की लागत के बारे में मत भूलना। तो, 100 सेमी ^{2 के} क्षेत्र के साथ वेस्पेल शीट की लागत 3 डी प्रिंटर की पूरी स्थापना के बारे में है, जो एबीएस संरचनाओं को प्रिंट करने के लिए आवश्यक है। पर्यावरण के दृष्टिकोण से एक महत्वपूर्ण तथ्य यह है कि एबीएस का पुन: उपयोग किया जा सकता है, उसी वेस्पेल के विपरीत।

कभी-कभी पहली नज़र में सबसे सरल चीजों में अविश्वसनीय छिपे गुण होते हैं जो मूल रूप से उन में रचनाकारों द्वारा निर्धारित नहीं किए गए थे। उन्हें खोजने के लिए, आपको इन वस्तुओं को एक नए कोण से देखने की जरूरत है और अपने आप से सवाल पूछें कि अन्य लोग बेवकूफ पर विचार करेंगे, जैसे "क्या होता है अगर लेगो एक क्रायोजेनिक स्थापना में दागा जाता है और पूर्ण शून्य तक जमे हुए है?"।

कुछ खोजों ने लंबे, श्रमसाध्य और अत्यंत जटिल गणनाओं, सैद्धांतिक अनुसंधान और प्रत्येक संभावित परिणाम के विचार के माध्यम से प्रकाश को देखा। दूसरों को मौका या सरल वैज्ञानिक जिज्ञासा का दिमाग बन गया, जो किसी भी वैज्ञानिक के पास होना चाहिए। यदि कोई वैज्ञानिक हमारे आस-पास की दुनिया के बारे में अधिक जानना नहीं चाहता है, तो वह उन खोजों में फंस सकता है जो उसके सामने बनाई गई थीं।

नए साल की ऑफ-टॉप

2019 अनिवार्य रूप से अपने तार्किक निष्कर्ष पर आएगा। इस वर्ष के दौरान दुनिया में कई घटनाएं हुईं, दोनों प्रेरणादायक और दुखद। लेकिन, मानव जाति के रास्ते में चाहे कितनी भी कठिनाइयाँ क्यों न हों, वैज्ञानिक समुदाय अपने भले के लिए काम करना जारी रखता है। आधुनिक विज्ञान में कोई देश, झंडे, रंग और भाषाएं नहीं होनी चाहिए, आधुनिक विज्ञान में पूरी दुनिया को एक बेहतर स्थान बनाने के लिए एक सामान्य उत्साह होना चाहिए, बिना इसे भू राजनीतिक या जातीय सीमाओं से विभाजित किए।

हम यूटोपिया से बहुत दूर हैं, एक उज्ज्वल भविष्य के भविष्य से, जिसे विज्ञान कथा लेखक बहुत ही भावुकता से वर्णन करते हैं। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि हमें अभी भी खड़ा होना चाहिए या बदतर, बैक ऑफ।

हमें याद रखना चाहिए कि प्यार करने और विज्ञान में रुचि रखने के लिए वैज्ञानिक होना आवश्यक नहीं है। बच्चे एक प्रमुख उदाहरण हैं। मेरी भतीजी के पास डॉक्टरेट की डिग्री नहीं है, उन्होंने विश्वविद्यालय से स्नातक नहीं किया था और एक शोध प्रबंध नहीं लिखा था, वे अभी भी स्कूल से दूर हैं, लेकिन उनकी आँखों में मुझे इस विशाल दुनिया को समझने की प्रबल इच्छा दिखाई देती है जो उन्हें घेर लेती है।

मैं अक्सर "बच्चे ही रहते हैं" शब्द सुनता और देखता हूं। वे आत्मा, भावनाओं, दुनिया के दर्शन, और बहुत कुछ के संदर्भ में बोली जाती हैं। मेरे लिए, यह वाक्यांश विज्ञान की दुनिया के लिए बहुत अच्छा है। उन बच्चों को याद रखें जिनकी जिज्ञासा और समझने की इच्छा की कोई सीमा नहीं है, क्योंकि विज्ञान के लिए कोई सीमा नहीं है।

हैप्पी न्यू ईयर, प्यारे दोस्तों, और हो सकता है कि यह नए सवालों और जवाबों, फॉल और अप्स, झगड़ों और मेल-मिलाप, पार्टीशन और मीटिंग्स से भरा हो, जैसे कि हमारा जीवन है - कठिन, कभी-कभी अप्रत्याशित, लेकिन अविश्वसनीय रूप से दिलचस्प। खुश छुट्टी! :)

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