Световод со спиралью
Световод с обвивающей его спиралью — это, наверное, красиво, но на самом деле она там нужна для измерения мощности проходящего излучения. Световоды применяются, например, в качестве активного элемента в лазерах, для направления излучения на обрабатываемую деталь в технологических установках и для передачи информации. Для контроля за их работой и нужно знать эту мощность, ведь она может достигать десятков и сотен киловатт. Казалось бы, ничего сложного — но не тут-то было. Есть несколько способов измерить мощность, но у всех есть какие-то недостатки.
Исследователи из Фрязинского филиала Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова навили на световод металлическую спираль. Разумеется, не на само кварцевое оптоволокно, передающее излучение, а на внешний полимерный слой — он тоже прозрачный, но имеет меньший коэффициент преломления, и из-за полного внутреннего отражения луч в него не «заглядывает». Спиралька сделана из 30—150 витков медной проволоки диаметром 0,1 мм, шаг намотки 0,5—1 мм. Из-за намотки проволоки на оптоволокно в нём возникали «микроизгибы», на которых рассеивалась малая часть проходящего по оптоволокну излучения.
Получившееся рассеянное излучение поглощалось спиралью и нагревало её, приводя к изменению измеряемого электрического сопротивления. По величине этого изменения определяли мощность проходящего по оптоволокну излучения. Для улучшения поглощения проволоку покрывали углеродом — это важно потому, что инфракрасное излучение плохо поглощается медью.
Вот так одна проволочка обеспечивала и рассеивание мощности, и её перехват и была датчиком для измерения разогрева.
Храмов И. О., Рябушкин О. А. Исследование разогрева кварцевых волоконных световодов с металлической спиралью проходящим по сердцевине лазерным излучением. Письма в ЖТФ, 2023, вып. 14, c. 31.
Такого капилляра вы не видели
Мы все видели капилляры — это и градусник с жидкостью, и стеклянная трубочка, которой у нас берут кровь из пальца. А ещё у нас внутри есть множество капилляров. Капиллярный эффект заключается в подъёме жидкости в капилляре на высоту, большую высоты её уровня в сосуде, благодаря смачиванию стенок.
Во все формулы для высоты подъёма входит диаметр канала. А как поведёт себя жидкость в капилляре, если его стенки периодически деформируются и диаметр меняется? Для ситуации, когда стенки сближаются и отдаляются, кое-какие данные есть, а что будет, если капилляр периодически удлиняется и сокращается?
Сотрудники ВНИИ экспериментальной физики (г. Саров) и Саровского физико-технического института сделали устройство, которое подвергло именно такому воздействию капилляр из резины. Чтобы можно было наблюдать в микроскоп за поведением подкрашенной воды, капилляр был не круглый, а плоский, из двух резиновых лент, закреплённых параллельно с небольшим зазором между ними, закрытым стеклом.
Подъём воды в капилляре составлял при отсутствии колебаний 4,8 мм. Частота колебаний длины капилляра изменялась в пределах от 0,3 до 3 Гц, капилляр удлинялся максимум на 0,17 мм, перемещение стенок (сужение капилляра) составляло около 0,03 мм. При этом подъём жидкости достигал 5,1 мм, то есть увеличивался на 0,3 мм. А это примерно на порядок больше, чем колебание самих стенок капилляра. То есть периодическое растяжение стенок капилляра может способствовать перемещению жидкости в капилляре — что, собственно, и хотели продемонстрировать авторы работы.
Имеет ли какое-то жизненное, «бытовое» значение обнаруженный в лаборатории подъём жидкости при растяжении стенок капилляров? Авторы работы об этом не пишут, но подобный эффект может иметь значение, например, при массаже. Или в природе — ведь с тем, как деревья закачивают воду на стометровую высоту, пока не всё ясно.
Дехтярь В. А., Колесов Г. Н., Отмахов В. П., Дубинов А. Е. Экспериментальное исследование подъёма уровня жидкости в плоском капилляре, образуемом эластичными периодически растягиваемыми стенками. Письма в ЖТФ, 2023, вып. 17, с. 29.
Серебристые на Марсе?
На Марсе есть облака, на высотах около 100 км, то есть в тамошней ионосфере. Состоят они из плазмы и частиц сухого льда (CO2) размером около 100 нм, которые получаются при конденсации углекислого газа марсианской ионосферы. Плазма, содержащая пыль, это не просто смесь ионов, электронов и пыли — частички пыли заряжаются и начинают взаимодействовать на расстоянии. Есть основания считать, что они аналогичны серебристым облакам в ионосфере Земли, которые возникают на высотах 75—85 км, их видимый компонент — кристаллики льда, образовавшиеся при конденсации Н2О на пыли.
Высотные профили температуры ионосферы Марса (кривая «Температура»), парциального давления паров CO2 (кривая «CO2») и давления насыщенных паров CO2 (кривая «CO2, насыщ.»). Пары CO2 пересыщены в диапазоне высот 92—112 км. Рисунок из реферируемой статьи.
Исследователи из МФТИ, ИКИ и НИУ ВШЭ построили модель таких облаков и учли то, что в моделях аналогичных земных облаков не учитывается, — например, торможение пылевых частиц за счёт налипания на них молекул конденсата, то есть СО2. Именно на высотах от 92 до 112 км в атмосфере Марса выполняются, как показано на рисунке, условия для конденсации, и именно на этих высотах наблюдаются облака. Частицы зарождаются в верхней части облака, обрастают молекулами, падают сквозь облако и на нижней границе скондесировавшийся на пылинках углекислый газ испаряется. При этом суммарный заряд пылевых частиц оказывается сопоставим с равновесными суммарными зарядами электронов и ионов плазмы. Время прохождения частицы сквозь облако — лишь несколько минут.
Так что на великий вопрос «есть ли жизнь на Марсе?» надёжного ответа пока нет, однако как устроены там аналоги земных серебристых облаков, мы предположить можем.
Резниченко Ю. С., Дубинский А. Ю., Попель С. И. К вопросу о формировании облаков в запылённой ионосфере Марса. Письма в ЖЭТФ, 2023, вып. 6, с. 420.
