Category: техника

thinking

Неразрешимый вопрос. 5

Я много занимаюсь химией батарей. Для коммерческих литиевых батарей химия мало менялась с середины 90-х. При этом наблюдался огромный прогресс в увеличении емкости за счет инженерных решений; например, лучшей упаковки частиц в электроде. Такие решения, а не творчество химиков, сделало возможным, скажем, карманный смартфон.

***

Для производства электродов необходимы 30-40% взвеси микронных частиц в растворителе. Чернила наносят тонким слоем (десятки микрон) на металлическую фольгу и сушат в печке, удаляя растворитель. Для хорошего электрода нужен ровный слой плотно упакованных частиц, однородный по объему. Для этого нужно удалить растворенный в жидкости газ, иначе будут проблемы. Взвесь должна не расслаиваться во время процесса изготовления электрода, что требует вязкости не менее 1,000х вязкости воды, но не более 20,000х, иначе смесь не размешаешь. Для невязких жидкостей растворенный газ можно удалить, а взвесь сделать однородной, комбинацией размешивания ложкой и возбуждения ультразвуком; для вязких жидкостей этот подход не годится. Обычное размешивание для таких жидкостей может быть невозможным: многие из них жидкостей дилатантны. Чем больше скорость размешивания, тем больше вязкость: сталкивающиеся частички начинают слипаться друг с другом, препятствуя движению. Чем больше прикладывается усилий, тем менее эффективно перемешивание; только пузырей напустишь. Трудности такого рода многие годы снижали качество электродов.

Решение проблемы пришло с неoжиданной стороны. Для изготовления слепков для коронок, в 1970-х годах использовали альгинат кальция. Порошок смешивали с водой и, пока тот полностью не загустевал (что необходимо для формы), гель использовали для приготовления слепка. Кроме оптимальной консистенции геля надо, чтобы в нем не было пузырьков воздуха, иначе поверхности будут неровными. Протезисты мучились с этим гелем годами. Изобретатель решил придумать для них машинку для размешивания альгината. Используя центрифугу, он добился удаления пузырей воздуха, но это занимало так долго, что гель загустевал. Процесс надо было ускорить.

Тут его и озарило. То, чего невозможно добиться вращением вокруг одной оси, можно достигнуть одновременным вращением вокруг двух осей. Потребовалось 13 лет, чтобы довести изобретение (планетарную центрифугу) до ума, но после этого оно сразу покорило мир и радикально изменило множество технологий, включая производство электродов. Простая идея - большие последствия.

***

...Just like planets rotating while revolving around the sun, I thought that imparting rotation forces to the section of the mixer where the container is mounted on the centrifugal deaerator might make mixing possible.
http://www.thinkymixer.net/corporate/secret.html

Изобретателем подобной машинки мог стать только обыватель, решающий обычные житейские проблемы. Однако, этот обыватель не смог бы придумать то, что придумал, если бы не имел в голове готовую к употреблению картинку жидкой фигуры вращения, оборачивающейся вокруг Солнца, и не вообразил, что произойдет, если ускорить обороты.

Поколениям обывателей внушали ее столетиями - пока одному из них не пришла в голову революционная идея, что такое движение решает проблему приготовления густых суспензий. Астроному не пришла. Физику не пришла. Химику не пришла. Реологу не пришла. А ему пришла. Столетия заучивания астрономических премудростей обывателями принесли долгожданный плод.

Безусловно, обыватель может просто заучить, что Земля круглая. Знание причин для уверенности в этом важнейшем факте не нужно; кому надо, те пусть и разбираются. Но тогда хрен вам будут лаптопы и смартфоны. "Кому надо" не ломают голову над машинками для протезистов, вот какая беда.

Воображение слишком важная вещь, чтобы оставлять ее горстке специалистов.


thinking

Удивительное рядом

Осенью читал
http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.3741
https://www.dropbox.com/s/xhgz4nonlaslgdi/grapes%202017.pdf?dl=0
про опыт с виноградинками в микроволновой печи:



thermal maps https://www.youtube.com/watch?v=AiQUrahrMsY

Авторы предлагают, что плазма возникает наиболее эффективно, когда диаметр виноградины равен длине волны, деленной на индекс преломления. Из статьи следует, что достаточно сферы, пропитанной соленой водой (они использовали стандартный суперабсорбер из подгузников).

Я не понимаю, как эта идея работает: если предположение верное, плазменные мостики в точках контакта между сантиметровыми кусочками еды д.б. обычным делом, но я их никогда не видел. Чертовщина какая-то...

В первой статье утверждают, что спорам о механизме явления 20+ лет.

PS: https://shkrobius.livejournal.com/640839.html?thread=12974663#t12974663
thinking

Открыв рот

В старых романах всегда травились сами и травили других мышьяком или фосфором (почему-то самоубийцы предпочитали фосфор со спичек).

Про мышьяк я наверно знаю, что механизм его токсичности до сих пор не известен. Раз в десять лет я читаю обзоры, опровергающие старые теории и предлагающие новые. Решил за интерес посмотреть про фосфор. Аналогично.

***

У моего дантиста в кабинете перед бормашиной картина маслом: яхты с белыми парусами уплывают за горизонт, одна дальше другой. Картина навевает грустные мысли: парусники похожи на мои редеющие зубы, исчезающие в никуда.

***

Мой дантист большой любитель точных наук, особенно химии; он никогда не упускает случай похвастаться какой-нибудь зубною новинкою. Я ему благодарен: он один из первых, кто начал применять фотополимеризующиеся композиты. Очень удобно. Вообще, за 25 лет в зубном деле я вижу несомненный прогресс.

Дантист любит мне рассказывать, что именно он делает (ему редко попадается такой пациент): сейчас я капну фосфорной кислоты на эмаль, чтобы она стала шероховатой, а теперь глутаральдегида, чтобы десенситизировать зуб. Я мычу ему: зачем, как он работает? Дантист откладывает сверло и начинает объяснять, оживленно размахивая руками. Зуб болит, объяснения сбивчивы. Я мычу: почему болят зубы? Он отвечает, что это никому не известно.

***

Прийдя в расстроенных чувствах домой, посмотрел литературу: и точно. Под зубной эмалью - дентин: в основном, он минеральный, но в нем есть кератин. Еще есть там узкие цилиндрические каналы, наполненные жидкостью: трубочки. Каким-то образом эти трубочки проводят сигнал в зубной нерв, неизвестно каким. Общепринятая теория, что это чисто гидродинамическое стимулирование, но это не доказано. Вторая возможность - трансмиттеры, третья, что нерв может прорасти через трубочку. Последнее маловероятно: удаление такого нервного ответвления не прекращает боли. Десенситизатор блокирует трубочку, но не известно как. Реагент состоит из водного раствора глутаральдегида и гидроксиэтилметакрилата (HEMA). Вероятно, глутаральдегид работает как фиксатор (вроде формалина) с альбуминами в жидкости, наполняющей трубочки: он реагирует с амино группами в лизине на поверхности белков, соединяя их в хлопья (у него две активные группы), и хлопья забивают канал, блокируя движение жидкости (или трансмиттеров). Но зачем там HEMA?

Оказывается, как работает смесь не известно. Альтернативные "объяснения" в том, что альдегид реагирует с коллагеном (по лизинам) и что-то с ним делает, вызывая блокировку тубул либо прямо, либо полимеризуя HEMA. Почему образование альбуминовых хлопьев или модификация коллагена индуцируют полимеризацию HEMA, я так и не понял. Я не понял это из его объяснений и не понял из статьи.
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/chemistry/Qin%202006%20GA%20and%20HEMA.pdf
Что-то тут не так.

По-моему, интересная химическая/биохимическая проблема. Реагент используют с 60-х, но как он работает никто не знает.

***

Все эти мучения выпали на мою долю, т.к. на некоторых зубах у меня "сколы" у самого основания. Врач говорит, что я их делаю сам, когда чищу зубы. Происходит этого из-за того, что в эмали микроскопические трещины вдоль поверхности, и даже мягкая щетка может убрать тонкий слой. Я спросил, почему трескается эмаль. Оказывается , и это точно не известно. Говорит, довольно редко случается. Теория такая, что это случается у тех, что сжимает челюсти во сне. Напряжение передается в основание зуба, где заканчивается эмаль, и там образуются трещины вдоль поверхности. Но теория не подтвержденная: механические тесты не могут воспроизвести трещины там, где они возникают.

- Но я не сжимаю зубы во сне. - А ты этого не замечаешь. - И что же, это экспериментальный факт, что у тех, кто сжимает, такие трещины? Факт-не-факт, а корреляция имеется...

- У нас, - говорит, - куда ни кинь, всюду загадки мироздания.

И включил дрель.
thinking

Про подшипник. 2

У меня нет сил более отвечать на комментарии, а завтра рабочая неделя.

Подшипники на деревьях не растут. Ни шарики, ни ролики. Их нужно сделать, причем с очень высокой точностью и в огромных количествах. Первый патент на шарикоподшипник и первое производство шарикоподшипников разделены почти столетием: задача была невыполнимой.

Почему шарики: потому, что такие шарики сделать было и остается гораздо проще, чем такие ролики. Для этого нужно было изобрести машины, где штампованные неровные шарики многократно прокатывались через желобки - как это делается, проще посмотреть, чем описать. Самое сложное оказалось изобретение этих машин, а не изобретение разных видов подшипников.
https://www.youtube.com/watch?v=19duYMdiXi0
http://www.madehow.com/Volume-1/Ball-Bearing.html

Ролики, особенно фигурные, изготовить с такой точностью (в микроны и их доли) еще труднее, и пока такие методы не появились, шарики применялись и там, где стоило бы использовать ролики. Имеет значение и инерция первоначального прорыва: большая выдумка была направена на совершенствование изготовления и применения шарикоподшипников. В ситуации, что шарики появились первыми нет случайного: их изготовление объективно проще и додуматься до технологии массового производства тоже проще.

У шариков есть функциональные преимущества перед роликами - в некоторых ситуациях. Однако, преобладают они не поэтому.

Почему оказалось трудно ответить на вопрос? Многие знают как работает подшипник: все его видели. Можно без труда придумать много рационально выглядящих гипотез, почему шарики лучше, чем ролики; воображение начинает пробуксовывать. Как делают шарики и ролики знают уже немногие: таинство совершается вдали от глаз, на заводе. Надо спросить себя, как их делают.

Вот для этого и нужен разум и знание того, что шарикоподшипник - его продукт.
thinking

Рациональность

http://ivanov-petrov.livejournal.com/1999302.html

Для меня рациональность имеет одно основание - наш мир создан разумом, и мой собственный разум - его образ. На ЛЮБОЙ вопрос о мире существует ответ, который можно найти. Вот и все опоры, которые мне необходимы.

Когда утверждают, что "почему?" нельзя/неприлично/невозможно/преступно/бессмысленно задавать (а это мне говорили с младых ногтей бесчисленное число раз во всех вариантах), это-то и называется нерациональность. Это, а не неверные, фантастичные ответы на вопрос, которые можно обсудить - и отвергнуть. Такие ответы обозначают трудность задачи. Не знаешь - так и скажи; не надо подводить философский фундамент под невежество и леность мысли.

Вот - велосипед. Я знаю, что велосипед создан разумом. Это все, что мне нужно про велосипед знать; остальное я могу про него разобрать сам. Не смогу сам - поймет кто-то другой. Не сегодня, так завтра.

Если в велосипеде сломается подшипник, я его разберу и, обнаружив там шарики, не буду подводить философские основания под вопрос, почему мир так несовершенен, что в нем истираются шарики и ломаются подшипники... Я найду причину несовершенства и прикину, возможно ли улучшение - и нужно ли оно (подшипник можно и поменять). Я не буду утверждать, что вопрос о том, почему в подшипниках шарики, а не ролики, нельзя/бесполезно задавать, что это не наука, что такое знание суетно и вредно для души, что оно льет воду на мельницу врагов, что это игра и случай и пр.

Это менее, чем сотрясение воздуха. Слушать такое - трата времени. Спорить паче не нужно. Нужно думать дальше. Вот это и есть рациональность, и любой ребенок - ее модель, пока из него эту рациональность не выбивают сапогами. Следует уподобиться дитю малому и чистому, и будет царствие небесное.

Почему в подшипниках обычно шарики, а не ролики?

see http://shkrobius.livejournal.com/584466.html