Лед как источник электричества

10.09.2025

В природе многие явления долго остаются загадкой, даже если они кажутся очевидными. Грозовые разряды в облаках, например, уже давно связывают со столкновениями ледяных кристаллов. Но как именно частицы льда накапливают электрический заряд, ученым было неясно. Недавние эксперименты международной группы исследователей позволили пролить свет на эту тайну и показали, что лед обладает неожиданными свойствами, способными изменить наше понимание атмосферных процессов и открыть новые пути для практических технологий.

Специалисты установили, что при неравномерной деформации ледяных кристаллов возникает электрический потенциал. В отличие от простого сжатия, которое не вызывает появления заряда, изгиб или локальное смещение структуры льда способны порождать электричество. Такой эффект был зафиксирован в ходе экспериментов, проведенных специалистами Каталонского института нанонауки и нанотехнологий (ICN2), Сианьского университета Цзяотун и Университета Стоуни-Брук.

Руководитель исследовательской группы профессор Густау Каталан пояснил, что в лабораторных условиях пластина льда помещалась между двумя металлическими электродами и подключалась к измерительному устройству. При изгибании фиксировался стабильный электрический потенциал, и результаты полностью совпадали с теми явлениями, которые ранее наблюдали во время гроз. Это подтверждает, что молнии действительно могут зарождаться благодаря механическим деформациям ледяных частиц в облаках.

Ключевым открытием стало то, что у льда проявляется так называемая флексоэлектрика - способность генерировать электричество при изгибе. В отличие от пьезоэлектрических материалов, где эффект связан с изменением полярности под воздействием напряжения, флексоэлектрический механизм не требует строгой симметрии кристаллической решетки и может возникать в самых разных условиях. Именно это объясняет, почему лед оказался необычным, но эффективным генератором электричества.

Особый интерес вызвали наблюдения при экстремально низких температурах. Когда лед охлаждали до -113 °C, на его поверхности формировался тонкий сегнетоэлектрический слой. Ведущий автор исследования, нанофизик Синь Вэнь, отметил, что такая структура позволяет льду приобретать естественную электрическую поляризацию, которую можно изменять с помощью внешнего поля подобно тому, как полюса магнита можно перевернуть на противоположные.

Таким образом, у льда обнаружилось два механизма генерации энергии: сегнетоэлектрика в условиях сильного холода и флексоэлектрика при температурах ближе к нулю. Такая универсальность сближает лед с перспективными материалами, например с диоксидом титана, который активно используется при создании датчиков и накопителей энергии.

Это открытие не только расширяет фундаментальные знания о физических свойствах воды в твердом состоянии, но и подсказывает новые направления для инженерных разработок. Возможность использовать лед как активный материал в электронике или сенсорных системах пока звучит необычно, но в будущем подобные эффекты могут найти прикладное применение.

<< Назад: Первозданные магнитные поля 11.09.2025

>> Вперед: Трехэкранный ноутбук MAX16 Triple Screen Laptop 10.09.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Робот найдет и обезвредит коллегу-предателя 29.06.2023 Исследователи из Университета Лозанны разработали новаторский алгоритм, способный обезвредить действия роботов, которые могут нарушить функционирование команды. Опираясь на принцип голосования, алгоритм предотвращает возможные сбои и ошибки, которые могут привести к нежелательным последствиям. Роботы-коллеги выполняют разнообразные задачи, включая спасение людей и строительство, работая сообща. Однако некоторые роботы могут перейти на сторону противников и противодействовать другим членам группы. Эти ситуации могут привести к нарушению эффективности работы всей команды. Алгоритм, разработанный учеными, предлагает механизм голосования, позволяющий роботам-соучастникам выявлять и изолировать византийских роботов. Это гарантирует сохранение согласованности работы команды и предотвращает негативное влияние предательских элементов. Исследователи уверены в эффективности алгоритма и его способности нейтрализовать византийских роботов в различных сценариях. Кроме того, проведенные испытания подтвердили, что алгоритм устойчив к возможным ошибкам и случайным изменениям в поведении обычных роботов, что делает его надежным инструментом для обеспечения безопасности и эффективности работы роботов-коллег. Термин "византийский робот" происходит от понятия "проблема византийских генералов", которая была впервые представлена в 1982 году в статье Лесли Лэмпорта. Эта проблема возникает в распределенных системах, где участники, в данном случае роботы, должны достичь согласия в принятии решений, несмотря на возможные сбои или атаки со стороны некоторых участников. В контексте робототехники, византийский робот относится к роботу, который намеренно или случайно дезинформирует или действует неправильно в рамках распределенной роботической системы. Это может включать передачу неверной информации, выполнение неправильных действий или даже активное вмешательство в работу других роботов в команде. Византийский робот представляет собой элемент, который нарушает целостность и надежность работы системы, создавая потенциальные проблемы и риски для команды роботов-соучастников. Разработка алгоритмов и механизмов, способных обнаруживать и обезвреживать византийских роботов, является важной задачей в области робототехники и обеспечения безопасности распределенных роботических систем.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025