Το βήμα των Ορχομένιων Επιστημόνων

ΓΙΑΤΙ ΜΠΑΜΠΑ;ΑΠΛΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΕ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ( ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΓΙΑ ΟΛΟΥΣ )

Του Λουκά Αθανασέκου
Φυσικός, MSc «Φωτονική & Οπτοηλεκτρονικές διατάξεις»
Υποψ. Διδάκτορας τμημ. Επιστήμης των Υλικών, Παν. Πατρών
Ερωτήσεις: athanasekos@eie.gr

• Τι είναι ο καταλύτης και πώς λειτουργεί;

Ο γνωστός μας καταλύτης, που υπάρχει πλέον σε όλα τα αυτοκίνητα, είναι μια συσκευή η οποία χρησιμοποιείται για τη μείωση της τοξικότητας των καυσαερίων από μια μηχανή εσωτερικής καύσης. Ανακαλύφθηκε περίπου το 1950 από τον γάλλο μηχανικό Eugene Houdry , αλλά ήταν το 1973 όταν πρωτοβγήκε σε μαζική παραγωγή. Εστιάζοντας στη λειτουργία και όχι στα μηχανικά μέρη που τον απαρτίζουν, εντός του καταλύτη επιτυγχάνονται τρία ταυτόχρονα φαινόμενα: η διάσπαση του οξειδίου του αζώτου σε άζωτο και οξυγόνο, η οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα και μετατροπή του σε διοξείδιο του άνθρακα και η οξείδωση των υδρογονανθράκων που δεν έχουν καεί σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Με τον τρόπο αυτό έχουμε μείωση των επιβλαβών καυσαερίων και μετατροπή τους σε λιγότερο βλαβερά.
Ένα φαινόμενο γνωστό στους μηχανικούς είναι η δηλητηρίαση του καταλύτη. Όταν ο καταλύτης έρχεται σε επαφή με κάποιες ουσίες, όπως είναι ο μόλυβδος, η επιφάνεια του καλύπτεται και δεν μπορεί να λειτουργήσει. Για το λόγο αυτό τα καταλυτικά οχήματα πρέπει να δουλεύουν μόνο με αμόλυβδη βενζίνη.
Πέρα, όμως, από τα πολλά πλεονεκτήματα των καταλυτών, υπάρχουν αρκετές ενστάσεις σχετικές με την επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Αν και οι καταλύτες απομακρύνουν/μετατρέπουν τους υδρογονάνθρακες, τα τελικά καυσαέρια περιέχουν σε μεγάλο βαθμό διοξείδιο του άνθρακα, ένα από τα σημαντικότερα αέρια που είναι υπεύθυνα για το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Επίσης, απελευθερώνεται νιτρώδες οξείδιο, ένα αέριο που επιβαρύνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου περίπου 300 φορές περισσότερο από το διοξείδιο του άνθρακα!
Και κάτι περίεργο: επειδή οι καταλύτες περιέχουν πολύτιμα μέταλλα, όπως η πλατίνα, το παλλάδιο και το ρόδιο, γίνονται συχνά στόχος ληστών!! Ειδικά σε οχήματα, όπως τα SUV και τα φορτηγά, όπου η αποκόλληση είναι πιο εύκολη, έχουν αναφερθεί συχνές κλοπές καταλυτών!

• Κεραυνός- αστραπή- βροντή- αλεξικέραυνο: πώς συνδέονται;

Ο κεραυνός είναι ένας μεγάλων διαστάσεων ηλεκτρικός σπινθήρας στον ουρανό, όταν έχουμε καταιγίδα. Δημιουργείται εξαιτίας της διαφοράς δυναμικού μεταξύ κάποιου νέφους και του εδάφους ή ανάμεσα σε δύο νέφη με αντίθετα φορτία. Ο δημιουργούμενος σπινθήρας ή εκκένωση έχει μια προτιμητέα κατεύθυνση προς τα σημεία που συναντά τη μικρότερη αντίσταση ( όπως άλλωστε συμβαίνει και στα ηλεκτρικά κυκλώματα, όπου τα ηλεκτρόνια προτιμούν να κινούνται προς κλάδους με μικρότερες αντιστάσεις). Για το λόγο αυτό παρατηρούμε τον κεραυνό να έχει μια διακλαδιζόμενη μορφή ( θυμηθείτε το σχήμα του κεραυνού που κρατά ο Δίας!). Όταν η εκκένωση αυτή πραγματοποιείται μέσα σε ένα νέφος , δεν είναι ευκρινές το σχήμα του, αλλά φαίνεται σαν μια λάμψη και ονομάζεται αστραπή. Οι παραγόμενες λάμψεις μπορούν να φτάσουν σε τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής τάσης ( μέχρι και 100 εκατομμύρια volts) και σε θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 30000 βαθμούς Κελσίου! Λόγω της τεράστιας αυτής θερμότητας, τα μόρια του αέρα υπόκεινται σε ταχεία διαστολή και η τελευταία είναι υπεύθυνη για τη βροντή που ακούμε! Λόγω των φαινομένων που έχουν παρατηρηθεί σχετικά με την κεραυνοπληξία, στα ψηλότερα κτήρια κατοικημένων περιοχών τοποθετούνται κάποιοι αγωγοί, που ονομάζονται αλεξικέραυνα, και μεταφέρουν τα φορτία στο έδαφος, όπου γίνεται η εκτόνωση του φαινομένου.

• Λάβα και … ελαφρόπετρα

Όπως γνωρίζουμε, λάβα ονομάζεται το παχύρευστο μάγμα που βγαίνει από ένα ηφαίστειο. Πρόκειται για μέταλλα, λιωμένα λόγω της τεράστιας θερμοκρασίας που αναπτύσσεται εντός του ηφαιστείου και τα οποία ανεβαίνουν στην επιφάνεια από τα έγκατα της γης. Κάποιες φορές η λάβα περιέχει διαλυμένα αέρια σε μεγάλες ποσότητες, ρέει με μεγάλη ταχύτητα και μοιάζει με αφρό. Όταν η λάβα ξεχύνεται από το ηφαίστειο, διανύει κάποια απόσταση, ανάλογα με την ρευστότητα της και την εξωτερική θερμοκρασία, και στη συνέχεια παγώνει και στερεοποιείται. Όταν λοιπόν η λάβα παγώνει ενόσω περιέχει πολύ αέριο, δημιουργείται η ελαφρόπετρα, που είναι γεμάτη τρύπες, λόγω του αερίου που ήταν εγκλωβισμένο και είναι εξαιρετικά ελαφριά, επιπλέει άλλωστε και στο νερό!


• Πώς λειτουργούν οι μπαταρίες;

Μπαταρίες χρησιμοποιούνται παντού - στα αυτοκίνητά μας, στους φορητούς υπολογιστές, φορητά MP3 players και κινητά τηλέφωνα. Οι μπαταρίες είναι συσκευές που μετατρέπουν την χημική ενέργεια ορισμένων ουσιών σε ηλεκτρισμό. Υπάρχουν δύο τύποι: στον πρώτο, ηλεκτρισμός παράγεται μέχρις ότου εξαντληθούν οι χημικές ουσίες που βρίσκονται στο εσωτερικό του, ενώ στον δεύτερο τύπο αποθηκεύεται ηλεκτρισμός και ξαναφορτίζονται. Η ανάπτυξη των μπαταριών άρχισε με την κατασκευή της Βολταϊκής στήλης από τον Αλεσάντρο Βόλτα. Ο συσσωρευτής στην ηλεκτρολογία είναι χημική πηγή ρεύματος, ικανή να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια (αφού τη μετατρέψει σε χημική) και όταν χρειαστεί, να την αποδώσει σε εξωτερικό κύκλωμα. Αποτελείται από δοχείο κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό (εβονίτη, πλαστικό, γυαλί) με ηλεκτρολύτη (οξύ ή αλκάλιο), στο οποίο βυθίζονται τα ηλεκτρόδια. Η σύνδεσή τους σε εξωτερικό κύκλωμα προκαλεί σε αυτό διέλευση ρεύματος (εκφόρτιση του ηλεκτρικού συσσωρευτή). Έτσι, στον ηλεκτρικό συσσωρευτή γίνονται χημικές διεργασίες, που έχουν σχέση με τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική.
Στα αυτοκίνητα, όπου έχουμε ένα παράδειγμα υγρής μπαταρίας, δύο μεταλλικές πλάκες από μόλυβδο τοποθετούνται μέσα σε ένα ηλεκτρικό στοιχείο, που περιέχει διάλυμα θειικού οξέος. Υπάρχουν συνήθως έξι ηλεκτρικά στοιχεία, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους. Πριν την χρήση του, η μπαταρία συνδέεται με ηλεκτρικό ρεύμα, ώστε το διάλυμα του θειικού οξέος να υποστεί ηλεκτρόλυση και η πλάκα μολύβδου που συνδέεται στον αρνητικό πόλο να μετατραπεί σε διοξείδιο του μολύβδου. Έτσι επιτυγχάνεται η φόρτιση του συσσωρευτή, δηλαδή αποθηκεύεται ηλεκτρισμός. Όταν θέσουμε σε λειτουργία τον συσσωρευτή, ο τελευταίος διατηρείται φορτισμένος λόγω μιας δυναμογεννήτριας η οποία τροφοδοτείται απευθείας από τον κινητήρα.
Η ηλεκτρική στήλη αποτελεί ένα άλλο είδος συσσωρευτή που ονομάζεται και ξηρό στοιχείο Λεκλανσέ ( LeClanche ). Αποτελείται από ένα κέλυφος ψευδαργύρου , το οποίο περιέχει χλωρίδιο του αμμωνίου. Εντός του πολτού περιέχεται και μια στήλη άνθρακα. Το ίδιο το κέλυφος αποτελεί τον αρνητικό πόλο και η στήλη του άνθρακα το θετικό. Επειδή το χλωρίδιο του αμμωνίου είναι δηλητηριώδες, οι μπαταρίες πρέπει να αποβάλλονται σε ασφαλές μέρος.