Wykład z pokazami odbył się w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, al. Lotników 32/46. Prowadził: Dr Grzegorz Grabecki

Tematem wykładu będzie zademonstrowanie własności helu, zarówno w stanie gazowym jak i ciekłym. Przekonamy się, że zastosowania tej substancji są znacznie szersze niż powszechnie znane napełnianie baloników. Wykład odbył się w ramach X Festiwalu Nauki w Warszawie.Hel 2He4 (He, łac. helium) - pierwiastek chemiczny, z grupy gazów szlachetnych w układzie okresowym. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach (4 × 10-7% w górnych warstwach).
Hel na Ziemi występuje głównie w atmosferze (5,2 × 10-4% obj. w powietrzu), pochodzi głównie z rozpadu jąder promieniotwórczych w naturalnych szeregach promieniotwórczych. W litosferze hel występuje również w niektórych złożach gazu ziemnego. W gazach występujących w Stanach Zjednoczonych dochodzi do 1%, w gazach występujących w Europie ilość ta jest bardzo mała. Praktycznie cały hel, który mógł pierwotne istnieć na Ziemi, nie mogąc związać się z żadnym innym pierwiastkiem, jako bardzo lekki opuścił atmosferę Ziemi.
Występuje w postaci dwóch izotopów trwałych - 3He i 4He oraz dwóch nietrwałych: 6He i 8He. Hel jest najmniej aktywnym pierwiastkiem chemicznym, z bardzo wysoką energią jonizacji. Nie udało się z nim uzyskać żadnego trwałego związku chemicznego. Nie ma żadnego znaczenia biologicznego.


Pierwsza własność helu jaka została przedstawiona, jest chyba najbardziej znana nawet najmłodszym, chodzi oczywiście o napełnianie unoszących się w powietrzu baloników. Na zdjęciu obok studenci napełniają helem z butli balon. Ale dlaczego tak się dzieje ?, dlaczego balon wypełniony helem unosi się w powietrzu?. Odpowiedź jest prosta - ciężar właściwy helu wynosi: 0.17848 g/cm3 ... jest on blisko 7 razy lżejszy od powietrza i unosi się do góry jak kawałek styropianu wepchnięty do wody. Styropian ma bardzo dużą różnicę ciężaru właściwego w porównaniu z wodą i z dość dużą siłą prze do góry. W tym przypadku mówimy, że ma dużą wyporność.



Kolejną własność gazowego helu znają na pewno dociekliwi posiadacze baloników z helem, którzy dobrali się do ich zawartości i zaczęli ją wdychać. Na pewno zauważyli, że po kilku wdechach gazu ich głos upodabnia się do głosu Myszki Micki - jest piskliwy i wyjątkowo zabawny. W tym miejscu obalimy pewien mit, z którym już kilkakrotnie się spotkałem. Hel nie oddziałuje na organizm w żaden chemiczny sposób, nie wywołuje żadnych narkotycznych efektów a zmiana głosu związana jest jedynie z jego fizyczną własnością. Ta własność to prędkość rozchodzenia się dźwięku. Prędkość rozchodzenia się dźwięku w gazowym helu jest oczywiście konsekwencją poprzedniej własności (wg. wzoru na Vd prędkość rozchodzenia zależna jest od gęstości) i przedstawiona została na rysunku obok. Dla porównania dźwięk w powietrzu rozchodzi się z prędkością (zależną oczywiście od wielu czynników) 343 m/s. Gdy w wyniku kilku wdechów wypełnimy naszą krtań, gdzie drgają struny głosowe helem, w wyniku różnicy prędkości rozchodzenia się dźwięku, częstotliwość głosu zmienia się. Dzieje się tak dlatego że częstość drgań w komorze rezonansowej jaką jest nasz ośrodek mowy ściśle zależy od gęstości ośrodka, w którym te drgania zachodzą. Mówimy głosem o wyższej częstotliwości.

Fakt, że atomy helu są tak małe i lekkie sprawił, że hel znalazł zastosowanie w bardziej zaawansowanym urządzeniu, które można zobaczyć na zdjęciu obok. Jest to tester szczelności urządzeń próżniowych. Składa się on z pompy turbomolekularnej oraz spektrometru masowego ustawionego na wykrywanie atomów helu. Urządzenie podłącza się do testowanej aparatury, np. komory próżniowej i po włączeniu zaczyna wysysać z niego powietrze przepuszczając je jednocześnie przez spektrometr. Gdy zostanie osiągnięta wysoka próżnia obsługujący urządzenie odmuchuje gazowym helem komorę, której szczelność chce sprawdzić. Jeśli pojawi się jakaś nieszczelność hel przedostanie się do komory i w rezultacie zostanie zassany przez ciągle pracującą pompę do spektrometru, co w rezultacie da sygnał trafiający do układów elektronicznych. Nieszczelność może być sygnalizowana na wyświetlaczu bądź sygnałem dźwiękowym o zmieniającej się częstotliwości proporcjonalnie do wielkości nieszczelności.

 

 

 

 

 

Odwiedź nas na Allegro: PaneleAllegro.pl

Komentarze

PaneleAllegro.pl darmowe panele allegro