Читать книгу "Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд"

Решение простое: сделайте зеркальные окна, покрыв стекло очень тонкой пленкой оксида какого-нибудь металла (отлично подойдет диоксид титана). Если толщина покрытия составит всего несколько атомов, то это не помешает свету проникать сквозь стекло. Но в полуденную летнюю жару эта почти невидимая пленка будет великолепно отражать тепловые (инфракрасные) лучи, помогая сохранять прохладу в доме. А холодными зимними ночами, когда в доме значительно теплее, чем снаружи, любое производимое в помещении тепло (с помощью центрального отопления или электрических рефлекторов) будет отражаться от металлического покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность окон, и оставаться в доме.

Стекло, чистое до скрипа

Многим нравятся чистые и сверкающие окна. Но не все жаждут добиваться этой чистоты с помощью высоких стремянок, губки со специальным моющим раствором и чистого куска замши для протирки насухо. Возможно, вы спросите: почему окна домов там, где дожди идут чаще, чем светит солнце, не очищаются от грязи сами собой под потоками дождевой воды? На деле грязь накапливается на внешней стороне стекол, и на нее налипает новая грязь. Вот и вся помощь от дождика.

К счастью, уже появились инновационные самоочищающиеся окна. Однако в отличие от лобовых стекол на машинах, очищающихся с помощью скрипучих дворников и омывающих жидкостей, в самоочищающихся окнах работает не механика, а химия. Так же как теплозащитные окна, эти стекла покрыты диоксидом титана. Любители позагорать на пляжах хорошо знают, что солнечный свет имеет в своем составе невидимый, но достаточно опасный для человека компонент под названием ультрафиолетовое излучение. Оно сморщивает кожу человека, как излишний жар – куриную кожицу. В крайних случаях излишнее воздействие ультрафиолета на кожу человека может вызывать рак кожи. Ультрафиолет – «синий» аналог инфракрасного излучения. Длина волн у него чуть меньше, чем у нормального голубого света. Он невидим, но его можно обнаружить на границе голубого спектра радуги. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение можно представить себе невидимыми «стойками на книжной полке», между которыми располагаются видимые глазу спектры света.

Хотя ультрафиолет и опасен для кожи человека, он во многом полезен. Когда ультрафиолетовые лучи попадают на молекулы диоксида титана на самоочищающихся окнах, они выбивают из них электроны (это явление известно как фотоэффект). Электроны ударяются о молекулы воды, содержащиеся в воздухе, и превращают их в гидроксильные радикалы[112]. Из молекулы воды «выбивается» один атом водорода, и возникает гидроксильный радикал ОН−. Он работает как сильный окислитель и моющее средство, измельчая скопившуюся на стеклах грязь в микроскопические образования. Во время дождя мельчайшие частицы грязи смываются начисто.

По крайней мере так это работает в теории. Внутренним поверхностям окон, которые мы должны мыть своими руками, стоит устыдиться.

То видно, то нет

Одно из самых интересных, даже обескураживающих свойств стекла состоит в том, что когда вы сквозь него смотрите, то видите обманчивую картину того, что происходит за ним. Если вы прогуливаетесь по улице и случайно бросаете взгляд в окно магазина или чьего-то дома, то видите очень немногое. Когда же вы внутри помещения и видите, что кто-то заглядывает через окна, вам кажется, что этот человек может рассмотреть всё вокруг вас в деталях. Именно поэтому люди используют разные шторы, занавески, жалюзи и т. д.

Но на самом деле всё совсем не так. Причина в том, что внутри помещения обычно гораздо меньше света, чем снаружи. Насколько? Очевидно, что это зависит от времени года, времени суток, состояния погоды и вашего местоположения на Земле (что в конечном счете влияет на ваше положение по отношению к Солнцу). Однако в широком смысле естественная освещенность вне помещения в среднем в 2000 раз превышает таковую внутри него[113].

Если вы в комнате, то за ее окном значительно светлее. Поэтому вы легко можете видеть световые лучи, проникающие в помещение и приносящие изображение происходящего снаружи. Вне помещения вас окружает много света. Но внутри дома его гораздо меньше, и еще меньше его проникает наружу сквозь окна. Хотя стекло и выглядит прозрачным, оно пропускает не весь свет, падающий на него. Около 10–15 % этого света оно отражает[114]. Даже если в помещении и есть свет, не весь он может проникнуть сквозь окна наружу. Именно поэтому, как ни удивительно, окна обычно хранят тайны вашей частной жизни, даже если на них нет штор.

Ночью, разумеется, всё меняется с точностью до наоборот. Когда садится солнце и мы остаемся с уличным освещением и слабым молочным светом луны (если она полная), на открытом пространстве света остается очень мало. Обычная внутренняя освещенность помещений в 500 раз выше, чем освещенность внешнего пространства луной[115]. Если при включенном комнатном освещении вы в темноте посмотрите в окно, то едва разглядите человека, заглядывающего в ваше окно снаружи. В лучшем случае вы увидите в окне свое отражение. А вот человек на улице увидит вас и всё происходящее в комнате очень отчетливо.

Можно и без штор

Большинство из нас защищают свою личную жизнь от посторонних глаз при помощи штор, жалюзи или даже ставень. Но у всех них есть существенные недостатки – в первую очередь тот факт, что нужно постоянно поддерживать их чистоту. Как хорошо было бы, если бы нам удалось избавиться от них и превращать окна из прозрачных в непрозрачные щелчком выключателя. Уже есть окна, в которых используются стекла, меняющие прозрачность и цвет. Они называются электрохромными (способными менять цвет) и работают по тому же принципу, что и аккумуляторные батареи в ноутбуках или смартфонах.

В аккумуляторных батареях есть два электрода (положительный и отрицательный, анод и катод) и расположенное между ними химическое вещество, называемое электролитом. Когда батарея заряжается, катионы лития (атомы без электронов) двигаются по электролиту в одном направлении, запасая энергию. Когда батарея отсоединена от зарядного устройства и используется в ноутбуке, ионы лития движутся в ней в обратном направлении, высвобождая энергию в форме электрического поля.