Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Диффузия
Направление НПИ: 6. Образование и популяризация космических исследований
Секция КНТС: 10. Космическое образование
Наименование эксперимента: Научно – образовательная демонстрация диффузионных процессов в жидких средах в условиях невесомости.
Цель эксперимента:

Целью космического эксперимента является демонстрация на борту РС МКС концентрационной и тепловой диффузии в жидкой среде в условиях невесомости и проведение сравнительного анализа полученных результатов с расчетно-теоретическими данными.

Описание эксперимента:

Проблемы, исследуемые в научно-образовательном космическом эксперименте «Диффузия» относятся к разделам курса физики средней и высшей школы. В данном эксперименте предполагается продемонстрировать процессы концентрационной и тепловой диффузии в условиях невесомости в жидких средах с различными свойствами, исследовать скорость и особенности развития и протекания диффузионных процессов в отсутствие действия сил плавучести.

Интересным результатом эксперимента будет сравнение характеристик пространственного распределения исследуемых веществ в процессах концентрационной и тепловой диффузии в наземных условиях и в условиях микрогравитации, а также проведение сравнительного анализа полученных результатов с расчетно-теоретическими данными.

Демонстрацию вышеупомянутых видов диффузии планируется осуществить в трех сосудах, заполненных жидкостями с различными физико-химическими свойствами, объединенных в общую экспериментальную камеру. В центральные области сосудов подаются окрашенные растворы различных веществ (с помощью устройства подачи проб из специальных картриджей) для формирования небольших концентрационных зон, которые и являются демонстрационными объектами – окрашенные вещества из этих зон будут диффундировать в окружающий раствор сосудов (концентрационная диффузия). Кроме этого, процесс тепловой диффузии инициируется точечными (локальными) нагревателями, помещенным в концентрационные зоны проб и подключенными к термостату-подогревателю.

Процесс формирования концентрационных зон и поведение их границ во времени является предметом наблюдения, видеосъемки и периодической фоторегистрации. Окончание сеанса демонстрации процесса диффузии определяется на основании предварительного расчета времени диффузионного «размывания» цветных проб до внутренних стенок сосудов.

Результатами КЭ являются видеозаписи и файлы фотоснимков, которые должны быть возвращены на Землю для анализа.

Новизна эксперимента:

В эксперименте «Диффузия» предполагается не только качественно продемонстрировать на простых примерах концентрационной и тепловой диффузии действие основных физических законов, но и дать возможность решения учащимися актуальных задач курса физики - сравнить характеристики диффузионных процессов в наземных условиях и в условиях микрогравитации, провести сравнительный анализ полученных результатов с расчетно-теоретическими данными.

Вместе с тем, эксперимент может показать и некоторые неочевидные явления, которые сложно воспроизвести в земных условиях и относятся к области фундаментально-теоретических исследований, это капиллярно-концентрационная конвекция. Новизна эксперимента заключается также в возможности для учащихся исследовать скорость и особенности развития и протекания диффузионных процессов в жидких средах с различными свойствами в отсутствие действия сил плавучести (в процессе обработки результатов КЭ).

С этой точки зрения эксперимент «Диффузия» отличается от предыдущих образовательных космических экспериментов существенной новизной и более высоким экспериментальным уровнем.

Научная аппаратура:

В эксперименте используются:

- устройство «Экспериментальная камера» в укладке, содержащее экспериментальную камеру с тремя прозрачными герметичными сосудами и набор картриджей с окрашенными растворами проб (для формирования в сосудах концентрационных зон), предназначенными для проведения в эксперименте процессов диффузии и термодиффузии с различными составами жидких сред;

- устройство «Термостат-подогреватель», содержащее термостат для нагрева концентрационных зон в каждом из 3-х сосудов экспериментальной камеры, который имеет электрический интерфейс и соединители подключения к нагревательным элементам сосудов;

- укладка «Комплект принадлежностей», содержащая устройство подачи проб из картриджей в сосуды экспериментальной камеры и автономные источники питания.

Также используется вспомогательное оборудование из укладки «Комплект принадлежностей» из состава комплекта НА «Физика-Образование», а также видео и фотоаппаратура со средствами фиксации и освещения из составаКСПЭ:

- штатив №1 (для макрофотосъемки, из укладки «Комплект принадлежностей»);

- локальные осветители (из укладки «Комплект принадлежностей»);

- видеокамера (камкордер SONY HVR-Z1J);

- цифровая фотокамера Nikon D2X (или аналогичная);

- штатный светильник СПР-1К;

- штатные кронштейны УПК LIV/106/20 (для штатива №1 и светильника).

Ожидаемые результаты:

В эксперименте «Диффузия» предусмотрена демонстрация действия основных физических законов в процессах концентрационной и тепловой диффузии в жидких средах. Помимо этого предполагается получить также качественные и количественные данные об основных параметрах диффузионных процессов в отсутствие действия сил плавучести, так как видео и фотоматериалы, которые предусматривается вернуть на Землю, будут содержать информацию о поведении и пространственном изменении границ концентрационных цветных зон.

Эксперимент может показать также явления, сложно воспроизводимые в земных условиях - развитие капиллярно-концентрационной конвекции.

Результаты эксперимента предполагается использовать в научно - образовательных целях учебного процесса курса физики в средней и высшей школе в качестве демонстрационного, а также предусматривается проведение сравнительного анализа полученных экспериментальных данных с данными, полученными расчетно-теоретическим путем.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения:
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Автономная некоммерческая организация Международный учебно-научный центр «Космос» (АНО МУНЦ «Космос», г. Москва)
Организации участники: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева (РКК «Энергия», г. Королёв); Средние школы №596, № 224 и №185 (г. Москва); Научно – производственное предприятие «БиоТехСис» (НПП «БиоТехСис», г. Москва); Научно-исследовательский испытательный Центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина (НИИ ЦПК, Московская обл., Звездный городок).
Научный руководитель: Алифанов О.М.
Публикации по эксперименту:

Список публикаций в процессе редактирования.

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения