Як відрізнити алмаз від оксиду цирконію; Дивовижна наука
Якщо це здається вам холодним, це справжній діамант! Але якщо це досить тепло, це, безумовно, підробка ...
Давайте разом розглянемо тепловий принцип цього тесту.
Штучні діаманти
Серед мінералів, які можуть замінити алмази в ювелірних виробах, найбільш відомим єоксид цирконію (або цирконію), хімічний склад якого ZrO2. Як я пояснив у своєму дописі про муасаніт, деякі мінерали можуть імітувати блиск алмазів завдяки високому показнику заломлення. Оскільки вони є синтетичними каменями, вони мають величезну перевагу в тому, що вони коштують набагато дешевше справжніх діамантів і менше проливають крові.
Очевидно, що для ювелірного професіонала важливо вміти відрізнити справжній алмаз від каменю-замінника! І найефективніший метод заснований не на візуальному вигляді каменів, а на теплові властивості справжніх алмазів.
Поняття контактної температури
Щоб зрозуміти мовний тест, вам слід поглянути на поняття температура контакту між двома предметами. Важливим моментом є те, що ця температура залежить від предмета, якого ви торкаєтесь !
Наприклад, якщо ви знаходитесь у кімнаті і поклали руку на металеву пластину, там буде досить холодно. Але якщо ви покладете його на дерев'яний предмет меблів, відчуття стануть набагато теплішими.
Як це можливо, коли ці предмети повинні мати однакову температуру (приміщення, наприклад, 20 ° C)? Той самий парадокс існує і з гарячими предметами: якщо доторкнутися до металу при 80 ° C, ви швидко обпечетеся, тоді як можете безболісно покласти руку на кілька секунд на дерев’яну колоду, нагріту до 80 ° C.
Відповідь полягає в цьому понятті температура контакту. Уявіть собі предмет при температурі 20 ° C і вашу руку, температура якої становить близько 37 ° C. У перший момент, коли ви торкаєтесь предмета, ви відчуєте температуру, яка дорівнює температурі поверхні контакту. Але яка ця контактна температура? 20 ° C або 37 °? Або між ними, наприклад середнє значення (28,5 ° C) ?
Нічого подібного. Тому що це залежить від двох речовин, які контактують. Ви можете сприймати це як зіткнення вашої руки з предметом, якого ви торкаєтесь, кожен намагаючись накласти свою температуру на іншу. Золото всі матеріали не мають однакової здатності нав'язувати свою температуру іншим. Метал сильно накладає свою температуру, саме тому він спалює або охолоджує; але не деревина, яка не накладає закон на шкіру вашої руки. Давайте подивимось це на цифри.
Ефективність матеріалів
Для матеріалу називається здатність накладати температуру при контактіефузивність. Правило просте: якщо ви контактуєте з двома матеріалами відповідної ефузійності E1 і E2, спочатку при температурах T1 і T2 початкова температура контакту буде
Ця формула означає, що температура контакту насправді знаходиться між Т1 і Т2, це свого роду середнє значення, але це середнє значення зважується випромінюваністю кожного матеріалу. Чим більша ефузійність матеріалу, тим ближче температура контакту буде до температури цього матеріалу.
Побачимо це на наших прикладах. Випромінюваність руки становить близько 1000, деревини - 400, а металу - близько 10000. Давайте обчислимо температуру контакту в різних випадках за наведеною формулою.
Рука при 37 ° C на деревині при 20 ° C: Tcontact = 32 ° C
Рука при 37 ° C на металі при 20 ° C: Tcontact = 21 ° C
Рука при 37 ° C на дереві при 80 ° C: Tcontact = 49 ° C
Рука при 37 ° C на металі при 80 ° C: Tcontact = 76 ° C.
Ось чому метал завжди здається прохолоднішим (або гарячішим), ніж дерево !
Будьте обережні, однак це правило ефузивності діє лише в перші моменти контакту, і врешті-решт найбільший і наймасивніший матеріал в кінцевому підсумку накладе свою температуру: ви можете охолодити невеликий шматок металу в руці, але велика колода з часом все одно спалить.
Алмаз або цирконій ?
Думаю, ви тепер зрозуміли фокус: якщо ваш язик при температурі 37 ° C стикається з дорогоцінним каменем, відчуття температури буде залежати від висипності матеріалу, що становить камінь. Золото ефузійність алмазу та оксиду цирконію дуже і дуже різніs !
Випускність цирконію становить близько 2000, а алмазу - 60 000! Ось контактні температури, які можуть виникнути у вас:
Язик при 37 ° C на цирконії при 20 ° C: 26 ° C.
Язик при 37 ° C на алмазі при 20 ° C: 20 ° C.
Якщо контактна поверхня велика і ви досить чутливі до мови, ви можете помітити різницю !
Будьте впевнені, професійним ювелірам не потрібно вдаватися до цієї хитрощі. Вони використовують прилад, який називається вимірювачем ефузійності, який безпосередньо вимірює ефузійність. Оскільки випромінюваність алмазів набагато більша, ніж у будь-якого іншого матеріалу, він, безсумнівно, виявить для вас справжні діаманти. !
Щоб піти далі: як обчислюється ефузивність ?
Формула, що використовується для розрахунку ефузійності матеріалу, така
Це залежить від 3 характеристик матеріалу: \ (\ лямбда \) його теплопровідності, \ (\ rho \) його щільності та \ (С \) його теплоємності.
Інтуїтивно ми можемо зрозуміти цю формулу так: теплопровідність матеріалу є його здатність передавати тепло швидко, тоді як його щільність і теплоємність визначають його здатність накопичувати тепло. Неважко зрозуміти, що ефузивність, здатність одного матеріалу накладати свою температуру на інший, залежить від кількості тепла, яке він зміг накопичити, і від швидкості, з якою він може його передавати.
Що захоплює діамантами, це те, що вони є матеріал з найвищою відомою теплопровідністю (крім графену, цей матеріал виявлений нещодавно, але який ми не близькі до виготовлення ювелірних виробів). Теплопровідність алмазу в 10-100 разів вища, ніж у металів !
Цей результат є досить протиінтуїтивним, оскільки загалом висока теплопровідність супроводжується високою електропровідністю. Ця ланка існує, оскільки рух електронів є привілейованим способом передачі тепла в матеріалах (наприклад, металах). З діамантом це не так, оскільки він є електричним ізолятором, а також є найвідомішим теплопровідником. Простіше кажучи, це, серед іншого, його виняткова кристалічна структура, яка дозволяє йому транспортувати тепло лише за допомогою вібрацій своєї мережі, без передачі електронів.
Таблиця навпроти показує, як розрахувати ефективність різних матеріалів, і в той же час надає вам фізичні одиниці, які я свідомо заховав під килимом у цій публікації.
Заключне слово про ефузивність шкіри: він досить близький до рівня води, що не дивно, але виміряти його не так просто. Мені довелося перебирати нещодавню статтю [1], щоб отримати значення з надійних джерел! І це також трохи залежить від особин та розташування тіла, яке ми вимірюємо.
[1] А. Йошида та співавт., Вимірювання теплової ефузивності шкіри людини за допомогою фотоакустичного методу, Міжнародний журнал термофізики 31, 10, с2019-2029 (2010)