Прибор, находящийся в трубе, измеряет степень непрозрачности проходящего через него воздуха. Такие приборы в физике называются опасиметрами — измерителями непрозрачности.
Опасиметры находят различные применения.
В только что описанном случае опасиметр превратился в неутомимого, очень добросовестного кочегара. В виде автомата-огнетушителя опасиметр служит пожарником.
Робот-химик
Но опасиметр может стать и химиком.
В различных химических производствах и в лабораторной практике химикам часто приходится определять количество кислот или щелочей в различных водных растворах. С этой целью вливают в исследуемый раствор каплю лакмусовой настойки. От этого жидкость в стакане окрашивается в красный цвет, если она содержит кислоту, и в синий при наличии щелочи.
Предположим, что исследуемая жидкость — кислота и окрасилась, следовательно, в красный цвет. Тогда в стакан с этой жидкостью начинают приливать по каплям раствор щелочи. Щелочь, как говорят химики, нейтрализует кислоту, превращая ее в соль и воду. Когда вся кислота будет нейтрализована, жидкость из красной станет светло-фиолетовой. Прибавка только одной капли щелочи к этой жидкости изменит ее цвет в синий, а прибавка одной капли кислоты вызовет ее покраснение.
Вместо лакмуса можно прилить к кислоте каплю фенолфталеина. Фенолфталеин бесцветен сам по себе и остается бесцветным в кислоте. В щелочном же растворе фенолфталеин окрашивается в красный цвет. Приливая щелочь к кислоте, можно дойти до такого момента, когда прибавка только одной капли щелочи превратит жидкость из бесцветной в красную. При обратном вливании в красноокрашенную щелочь кислоты наступает такой момент, когда жидкость обесцвечивается.
Робот-химик. Справа — лампа, слева, возле сосуда — фотоэлемент внутри ящика.
Зная количество прилитой щелочи, можно легко определить, сколько кислоты было в исследуемом растворе. Такой способ определения количества кислоты или щелочи называется титрованием.
Чего-либо сложного в титровании нет. Однако, это довольно кропотливое дело, отнимающее у химика много времени. Возникло желание передать эту работу автомату. На помощь пришел опасиметр.
В химический стакан наливают щелочь, окрашенную фенолфталеином в красный цвет. По обеим сторонам стакана помещают лампу и фотоэлектрический элемент, соединенный при помощи реле с электромагнитным зажимом. Пустив аппарат в ход, химик может заняться любым другим делом. Робот сам прекрасно доведет работу до конца: лишь только жидкость обесцветится, он прекратит приток кислоты, зазвонит и зажжет красную лампу на штативе. Звонок сообщает химику, что анализ окончен, а красная лампа указывает на аппарат, где это произошло. Таким образом один человек получает возможность следить за многими роботами-химиками и значительно повысить производительность своего труда.
С помощью опасиметра с фотоэлементом теперь следят за жесткостью воды, происходящей от растворенных в ней веществ. При кипячении жесткой воды эти вещества откладываются на стенках кипятильника, образуя накипь. С течением времени слой накипи становится все толще. В самоваре накипь никакой опасности не представляет. Но в котле паровой машины накипь может привести к катастрофе.
Происходит это оттого, что, когда отваливается в котле кусок накипи, вода в этом месте начинает соприкасаться с раскаленной стенкой котла, температура которой выше, чем температура накипи всей остальной поверхности. Получается быстрое и усиленное парообразование, которое приводит ко взрыву котла. Наибольшее число взрывов котлов вызывается именно отпадением накипи.
Поэтому понятно, почему так внимательно следят за жесткостью воды, подаваемой в котлы, в особенности в паровозные. Контроль за жесткостью оказалось возможным тоже передать роботам. С этой целью к испытуемой воде приливают растворы таких веществ, которые окрашивают воду или вызывают ее помутнение. Потом пробирку (стаканчик) с водой помещают перед фотоэлементом на пути узкого светового луча. По густоте окраски или помутнения воды автомат определяет степень жесткости и, если она больше положенной нормы, дает предупредительный звонок.
Американский инженер Эдриен сконструировал аппарат, который с помощью фотоэлемента определяет степень напряжений в стекле бутылок. Такой робот позволяет браковать бутылки по внутренним качествам их стекла.