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Wissenschaftliche Alltagsfragen
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Es gibt Fragen, von denen man denken sollte, sie seien mit eeiniger Sachkenntniss eindeutig zu klären. Aber oft erhält man geradezu konträr entgegengesetzte Antworten. Ich habe zwei solcher Fragen auf Lager. Die erste:

Wie erhält man die Ladefähigkeit und Lebensdauer eines Akkus am besten?
Antwort A: man soll ihn möglichst weitgehend entladen und lädt ihn erst wieder auf wenn das gerät anzeigt, daß der Akku leer ist. Argument: zu frühes Aufladen reduziert die Ladekapazität durch einen "Memory-Effekt"
Antwort B: man darf nicht weit entladen sondern soll frühzeitig wieder aufladen. Argument: "Tiefentladungen" machen den Akku kaputt.

Gemeint sind hier erstmal die Akkus, die in Handys, Computern und anderen elektronischen Geräten verbaut sind. Aber vielleicht hat die frage ja eine allgemeine Antwort, die auch für Bleiakkus in Autos zutrifft? Oder ist das Akku-spezifisch?

Die zweite Frage stelle ich, wenn die erste geklärt ist Cool

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Ich mache es mal komplizierter und füge Antwortmöglichkeit C hinzu: vollständiges Be- und Entladen vermeiden (möglichst nicht über 90 Prozent laden oder auf weniger als 10 Prozent entladen)

Quelle: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0810281.htm

Die Seite nennt übrigens den Memory-Effekt nur bei Lithium-Eisenphosphat-Akkus explizit.

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Es ist eine bedeutende und allgemein verbreitete Tatsache, dass Dinge nicht immer das sind, was sie zu sein scheinen.
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Bei Li-Ion, egal ob LiFePO4 oder irgendwas anderes, gibt es keinen (relevanten) Memory-Effekt. Den gibt es bei NiCd und daher kommt auch diese "Falschaussage".

Zitat:
Wie erhält man die Ladefähigkeit und Lebensdauer eines Akkus am besten?
[...] Gemeint sind hier erstmal die Akkus, die in Handys, Computern und anderen elektronischen Geräten verbaut sind.

Ich gehe daher mal von Li-Ion akkus aus. Die sind da der absolute Standard.
Dann ist die Frage... mit oder ohne Nutzung? Also kalendarische oder Zyklenfestigkeit?
Ersteres möglichst bei niedrigen Temperaturen, etwa im Kühlschrank, bei einem Ladezustand von grob 50...70%.
Letzteres durch möglichst flache Zyklen. Je flacher, desto besser. Man spricht dabei von der Depth of Discharge (DoD), 100% entsprechen einer Nutzung von 0...100% der Kapazität, 10% z.B. von 90...100%. Die Temperatur sollte dabei um die Raumtemperatur sein, nicht zu niedrig und nicht zu hoch. Die (End)Ladung sollte keine große Temperaturerhöhung verursachen, hohe Temperaturen lassen den Akku sowohl kalendarisch als auch im Zyklus deutlich schneller altern.
Li-Ion mag weder tiefes entladen noch "hohes beladen". Es ist aber auch nicht großartig schlimm, wenn man sie im vollen spezifizierten Spannungsbereich nutzt, also von 0...100% Kapazität.
Für Anwendungen wie etwa im Elektroauto fährt man aus dem Grund extra nicht bis zur maximalen Ladeschlussspannung, sondern stoppt z.B. bei 80% der Nennkapazität der Akkus. Damit ist die Spannung geringer und Alterungsprozesse im Akku sind deutlich langsamer. Aus dem Grund sollte man eine langfristige Lagerung auch nicht mit 100% vollen Akkus machen, wenn man die Kapazität bestmöglich über Jahre erhalten will. Zusätzlich muss man sie bei der Lagerung ab und zu wieder "nachtanken", da die typischen Akkus sich relevant selbst entladen. Da bleibt aber die Frage, wer über Jahre hinweg Akkus lagert (ohne Nutzung) und dabei die Kapazität höchstmöglich halten will? Das ist ein bisschen realitätsfern.

Ich habe aber zufällig ganz aktuelle Zahlen meiner acht Panasonic 18650PD (2900mAh) in 8s1p-Schaltung (also alle 8 in Reihe geschaltet, Spannung wird addiert) die ich am 05.2013 gekauft habe: Damals hatten sie 2714mAh bzw. 78.3Wh. Vor genau einer Woche, am 12.12.2018, waren es noch 2616mAh bzw. 76.0Wh, das ist ein Verlust von nur 3% Kapazität nach über 5 Jahren. Die Akkus lagerten dabei quasi immer bei Raumtemperatur und halbwegs voll geladen. Die Zyklenzahl ist knapp unter 50.

Und ja, das ist alles spezifisch für bestimmte Akkutechnologien. Li-Ion reagiert anders als Blei oder NiMH.
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CD-ROM-LAUFWERK hat Folgendes geschrieben:
Bei Li-Ion, egal ob LiFePO4 oder irgendwas anderes, gibt es keinen (relevanten) Memory-Effekt. Den gibt es bei NiCd und daher kommt auch diese "Falschaussage"


Genauso ist es! Und wie erwähnt; ist es je nach Akku-Typ individuell unterschiedlich zu bewerten.

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CD-ROM-LAUFWERK hat Folgendes geschrieben:
Ich gehe daher mal von Li-Ion akkus aus. Die sind da der absolute Standard.
Dann ist die Frage... mit oder ohne Nutzung? Also kalendarische oder Zyklenfestigkeit?
Ersteres möglichst bei niedrigen Temperaturen, etwa im Kühlschrank, bei einem Ladezustand von grob 50...70%.
Letzteres durch möglichst flache Zyklen. Je flacher, desto besser. Man spricht dabei von der Depth of Discharge (DoD), 100% entsprechen einer Nutzung von 0...100% der Kapazität, 10% z.B. von 90...100%.

Das verstehe ich jetzt so, dass man den Ladezustand möglichst wenig ändern sollte, also am besten den Laptop-Akku ständig mit dem Ladekabel verbunden lassen und nur möglichst wenig entladen und dann gleich wieder aufladen. Aber wie mache ich das mit Handy- oder Kamera-Akkus?

CD-ROM-LAUFWERK hat Folgendes geschrieben:
Li-Ion mag weder tiefes entladen noch "hohes beladen". Es ist aber auch nicht großartig schlimm, wenn man sie im vollen spezifizierten Spannungsbereich nutzt, also von 0...100% Kapazität.

Das hört sich so an: man sollte weder tief entladen noch voll aufladen. Andererseits ist es aber nIcht schlimm wenn man von 100 auf 0% entlädt und dann wieder belädt ???
Kommt mir immer noch widersprüchlich vor. Confused

CD-ROM-LAUFWERK hat Folgendes geschrieben:
Bei Li-Ion, egal ob LiFePO4 oder irgendwas anderes, gibt es keinen (relevanten) Memory-Effekt. Den gibt es bei NiCd ...

Worauf beruht dieser Memory-Effekt eigentlich? Und warum gibts den nur bei Ni/Cd-Akkus?

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Zitat:
Worauf beruht dieser Memory-Effekt eigentlich? Und warum gibts den nur bei Ni/Cd-Akkus?
Die einfache Erklärung ist, dass er auf der Ausbildung von größeren Kristalliten beim unvollständigen entladen und laden beruht, ähnlich einer Umkristallisation, die dann die aktive Oberfläche weiter Teile des Elektrodenmaterials senkt und so einen deutlichen Abfall der Spannung unter Last bewirkt (weniger Oberfläche führt zu mehr Innenwiderstand und das führt zu internem Spannungsabfall und Leistungsverlust - mit dem niedrigen Leistungslevel wirkt die Batterie als sei sie fast leer, obwohl sie noch jede Menge Kapazität zu bieten hätte). Angeblich betrifft diese Rekristallisation besonders den Anteil, der bei der Entladung nicht in Lösung gegangen ist (der Rest ist ja "frisch" abgeschieden). Dagegen soll es helfen, die Batterie einfach tief zu entladen und voll neu zu laden, zur Not mehrfach, damit sie sich "merkt" dass sie gefälligst volle Leistung zeigen soll.
Real ist der Effekt aber viel hintersinniger als diese Erklärung vermuten lassen würde, er zeigt sich bei großen Batterien reproduzierbarer als bei kleinen Zellen und ist selbst in Versuchsschaltungen nicht gut reproduzierbar, also deutlich mysteriöser als man es gerne hätte.

Alle Zellen, wo gar nichts in Lösung geht, sondern sich nur Ionen hin und her bewegen, wie bei moderner Li-Ionentechnologie, oder wo die Elektrodenmaterialien a) nicht dazu neigen, sich schlimm zu rekristallisieren, d.h. sich immer schön fein abscheiden oder b) auch in deutlich gröberer Form noch genug Leistung bringen können, zeigen diesen Effekt nicht oder weniger deutlich, auch überall da, wo nie hohe Leistung benötigt wird, zeigt er sich weniger oder kaum. Insbesondere kann kein normaler Anwender eine Batterie hundertmal immer wieder zu exakt dem gleichen Maße entladen und wieder laden, außer er hat eine Automatik die das für ihn übernimmt, die würde aber eben genau das verhindern und nicht erzwingen, wer baut schon eine Automatik die präzise alles falsch macht Razz Der "echte" Memoryeffekt sollte also gar keine große Rolle spielen und ist eher so ein Firlefanz mit dem Leute sich wichtig machen wollen, fürchte ich.
Realistisch gesehen sind Akkumulatoren sowieso endlich, egal wie man sie behandelt und sie sind Nutzgegenstände, müssen also auch unter widrigen Umständen verwendet werden können, weil sie sonst nichts taugen -was will ich mit einem Akku, der mir diktiert wann er wie entladen und geladen werden will, der leistet nicht mehr was er soll, denn seine Aufgabe ist, Strom zu speichern wenn ich es will und abzugeben wenn ich es will, alles andere ist Unsinn und stellt den Nutzen der Maschine auf den Kopf.

Für Lithiumphosphat-Zellen wurde eine andere Form von Memory-Effekt durch die Medien getrieben, der aber viel weniger stark ist:

https://www.zeit.de/auto/2013-04/elektroauto-akku-memory-effekt
https://sci-hub.tw/https://www.nature.com/articles/nmat3623


Zitat:
Das hört sich so an: man sollte weder tief entladen noch voll aufladen. Andererseits ist es aber nicht schlimm wenn man von 100 auf 0% entlädt und dann wieder belädt ???
Kommt mir immer noch widersprüchlich vor.

Gemeint ist, man soll es nicht, aber eigentlich ist es nicht so wichtig und die Batterien vertragen es, auch wenn sie es nicht lieben (würde es sie sofort schädigen, wäre es ja auch nicht ihre Kapazitätsgrenze und man dürfte solche Werte gar nicht drauf drucken).
Außerdem haben die Ladegeräte sowieso meistens Automatiken, die groben Unsinn verhindern. In der Praxis gibt es wohl sehr wenig zu beachten, eigentlich nur die simplen Grundregeln - nicht brutal tief entladen obwohl das Gerät schon ständig Notabschaltung machen will, oder Warnsignale gibt, insbesondere nicht tief entladen und weglegen, nicht Überladen, insbesondere nicht mit Ladegeräten, die man selbst zusammengefummelt oder zweckentfremdet hat (alle anderen unterbinden das normalerweise) und nicht in die Sonne legen, insbesondere nicht unter Last, bzw. generell nicht all zu heiß laufen lassen. Alles andere müssen sie aushalten können und sie tun es auch, man denke mal an Handys, Laptops oder schlimmer noch Hybridfahrzeuge mit ihren völlig absurden Ladezyklen, die heutigen Zellen sind dazu gebaut, ziemlich viele verschiedene Anwendungen gut abzukönnen. Für genauere Ratschläge bräuchte man ein schier unmenschliches Wissen über die Feinheiten der jeweiligen Zelle, denn wie wir gesehen haben, reicht eine Einteilung nach der groben Technologiegattung (LiFePO4, Li-Ion, LiPo, NiCd, NiMeH usw.) nicht aus um zu sagen, was genau die Zelle am liebsten mag und was nicht.
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Okay danke für die antworten!

Dann die zweite Frage - die eigentlich eideutig zu bveantworten sein müsste wenn man die Gesetze der Hydrostatik kennt (ich bin da nicht firm genug):

Wenn ich mit einer Spritze einen möglichst hohen Sog erzeugen will - nehme ich dann besser eine großvolumige Spritze (10 oder 20 ml) oder eine kleinvolumige (2 ml)? Der Spritzenmkonus ist bei beiden gleich weit.
Die umgekehrte (quasi spiegelsymmetrische) Frage lautet: mit welcher Spritze erzuegt man einen höheren Druck, wenn sie, mit - sagen wir mal : Wasser, gefüllt ist und man den Stempel so kräftig wie möglich runterdrückt? Mit einen kleinen oder einer großen Spritze?

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Pok
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Ein "hoher Sog" ist ein geringer Druck - oder verstehe ich die Frage falsch? Der geringste Druck, den man erreichen kann, ist 0 bar. Wenn die Konusse beider Spritzen die gleichen Innenmaße haben, und beide Kolben vor dem Versuch bis zum Anschlag reingeschoben wurden, wird das im Konus-"Raum" noch enthaltene Gas beim Aufziehen der Spritze bei der kleinen weniger stark ausgedehnt als in der großen Spritze. Also kann man mit der größeren Spritze einen geringeren Druck erreichen.

Bei der zweiten Frage kommt es m.E. nur auf die Kraft an, die man anwendet. Wenn man z.B. auf beide Stempel der wassergefüllten Spritzen je ein 1-kg-Gewicht setzt, wird auch der gleiche Druck erzeugt, falls die Konus-Öffnungen die gleiche Querschnittsfläche haben. Das Medium in der Spritze überträgt ja nur die Krafteinwirkung vom Stempel auf diese Querschnittsfläche.

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Zitat:
Bei der zweiten Frage kommt es m.E. nur auf die Kraft an, die man anwendet. Wenn man z.B. auf beide Stempel der wassergefüllten Spritzen je ein 1-kg-Gewicht setzt, wird auch der gleiche Druck erzeugt, falls die Konus-Öffnungen die gleiche Querschnittsfläche haben. Das Medium in der Spritze überträgt ja nur die Krafteinwirkung vom Stempel auf diese Querschnittsfläche.

Macht das Sinn? Wenn ich mit einem kleinen Stempel (A= 0.001 cm²) im Medium einen Druck von 1000 Bar aufbaue, dann brauche ich dazu 1kg Gewichtskraft, weil die Kraft, die dann meinen Stempel zurück treiben will genau 1kg entspricht (1000bar * 0.001 cm²). Der gleiche Druck wirkt auf einen großen Stempel mit A = 1000cm² eine Kraft von 1000 Tonnen. Das ist der Sinn einer hydraulischen Übersetzung. Kleine Stempel kann man immer leicht reindrücken, weil der Druck im System ja kaum Fläche hat woran er wirken kann und damit kann man so absurden Druck aufbauen (je weniger kompressibel ein Medium ist, desto kürzer darf der Stempel dafür sein, bzw. desto weniger oft muss man ihn ansetzen). Dadurch kann man leicht große Objekte kaputt sprengen, indem man mit einem langen, dünnen Stempel ein nahezu inkompressibles Medium hinein drückt. Das ist genau so ein Spaß wie mit einem absurd langen Hebel Dinge kaputt zu brechen von denen man dachte, sie würden "alles" aushalten.

Es kommt also auf die Kraft pro Fläche an. Ein Druck von 1kg/cm² entspricht einer Wassersäule von 10m und somit genau einem Bar, dabei ist es egal wie dick die Säule ist. Eine Dicke Säule wirkt natürlich mehr Kraft aus, aber verteilt das auch auf mehr Fläche.

Zitat:
Der geringste Druck, den man erreichen kann, ist 0 bar.
Das ist der geringste Gasdruck. Man kann in flüssigen Medien kurzzeitig einen niedrigeren Druck haben. Bei festen Medien ist es trivial, dass man das kann (Zugspannung vs Druckspannung) und in flüssigen Medien geht das, weil das Sieden kinetisch gehemmt sein und dann hat man ein "gezerrtes Fluid", das negativen Druck auswirkt. Das ist typisch bei Schallwellen in Flüssigkeiten, wo höhere Pegel als 192 dB erreicht werden können (In Luft geht das nicht, weil wir dann im Wellental auf 0 Bar absinken würden). Wenn so ein Unterdruck in flüssigen Medien sich schlagartig abbaut, bilden sich große Blasen die mit Dampf des Mediums gefüllt sind. Entfernt man den Druck, bzw.Zug, kollabieren sie und werden durch die adiabate Kompression absurd heiß, das nennt man dann Kavitation.

Beispielsweise beschrieben hier: http://sci-hub.tw/http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/24/28/284110/meta
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Zur "Druckfrage":
Ich setze zunächst mal reibungsfreie Geräte voraus. Druck berechnet sich aus Kraft pro Fläche. Drücke ich mit 10N auf den breiten Kolben einer 50ml-Spritze, so verteilt sich die Kraft auf ca. 5cm^2 ; also 2N/cm^2 oder 0,2bar. Nehmen wir jetzt die "Insulinspritze" mit ca. 0,2cm^2 Kolbenfläche, so kommen wir auf 5bar.

Man kann auch "hydraulische Druckverstärker" bauen, indem man zuerst eine dicke Spritze mit Hilfe einer Dünnen füllt, aber mit dem Kolben der Dicken den einer zweiten Dünnen hinein drückt. Wir drücken zuerst mit 10N auf 0,2cm^2 und erzeugen 5 bar. Die wirken auf die 5cm^2 des dicken Kolbens und erzeugen dort eine Kraft von (50*5)N. Da der Kolben der zweiten Spritze jetzt mit 250N gedrückt wird und ebenfalls 0,2cm^2 Fläche hat, erzeugt er einen Druck von 125bar (falls das Ganze dicht bleibt). Jedoch wird der Weg im selben Maße reduziert, wie das Hubvolumen je cm^2 steigt...


Die "Sogfrage":
Je größer das "Schöpfvolumen" im Verhältnis zum Totvolumen ist, desto besseres Endvakuum erreicht man mit einer Kolbenpumpe. Also sollte man theoretisch mit der größeren Spritze besser "saugen" können. Praktisch kann es sein, daß die mittleren Durchmesser besser sind, weil der dickere Kolben eine höhere Rückstellkraft (Luftdruck von Außen) erfährt, die kompensiert werden muß.

Tante EDIT kommentiert: Die Sogantwort wurde für GASE geschrieben.
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Xyrofl hat Folgendes geschrieben:
Kleine Stempel kann man immer leicht reindrücken, weil der Druck im System ja kaum Fläche hat woran er wirken kann und damit kann man so absurden Druck aufbauen

Also: wenn ich mit der selben Kraft auf den Stempel einer kleinen Spritze drücke baue ich einen höheren Druck auf, als bei einer großen. Richtig?
EDIT: Nein! Umgekehrt! Hat Glaskocher gerade vorgerechnet!

Trifft dasselbe nicht auch auf den negativen Druck (vulgo: Sog) zu? Lassen wir die evtl. Ausdehnung eines Rest-Gasvolumens ausser Betracht und nehmen wir an, die Spritze sei mit einer Flüssigkeit gefüllt. Also: wenn ich mit der selben Kraft am Stempel einer großen Spritze ziehe, erzeuge ich einen höheren Sog als bei einer kleinen!?

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Zitat:
Also: wenn ich mit der selben Kraft auf den Stempel einer kleinen Spritze drücke baue ich einen höheren Druck auf, als bei einer großen. Richtig?
EDIT: Nein! Umgekehrt! Hat Glaskocher gerade vorgerechnet!

Das erste war richtig. Gleiche Kraft auf kleinere Fläche bewirkt höheren Druck und so hat Glaskocher es auch vorgerechnet, seine Insulinspritze baut 5 Bar auf, die große Spritze bei gleicher Kraft nur 0.2 Bar. Danach hat er noch berechnet, dass bei gleichem Druck die große Spritze mehr Kraft auswirkt aber halt auf ihren Stempel, nicht auf den Konus, d.h. bei gleichem Druck braucht man mehr Kraft, wenn man den Stempel festhalten oder gar weiter rein drücken will.

Zitat:
Trifft dasselbe nicht auch auf den negativen Druck (vulgo: Sog) zu? Lassen wir die evtl. Ausdehnung eines Rest-Gasvolumens ausser Betracht und nehmen wir an, die Spritze sei mit einer Flüssigkeit gefüllt. Also: wenn ich mit der selben Kraft am Stempel einer großen Spritze ziehe, erzeuge ich einen höheren Sog als bei einer kleinen!?
1. Du musst es einmal umdrehen, weil du Glaskocher falschrum gelesen hast und 2. der Fall des "negativen Drucks" ist vermutlich eine Art Sonderfall (geht nur mit gut präpariertem, komplett blasenfreiem Wasser ohne Gasphase in der ganzen Apparatur) und deswegen ist das was pok gesagt hat eigentlich der wichtigere, richtigere Ansatz, man kommt immer auf etwa 0 Bar, bzw. den Dampfdruck des Fluids das man ansaugt. Ansonsten wäre das aber richtig, der Sog wäre in dem Fall, dass das Fluid metastabil flüssig bleibt mathematisch exakt zu behandeln wie ein Druck, nur mit negativem Vorzeigen (in der Festkörpermechanik nennt man ihn auch Zug).
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Xyrofl hat Folgendes geschrieben:
Das erste war richtig. Gleiche Kraft auf kleinere Fläche bewirkt höheren Druck und so hat Glaskocher es auch vorgerechnet,

Embarassed Öhm... ja!

Das wäre also auch geklärt. Keine weiteren Fragen, euer Ehren!
Vorerst jedenfalls.... Cool

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Kurze Erklärung zu meiner obigen Antwort...
Tante EDIT kommentiert: Die Sogantwort wurde für GASE geschrieben.


Bei blasenfreiem, entgastem, unverdampfbarem System verweise ich auf die Antwort von @Xyrofl.
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Chirale Substanzen
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Hallo Freunde der Schaupräparate!

Ich suche einen Tipp, von welcher (einfach chiralen) Substanz man beide Enantiomere recht einfach bekommt.

Am liebsten wäre mir eine Substanz, deren Enantiomere deutlich erkennbare Spiegelsymmetrie auch im Kristallhabitus zeigen würden.


Hintergrund der Frage ist, daß ich ein Paar Ampullen mit den Proben als Anschauungsmaterial für das Thema "Isomere" in einer Vorlesung zeigen möchte. Die unterscheidbaren Kristallfoprmen wären dann super, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede zeigen zu können.

Irgendwo in blasser Erinnerung habe ich, daß bei der Entdeckung der Stereoisomerie die erste Isomerentrennung mit der Pinzette unter der Lupe durchgeführt wurde. Nur fällt mir die Substanz nicht mehr ein.
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