Жидкое стекло для труб отопления: Жидкое стекло в системе отопления от протечек. Использование герметика для обеспечения работы системы отопления дома

Тепловые трубки — это устройства, предотвращающие перегрев критически важного оборудования. Они передают тепло из одной точки в другую посредством процесса испарения-конденсации и используются во всем: от мобильных телефонов и ноутбуков до кондиционеров и космических кораблей.

Обычно тепловые трубы содержат пористые металлические фитили, которые возвращают жидкость к нагретому концу трубы, где она испаряется.Но инженеры работают над созданием тепловых трубок без фитиля, которые будут легче и надежнее. Исследователи из Политехнического института Ренсселера инициировали проект «Ограниченный паровой пузырь» (CVB) для изучения этих тепловых трубок без фитиля для использования в условиях, близких к невесомости, для аэрокосмических приложений.

«Фитильные конструкции сложно поддерживать в чистоте или неповрежденными в течение длительного периода времени. Проблема особенно остро стоит для приложений, таких как миссия НАСА« Путешествие на Марс », в которых особое внимание уделяется надежности и минимальному обслуживанию», — сказал профессор Джоэл Плавски. который возглавляет отдел химической и биологической инженерии Isermann в Rensselaer.

Работая с командой инженеров НАСА, исследователи проводят эксперименты CVB на Международной космической станции. Плавски и постдокторант Тао Нгуен недавно написали статью о проекте CVB в журнале « Physics Today », опубликованном Американским институтом физики.

«Проект CVB предназначен для регистрации, впервые, полного распределения пара и жидкости в тепловой трубе, работающей в условиях микрогравитации. Результаты могут привести к разработке более эффективных систем охлаждения в микроэлектронике на Земле и в космосе, «Сказал Плавски.

Знакомая технология в незнакомой среде

Тепловая труба частично заполнена рабочей жидкостью, например водой, а затем герметизирована. В источнике тепла или испарителе жидкость поглощает тепло и испаряется. Пар проходит по тепловой трубе к конденсатору, повторно сжижается и высвобождает скрытое тепло, в конечном итоге возвращаясь в испаритель без каких-либо движущихся частей.

В эксперименте CVB команда Плавски создала миниатюрную тепловую трубку, используя пентан (органическую жидкость) в стеклянной кювете с квадратными углами.К концу испарителя был прикреплен электрический резистивный нагреватель. С другой стороны, набор термоэлектрических охладителей поддерживал постоянную температуру конденсатора. Прозрачная трубка позволила исследователям детально изучить динамику жидкости, а острые углы кюветы заменили работу фитиля.

На работу тепловой трубки влияют две основные силы: капиллярные силы и силы Марангони.Капиллярная сила — это то, что заставляет жидкость возвращаться к испарителю. Это та же сила, которая заставляет жидкость подниматься по соломинке. Сила Марангони возникает из-за изменения поверхностного натяжения жидкости с температурой. Эта сила противодействует капиллярной силе и перемещает жидкость из испарителя в конденсатор.

Закон о балансе

Когда количество испаряющейся жидкости превышает то, что может быть закачано обратно за счет капиллярной силы, испарительный конец тепловой трубы начинает высыхать.Этот «капиллярный предел» является наиболее распространенным ограничением производительности тепловой трубки.

Исследователи ожидали, что то же самое произойдет в эксперименте CVB. Но вместо этого испаритель залил жидкостью. Это потому, что Марангони и капиллярные силы больше не боролись с гравитацией. В результате сила Марангони пересилила капиллярную силу, вызывая конденсацию на конце испарителя. Однако общий эффект был таким же, как если бы тепловая трубка высохла.

«По мере роста затопляемой области труба хуже испаряла жидкость, как и в случае высыхания нагревателя», — сказал Плавски.

Исследователи решили эту проблему на следующем этапе проекта CVB, добавив к пентану небольшое количество изогексана. Изогексан кипит при более высокой температуре и имеет более высокое поверхностное натяжение. Это изменение поверхностного натяжения нейтрализует вызванную температурой силу Марангони, восстанавливая производительность тепловой трубки.

«Инженерная школа Ренсселера и НАСА имеют давнее и продуктивное сотрудничество по ряду важных исследовательских проектов, — сказал декан инженерного факультета Шекхар Гарде.«Исследование тепловых трубок доктора Плавски — отличный пример нашей работы с НАСА, помогающей воплотить фундаментальные знания о жидкостях в реальных приложениях здесь, на Земле и в космосе».

Ссылка : Тепловые трубки без фитиля: новая динамика в условиях, близких к невесомости (2018, 27 апреля) получено 26 февраля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2018-04-wickless-pipe-Dynamics-Exposed-near-weightless.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Охлаждение с помощью тепловых трубок на космической станции

Охлаждение с помощью тепловых трубок на космической станции

06.14,11

В спутниках, используемых для связи, систем глобального позиционирования и защиты, тепловая трубка — это устройство, используемое для регулирования температуры и обеспечения надежной работы систем в целом. Тепловая трубка — это простое устройство, которое может эффективно передавать тепло от горячей точки в более прохладное удаленное место без использования механического насоса.

Чтобы глубже понять принцип работы тепловой трубы в космосе, ученые начали исследование, названное «Пузырь с ограниченным паром» или CVB, на Международной космической станции. Пузырь с ограниченным паром является прототипом тепловой трубы без фитиля и первым полномасштабным исследованием жидкостей в стойке Fluids Integrated Rack или FIR-установке, установленной на американском модуле космической станции. Эксперимент завершился 1 марта 2011 года, когда экипаж снял четвертый модуль для возврата на STS-135.

Тепловая трубка обычно представляет собой герметичную трубку, в которой удаляется весь воздух и вводится небольшое количество жидкости под частичным вакуумом. Часть жидкости, контактирующая с горячей поверхностью, испаряется в пар, поскольку она поглощает тепло от горячей поверхности. Пар конденсируется обратно в жидкость, когда пар входит в контакт с холодной поверхностью, тем самым выделяя накопленное или скрытое тепло на холодную поверхность. Затем жидкость возвращается к горячей поверхности из-за взаимодействия отдельных молекул жидкости и их притяжения к поверхности контейнера — процесс, называемый капиллярным действием.Весь цикл жидкости и пара не требует движущихся частей, и процесс теплопередачи может повторяться бесконечно.

Почти все тепловые трубки содержат фитили или канавки, которые усиливают капиллярное действие и способствуют перекачке рабочей жидкости из бассейна с холодной жидкостью обратно на горячую поверхность, где жидкость может снова испариться. «Фитили или канавки сложно изготавливать внутри трубы и увеличивать вес тепловой трубы. Тепловые трубы, построенные без фитилей, открывают возможность значительной экономии веса для космических полетов», — говорит Рональд Сикер, руководитель проекта NASA Glenn Research. Центр в Кливленде.

Эксперимент с ограниченным паровым пузырем представляет собой новейшее исследование тепловых трубок. В нем используется кюветная трубка, которая представляет собой стеклянную трубку прямоугольной формы из кварца, заполненную жидкостью, называемой пентаном. Такая конструкция позволяет с большой точностью измерять температуру вдоль пузырька ограниченного пара. Прозрачность также позволяет наблюдать за потоком жидкости, что позволяет ученым измерять размер и форму менисков — форму жидкости, когда она поднимается по внутренним стенкам кюветы.

Тепловые трубки с ограниченным паровым пузырем эксплуатировались на Земле, а затем запускались в космос и работали в условиях микрогравитации космической станции. «Тепловые трубы работают при значительно более высоких температуре и давлении в условиях микрогравитации, чем на Земле», — объясняет главный исследователь ограниченного парового пузыря Джоэл Плавски, Политехнический институт Ренсселера в Трои, Нью-Йорк. «Причина такого поведения заключается в том, что в условиях микрогравитации отсутствует естественная конвекция под действием силы тяжести, которая помогает охлаждать поверхность тепловой трубы. Единственный способ, которым тепловые трубы могут терять тепло в космосе, — это излучать это тепло непосредственно в окружающую среду «.

Это исследование поможет улучшить понимание основных принципов управления этими событиями и поможет повысить эффективность охлаждающего оборудования. «Тепловые трубки обладают потенциалом для сверхнадежной теплопередачи, поскольку они не содержат движущихся частей, таких как насосы или компрессоры, которые в конечном итоге могут изнашиваться и выйти из строя. Однако одно дело использовать тепловые трубки в машине и совсем другое дело. использовать их в пилотируемых космических аппаратах.Если тепловые трубы будут использоваться для поддержки долгосрочных пилотируемых исследовательских миссий, их объем и масштабы должны быть значительно расширены, а риски их использования в условиях микрогравитации должны быть лучше поняты. Таким образом, изучение характеристик тепловых трубок в условиях микрогравитации имеет решающее значение, если мы хотим в конечном итоге использовать тепловые трубки в качестве основной технологии теплопередачи в долгосрочных пилотируемых миссиях », — добавил Плавски.

Стойка Fluids Integrated Rack также содержит модуль световой микроскопии или LMM, который представляет собой полностью автоматизированный оптический микроскоп, которым можно управлять с Земли.Микроскоп позволяет визуально регистрировать изменения, происходящие внутри пузырька ограниченного пара, а также регистрировать уровни жидкости и изменения в пузырьке паров пентана.

«Гидромеханика и теплопередача обеспечивают фундаментальную базу знаний, необходимую для проектирования и разработки улучшенных технологий тепловых труб», — сказал Плавски. «Данные, которые мы собираем и анализируем, также помогут решить фундаментальные проблемы в области кипения, испарения, конденсации, адсорбции и самосборки при испарении.Результаты эксперимента принесут пользу целому ряду технологий на Земле, от обычных систем кондиционирования / охлаждения и устройств для охлаждения микроэлектроники до изготовления самосборных систем, таких как фотонные кристаллы ».

Журнальную статью об этом исследовании см . :

Чаттерджи, А. и др., «Тепловая трубка с ребристыми ребрами паров в условиях микрогравитации», Исследования в области промышленной и инженерной химии. [онлайн-журнал], URL: http: // pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ie102072m [цитируется 22 февраля 2011 г.]

№ 273: Алмазы и тепло

Сегодня мы переходим от льда к алмазам и к идеям. В Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет эту серию о машинах, которые делают наша цивилизация бежит, и люди, чьи изобретательность создала их.

Бриллианты называют льдом, но нам также сказали, что вы можете отличить бриллианты от стекло, потому что бриллианты теплые. Собственно, бриллианты совсем не похожи на лед. Лед — хороший термальный изолятор. Но алмаз — лучший натуральный проводник тепла мы знаем — три-четыре раза лучше, чем медь или серебро.Бриллианты теплые потому что они достигают температуры тела так быстро. Бриллианты нагреваются, а стекло остается. чувство холода.

В наши дни очень ценится хорошая теплопередача. Так в современных системах необходимо перемещать много энергии. Ядерные реакторы вырабатывают столько энергии, сколько мы можем унести.Они были бы намного эффективнее, если бы мы лучше переносили энергию. То же самое и с солнечные приемники. Поле зеркал фокусирует энергия солнца на центральной башне. Мы могли бы легко сосредоточить достаточно энергии, чтобы растопить башню. Были ограничен только нашей способностью нести все это тепло прочь. Суперкомпьютеры ограничены необходимостью убирать все больше и больше энергии из меньшего и меньшие пространства; и так далее.

Современное оборудование изрядно кряхтит от проблем вроде это, и алмазы — даже коммерческие алмазы — слишком дорого использовать в коммерческих масштабах. Но за последние несколько десятилетий новая технология войдут в обиход. Это тепловая трубка — рукотворная проводник, который в сто раз лучше переносит тепло чем даже алмаз.

Тепловая трубка — это трубка, внутренние стенки которой облицованы медной ватой или другим подобным марле материалом. В нем немного жидкости — может быть, воды, ртуть или спирт. Жидкость испаряется на теплый конец. Пар стекает посередине и конденсируется на холодном конце. Конденсированная жидкость вернулся к горячему концу своего рода промокашкой в марле.

Удивительно, как все настолько простое работает так хорошо. В данном случае изобретатель — мой друг — человек, чьи мысли я имел честь наблюдать в полет много раз. В этом случае я видел изобретательский процесс, который создал эту новую технологию.

Его зовут Ллойд Трефетен.Он преподает инженерное дело в университете Тафтса. Разговор с Ллойдом всегда что-то вроде американских горок. Он возьмет ничего как должного. Он отклоняет больше всего простое понятие, поэтому оно превращается во что-то еще. Нам подарили тепловую трубу, где природа остановился, потому что один человек просто отказывается видеть мир одинаково каждый раз, когда он смотрит на него.

Чистое изобретение — лед, превращенный в алмаз — алмаз в тепловую трубку — одна вещь, преобразованная прыжок в темноте во что-то совершенно иное. И так увлекательно наблюдать за происходящим в другом человека, а еще лучше — в себе.

Я Джон Линхард, из Хьюстонского университета, где нас интересуют изобретательные умы работай.

Suck It Up — с охлаждающим воздухом!

Ключевые концепции
Физика
Газы
Температура
Расширение и сжатие

Введение
Возможно, вы знаете, что многие объекты расширяются (или становятся больше), когда они нагреваются, и сжимаются, когда остывают. Например, это касается металлов, дерева и бетона.Но знаете ли вы, что газы делают то же самое? Просто трудно увидеть, когда это произойдет. Это упражнение позволит вам «увидеть» воздушный контракт с использованием воды!

Фон
Материя, такая как твердое тело, жидкость или газ, определяется как «вещество, имеющее массу и занимающее пространство за счет объема». Если вещество нагревается, оно имеет тенденцию изменять свою форму, площадь и объем. Это свойство называется тепловым расширением. Причина, по которой это изменение происходит, связана с тем, что вся материя состоит из атомов и молекул, которые ведут себя по-разному в зависимости от того, горячие они или холодные.При нагревании молекулы начинают очень быстро вибрировать и двигаться. Это приводит к их большему разделению, что приводит к расширению материала. Однако при охлаждении молекулы имеют тенденцию двигаться намного меньше, поэтому они занимают гораздо меньше места.

Жидкостные термометры отлично подходят для измерения теплового расширения. Жидкость, заключенная в маленькой стеклянной трубке, изменяет свой объем из-за повышения или понижения температуры. Если он нагревается, жидкость расширяется и поднимается в стеклянной трубке, указывая на более высокую температуру.Если становится холоднее, жидкость сжимается, и ее уровень в трубке падает, указывая на более низкую температуру. Затем точную величину изменения объема можно соотнести с изменением температуры. Это позволяет нам считывать температуру с уровня жидкости внутри термометра.

В этом упражнении вы также заставите жидкость подниматься внутри стакана — не из-за теплового расширения жидкости, а из-за теплового сжатия газа над жидкостью. Смущенный? Затем выполните это задание и узнайте, как оно работает!

Материалы

• Две одинаковые плоские пластины
• Кубики льда
• Два одинаковых прозрачных стакана для питья
• Большая чаша (она должна быть достаточно глубокой, чтобы в нее можно было погрузить один из стаканов. )
• Водопроводная вода (горячая и холодная)
• Пищевой краситель (по желанию)
  

Препарат

• Осторожно наполните чашу горячей водой из-под крана (самая горячая из имеющихся у вас).
• Погрузите один из стаканов в воду так, чтобы он был полностью покрыт и наполнен водой.
• Оставьте другой стакан при комнатной температуре.
• Поместите кубики льда на одну из плоских тарелок и залейте холодной водой так, чтобы вся тарелка была покрыта ледяной водой.
• Налейте немного воды комнатной температуры на вторую тарелку, чтобы она также была залита водой.
• При желании вы можете добавить одну или две капли пищевого красителя в воду на обеих тарелках, чтобы сделать явление более заметным.
  

Процедура

• Пощупайте пальцем температуру воды на обеих пластинах. Температура сильно отличается?
• Осторожно достаньте стакан из чаши с горячей водой. Как на ощупь стекло? Очень жарко?
• Сдвиньте кубики льда в стороны на тарелке и поместите стакан вверх дном на плоскую тарелку с ледяной водой. Что происходит со стеклом, когда вы кладете его на тарелку? Что происходит с жидкостью на тарелке?
• Наблюдайте за стеклом в течение 5–10 минут. Что-нибудь изменится с жидкостью или стаканом за этот период времени? Если да, что происходит? Вы можете объяснить свои наблюдения?
• Через 10 минут снимите стекло с пластины. Как стекло на этот раз? Изменилась ли его температура во время теста?
• Затем возьмите второй стакан, который не был погружен в чашу, и поместите его вверх дном на вторую тарелку с водой комнатной температуры. Как вы думаете, что будет с водой на тарелке и стакане на этот раз?
• Снова наблюдайте за стеклом в течение 5-10 минут. Вы видите какие-нибудь изменения? Результаты такие же, как раньше? Если вы ответите «да» или «нет», вы можете объяснить, почему?
• Extra : Можете ли вы точно определить, сколько воды может впитать ваш стакан? Добавьте разное количество воды в тарелку и проверьте ее! Если вы хотите добавить больше воды, возможно, вам понадобится тарелка побольше.
• Extra : Какая разница температур между стеклом и водой на тарелке требуется для всасывания воды? Наполните миску теплой водой (вместо горячей) и повторите тест. Вы также можете изменять температуру воды на тарелке. Это должна быть ледяная вода? Насколько велика должна быть разница температур?
• Extra : Меняет ли ваш результат замена стеклянной тары на что-то большее или меньшее? Имеет ли значение форма стекла? Дизайн-тесты, чтобы узнать!

Наблюдения и результаты
Когда вы ставите теплый стакан на тарелку с холодной водой, вы должны были увидеть, как вода поднимается внутри стакана.Стекло изначально нагревается при погружении в горячую воду. Когда вы вынимаете его из миски, вода в стакане заменяется воздухом, который затем тоже нагревается. Когда вы кладете стакан вверх дном на слой ледяной воды на тарелке, ледяная вода охлаждает стакан и теплый воздух внутри. Это заставляет воздух внутри стекла сжиматься (его молекулы не так сильно отскакивают).

Сжимающийся воздух внутри стекла оказывает на воду в стекле более низкое давление («толкающие» молекулы воздуха на поверхности, с которыми они контактируют), чем воздух комнатной температуры за пределами стекла.Это заставляет воду выталкиваться в стакан, сжимая воздух внутри. В конце концов разница давления уравновешивается, и подъем воды прекращается. Другими словами, сжимающийся объем воздуха внутри стакана заменяется водой. Этого не произойдет, если стакан и вода на тарелке имеют одинаковую температуру. Воздух внутри стакана не имеет причин остывать, поэтому он остается в том же объеме и давлении, и нечему выталкивать воду в стакан.

Больше для изучения
Становится жарче = становится больше, из Physics 4Kids.com
Морфинг воздушного шара: как газы сжимаются и расширяются, от приятелей науки
Парная наука: демонстрация конденсации, из Scientific American
Растяни! Как температура влияет на резиновую ленту ?, от Scientific American
Научная деятельность для всех возрастов !, от Science Buddies

Эта деятельность предоставлена ​​вам в сотрудничестве с Science Buddies

6.

: Введение

Температура — это степень холода или жара тела по некоторой выбранной шкале.Его измеряют термометром. Единица измерения температуры в системе СИ — Кельвин (K). Другие единицы включают градусы Цельсия ( ⁰ C), Фаренгейта, F. Температура — это основная физическая величина, а также скалярная величина.

6.2: Температурная шкала

Шкала термометра получается путем выбора двух температур, называемых фиксированными точками; нижняя фиксированная точка и верхняя фиксированная точка. Нижняя фиксированная точка — это температура чистого тающего льда. Принято 0 ⁰ С.Верхняя фиксированная точка — это температура пара выше чистой кипящей воды при нормальном атмосферном давлении. Она принята равной 100 ⁰ ° C. Используется температура пара, поскольку примеси не влияют на его температуру, но повышают температуру кипения воды. Затем диапазон между этими двумя точками делится на равные части.

По шкале Кельвина (абсолютная) 0 ⁰ C соответствует 273 K, а 100 ⁰ C соответствует 373 K. Следовательно, чтобы преобразовать ⁰ C в K, добавьте 273 к температуре в ⁰ C.

Деятельность 6,1

1. Преобразуйте следующие значения в Кельвины:

1. 35 ⁰ C б) -111 ⁰ C в) -273 ⁰ C

1. Преобразуйте следующее в ⁰ C:

1. 123 К б) 323 К

6.3: Типы термометров

Термометр разработан в соответствии с назначением, для которого он требуется. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых термометров:

6.3.1: Жидкостный стеклянный термометр

Шток

Жидкая резьба

Лампа

В этом термометре жидкость расширяется по капиллярной трубке при нагревании колбы. Жидкость, используемая в этом термометре, должна обладать следующими качествами, чтобы термометр был эффективным:

• Быть на виду
• Равномерно расширять и сжимать
• Имеют широкий диапазон температур i. e высокая точка кипения и низкая точка замерзания
• Будьте чувствительны к небольшим перепадам температуры
• Стекло нельзя намочить

Наиболее часто используемой жидкостью является ртуть, хотя можно использовать и цветной спирт. Вода не соответствует всем вышеперечисленным желательным свойствам. В таблице ниже сравниваются ртуть и спирт как термометрическая жидкость:

Эти термометры обычно используются в обычных лабораториях.

6.3.2: Клинический термометр

Это специальный термометр, используемый для измерения температуры человеческого тела. Он имеет короткую шкалу между 35–43 ⁰ ° C. Это связано с тем, что оптимальная температура тела составляет 37 ⁰ ° C. Он имеет сужение, предотвращающее обратный ток ртути в колбу. Это нужно для того, чтобы дать время для чтения. После использования термометр встряхивают, чтобы ртуть вернулась обратно в колбу.

Метилированный спирт можно использовать для стерилизации термометра после использования.

6.3.3: Термометр максимума и минимума шестерки

Насыщенный пар

Масло

Максимальный индекс

Минимальный индекс лампы

Меркурий

Он используется для записи минимальной и максимальной температуры в данном месте.Когда температура окружающей среды повышается, масло в колбе А расширяется, выталкивая ртуть, которая, в свою очередь, выталкивает масло в другом плече. Это сжимает пар над маслом, и максимальный индекс поднимается до максимального положения. Это максимальная температура.

Когда температура падает, масло снова сжимается в колбе. Ртуть течет обратно, толкая минимальный индекс до минимального положения. Это дает минимальную температуру.

После снятия показаний индексы опускаются до уровня ртути с помощью магнита.

6.3.4: Биметаллический термометр

Он состоит из свернутой в спираль биметаллической ленты, один конец которой закреплен, а другой конец соединен со стрелкой. Обычно используемые металлы — латунь и инвар. При повышении температуры латунь расширяется больше, чем инвар. Таким образом, полоска скручивается, заставляя указатель перемещаться по калиброванной шкале.

6.4: Расширение в твердых телах

Твердое тело может расширяться тремя способами:

• Линейное расширение; увеличение длины
• Поверхностное расширение; увеличение площади поверхности
• Кубическое расширение; увеличение объема

Твердые тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Во время расширения объем увеличивается, плотность уменьшается, но масса остается прежней. Расширение в твердых телах можно продемонстрировать с помощью эксперимента с шаром и кольцом.

Когда и мяч, и кольцо имеют комнатную температуру, мяч легко проходит через кольцо, но когда мяч нагревается, он не проходит через кольцо. Оставленный на некоторое время в контакте, мяч, наконец, снова проходит через кольцо.

При нагревании мяч расширился и поэтому не мог пройти через кольцо. Через некоторое время он прошел, потому что мяч потерял часть своего тепла на кольцо, которое затем расширилось, а мяч слегка сузился.

Различные твердые тела, такие как металлы, будут расширяться с разной скоростью при воздействии одинакового количества тепла в течение одного и того же времени. Это можно исследовать с помощью эксперимента со стержнем и манометром.

Один конец металлической планки зафиксирован, а другой конец находится в контакте с указателем. Любое небольшое расширение шкалы отображается длинным указателем и может быть считано по шкале. Затем эксперимент повторяется с использованием стержней из других материалов. Затем показания указателя используются для сравнения скорости их расширения.

В приведенном выше эксперименте следующие параметры должны оставаться постоянными:

• Длина стержней
• Диаметр / толщина стержней
• Источник тепла
• Продолжительность нагрева

Мера тенденции материала к расширению называется его расширяемостью. Способность материала расширяться при нагревании называется его линейным расширением.

Линейное расширение, α = расширение (изменение длины) / {исходная длина * изменение температуры}

В системе СИ используется единица измерения линейного расширения на Кельвин (K ^-1 ).

Линейное расширение вещества также может быть определено как часть его первоначальной длины, на которую стержень того же вещества расширяется при повышении температуры по Кельвину.

Пример 6.1

1. Рассмотрим латунный стержень длиной 50,2 см при 16,6 ⁰ , если стержень нагревается до температуры 99,5 ⁰ ° C, где его новая длина составляет 50,279 см, определите линейное расширение латуни.

Линейное расширение, α = e / l ₀ * ΔT = (50.279-50,20) см / 50,2 см * (99,5-16,6) K

= 0,079 / 50,2-82,9

= 1,9 * 10 ^-5 К ^-1

В таблице ниже показаны некоторые вещества с их линейным расширением:

Знания о линейном расширении используются при разработке различных материалов, чтобы гарантировать, что они могут хорошо работать в различных тепловых условиях. Например, обычное стекло имеет более высокое линейное расширение, чем стекло из пирекса.Когда в обычный стакан наливают горячую воду, он разбивается, но когда используется стекло из пирекса, оно не трескается. Стекло пирекс имеет более низкое линейное расширение и не может испытывать очень большие силы расширения, в то время как обычное стекло испытывает температурные изменения.

В строительстве бетон всегда армируют сталью, потому что оба имеют одинаковое линейное расширение.

6.5: Биметаллическая лента

Он образуется, когда два металла с разным линейным расширением склеиваются вместе e. грамм. латунь и железо или латунь и инвар. При повышении температуры полосы латунь расширяется больше, чем железо. Отсюда изгибы полосы с загибом латуни наружу и утюгом внутрь. Когда температура падает, латунь снова сжимается сильнее, чем железо, и полоса изгибается, теперь латунь находится на внутренней стороне, а латунь — на внешней стороне.

6.6: Применение расширения и сжатия в твердых телах

6.6.1: Железнодорожные пути

Железнодорожные пути закреплены с зазорами для обеспечения расширения при повышении температуры.Отверстия для болтов также имеют овальную форму по той же причине. Еще один способ создания пространства для расширения на железнодорожных путях — это строгание концов рельсов так, чтобы они могли перекрываться во время расширения.

6.6.2: Телефонные / электрические провода

Телефонные и электрические провода закреплены неплотно во время установки, чтобы обеспечить их сжатие в холодную погоду.

6.6.3: Паровые трубы

Трубы, по которым подается пар от котлов, оснащены расширительными контурами для обеспечения возможности расширения и сжатия.Без петли труба может сломаться из-за результирующей силы в результате расширения и сжатия. Это необходимо, чтобы нефтяные компании учитывали это при строительстве топливопроводов.

6.6.4: Стальные мосты

В конструкции стальных мостов один конец закреплен, а другой конец закреплен на роликах. Это необходимо для расширения и сжатия.

6.6.5: Заклепки

Заклепки устанавливаются в горячем состоянии, а затем забиваются до плоского состояния.При охлаждении заклепка сжимается, плотно стягивая две пластины вместе.

6.6.6: Термостат

Это устройство, которое можно использовать для контроля температуры в помещении. В нем используется биметаллическая полоса. Он подключен к цепи нагревателя. Когда температура в помещении превышает установленное значение, биметаллическая полоса расширяется и отгибается, нарушая контакт. Следовательно, цепь нагревателя отключена.

Полоса охлаждается и сжимается, и контакт переделывается, включая цепь нагревателя.Ручка настройки используется для регулировки температуры, при которой термостат включается и выключается.

Другие применения термостата включают контроль температуры электрического утюга, плит и холодильника, пожарную сигнализацию и индикаторы автомобиля.

6.7: Расширение и сжатие в жидкостях

Скорость расширения в жидкостях больше, чем в твердых телах, потому что частицы немного удалены друг от друга. Когда температура увеличивается, молекулы жидкости получают больше энергии, увеличивая скорость их движения.Слабые связи между этими молекулами еще больше ослабляются. Таким образом, молекулы расширяются и занимают больше места. Расширение в жидкостях можно продемонстрировать на установке ниже:

Жидкость

При нагревании уровень жидкости в стеклянной трубке сначала падает, а затем начинает расти. Это первоначальное падение уровня происходит потому, что стекло сначала нагревается и расширяется. Позже жидкость получила тепловую энергию и расширилась, что привело к повышению уровня.

Как и твердые тела, жидкости расширяются с разной скоростью. Чтобы исследовать это, несколько одинаковых колб наполняются разными жидкостями, чтобы их начальные уровни были одинаковыми в стеклянных пробирках. Для корректного сравнения трубки должны быть одинаковыми, т.е. одного диаметра. Затем колбы одновременно погружают в ванну с горячей водой. Водную баню следует постоянно перемешивать, чтобы обеспечить равномерную температуру.

Можно заметить, что через некоторое время уровень жидкости в трубках изменится.Если бы использовались вода, спирт и метилированный спирт, было бы замечено, что метилированный спирт расширился больше всего, а затем спирт и вода меньше всего.

6.8: Расширение в газах

Газы имеют самую высокую скорость расширения, потому что их частицы находятся очень далеко друг от друга и удерживаются очень слабыми силами. При нагревании они получают больше энергии и расходятся дальше, занимая больше места. Об этом может свидетельствовать колба с круглым дном, снабженная стеклянной трубкой в ​​плотно закрытой пробке.Колбу сначала переворачивают, погружая стеклянную трубку в воду. С помощью ладоней колбу некоторое время нагревают.

Воздух

Будет наблюдаться, что уровень воды в трубке падает, и если нагревать в течение более длительного времени, наблюдаются пузырьки, выходящие из конца трубки в воде. Это показывает, что воздух расширяется при нагревании и требует больше места, отсюда и падение уровня воды в трубке и появление пузырьков.

Если тепло отводится, уровень воды в трубке снова поднимается.Расширение и сжатие газов — основа образования бризов с суши и с моря.

6.9: Необычное расширение (аномальное) расширение воды

Это нормальный опыт, когда вещества расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Но для воды это никогда не должно быть между температурами 0 ⁰ ° C и 4 ⁰ ° C. Вода может существовать в твердом (лед), жидком виде (жидкая вода) и в виде газа (пар).

При температурах ниже 0 ⁰ C вода существует в твердом виде, занимая больший объем.При нагревании он расширяется, как и любое другое твердое тело, до 0 ⁰ C. При 0 ⁰ C лед тает при постоянной температуре. Плавление сопровождается уменьшением объема примерно на 8%. За пределами 0 ⁰ ° C вода сжимается до 4 ⁰ ° C. Следовательно, вода имеет минимальный объем при 4 ⁰ ° C и, следовательно, максимальную плотность, которая немного превышает 1 г / см ³ .

При температуре выше 4 ⁰ ° C вода расширяется, как и любая другая жидкость. Такое поведение воды описывается как аномальное, необычное или неправильное.

Изменение объема в зависимости от температуры и плотности в зависимости от температуры при нагревании воды показано на графиках ниже:

6.9.1: Эффекты аномального расширения воды

1. Биологическое значение

В холодную погоду температура озер и прудов падает, а вода сжимается, становится плотнее и опускается. Таким образом, устанавливается циркуляция воды до тех пор, пока вся вода не достигнет максимальной плотности, то есть при температуре 4 ⁰ ° C.Если происходит дальнейшее охлаждение (ниже 4 ⁰ ° C), то любая вода ниже 40 ° C будет оставаться наверху из-за своей более низкой плотности. При 0 ⁰ ° C сверху образуется лед, который действует как изолятор для нижних слоев. Следовательно, тепло внизу может поддерживать водную жизнь и, таким образом, водные животные и растения могут там выжить.

1. Айсберги

Лед имеет немного меньшую плотность, около 0,92 г / см ³ , чем у воды, и, следовательно, он плавает с небольшой частью над поверхностью воды.Остальной и бóльшая часть льда находится под водой. Это называется айсбергом. Айсберги представляют большую опасность для судов, поскольку подводные части не видны штурманам.

1. Выветривание горных пород

Вода иногда проникает в трещины в скалах. Когда такая вода замерзает в холодную погоду, она расширяется, заставляя камень распадаться на более мелкие части. Это очень важно для сельского хозяйства, так как формируется почва.

1. Прорыв водопроводных труб

Иногда вода, протекающая по трубе, может замерзнуть, когда она проходит через холодный регион.Таким образом, вода сжимается, расширяется, и это может привести к разрыву трубы, если не учитывать поправки на расширение.

Бонги и водопроводные трубки 101: как они сделаны? | PotGuide.com

Независимо от того, какой способ курения каннабиса вы предпочитаете, от вейпа с сухими травами до пьянящего пьянящего удара, почти в сердце каждого поклонника каннабиса есть особое место для приятного разрыва бонга. Знакомый аквариумный звук просачивания, этот глубокий вздох вкусного дыма, долгий вздох полного вдоха дыма — это опыт, который не может быть сравнен ни с одним другим методом.Может быть, поэтому безошибочный образец глубокого разрыва бонга нашел свое место на многих альбомах, от Black Sunday на Cyprus Hill до бутика Beastie Boys Paul’s. Бонги могут стать незаменимым предметом в коллекции каждого серьезного курильщика марихуаны, а некоторые из них являются произведениями чистого искусства.

Изысканный кусок замысловатого выдувного стекла в выставочном зале действительно может связать комнату воедино, и каждый раз, когда ее выносят, чтобы расслабиться, она привлекает внимание. Однако, когда вы смотрите на любой бонг — будь то потрясающий яркий центральный элемент или простая, функциональная стеклянная водопроводная труба, которая выполняет свою работу, — стоит спросить: как они сделаны?

Как делают бонги?

Хотя современные бонги бывают из самых разных материалов, от акрила до силикона, сейчас мы остановимся на наиболее распространенном типе бонгов, которые сделаны из боросиликатного стекла.

Стеклянный бонг, как и все изделия из стекла, начинается с смеси песка, карбоната натрия и извести, нагретой до податливой жидкости, напоминающей густой сироп. Эта жидкость затем будет преобразована стеклодувом через серию шагов в классическую форму бонга, которую мы все знаем и любим.

Шаг 1 — Водяная камера

Первым шагом в изготовлении бонга является формирование водяной камеры, которая является основой, с которой соединяются все остальные части бонга.Водяная камера начинается с длинной тонкой стеклянной трубки, которую стеклодув затем нагревает с помощью паяльной лампы или другого источника тепла.

При нагревании стеклянная трубка расширяется в цилиндр большего размера, которому можно придать дополнительную форму с помощью подходящих инструментов.

Затем стеклодув вставляет полую стальную трубу, известную как выдувная труба, в цилиндр и начинает осторожно вдувать воздух в горячее стекло. Это то, что создает пузырь на дне водяной камеры, который придает бонгу его хорошо известный вид.Стеклодув должен постоянно поворачивать стеклянную трубку во время выдувания, чтобы пузырь не перекосился.

Как только пузырек в водяной камере достигает желаемой формы или ширины стеклодува, они затем с помощью специального инструмента пробивают отверстие в пузыре, куда пойдет нижний стержень. Это также то место, куда будет вставляться чаша после того, как бонг будет готов.

Шаг 2 — Шея

После формирования водяной камеры стеклодув должен сформировать шейку бонга.Это делается путем повторного нагрева стеклянной трубки над водяной камерой с помощью паяльной лампы или другого источника тепла. По мере того, как эта часть стеклянной трубки начинает расширяться, стеклодув продолжает поворачивать ее, чтобы шейка оставалась равномерно цилиндрической и вертикально прямой. Иногда стеклодув использует токарный станок, чтобы вращать цилиндр, чтобы он не перекосился, что сделало бы бонг непригодным для продажи. В конце концов, цилиндр становится достаточно длинным и широким, чтобы работать как шейка бонга, на которой будет располагаться мундштук.

Шаг 3 — Загубник

После формирования горловины и водяной камеры следующая задача стеклодува — сформировать мундштук в верхней части горловины. Используя паяльную лампу или другой источник тепла, стеклодув размягчает стекло, чтобы отделить горлышко бонга от оставшейся стеклянной трубки на нужной длине.

После отделения горловины от исходной трубки стеклодув продолжает поворачивать еще податливую деталь, сглаживая и скругляя верхнюю кромку горлышка в мундштук с помощью специальных инструментов.Это делается осторожно, чтобы убедиться, что у потенциального владельца бонга нет острых краев или неудобных выступов.

Шаг 4 — Чаша и нижняя штанга

Поскольку чаша и нижняя штанга являются отдельными деталями от корпуса бонга, эти детали должны быть изготовлены до или после завершения работы водяной камеры и горловины. Используя те же базовые методы выдувания стекла, эти детали аналогичным образом формируются из стеклянных трубок, которые нагреваются, поворачиваются, выдуваются и приобретают форму инструмента до тех пор, пока нижняя штанга и чаша не приобретут нужный размер и форму, чтобы поместиться в отверстие, пробитое в водяную камеру бонга на первом шаге. Нижняя штанга должна плотно входить в отверстие, а чаша должна плотно входить в нижнюю штангу, при этом ее можно легко вставлять и выдвигать, чтобы очистить водяную камеру и повторно загрузить чашу.

Другие особенности изготовления бонга

Конечно, это основной способ, которым стеклодув (или машина) создает бонг. Есть множество других способов, с помощью которых стеклодувы делают свои бонги уникальными и украшают их. Если на вашем бонге есть блестящие цветные полосы, это делается с помощью стеклодувов, плавящих в смеси куски цветного стекла или других пигментов.После того, как эти добавки расплавятся, стеклодув может расширяться, растягиваться и превращать эти цветные пятна в различные узоры, завитки и линии.

Еще один способ придать цвет стеклу — «потушить» его. В этом методе стеклодувы испаряют такие металлы, как золото, платина или серебро, прежде чем впрыскивать этот пар в стеклянную трубку.

Дымящая трубка покрывает внутреннюю часть стекла металлом. Как только стеклодув начинает расширяться и вытягивать цилиндр в водяную камеру и горловину, металл деформируется и превращается в яркие цветные полосы.

Стеклодув может также добавить перколятор, улавливатель льда или другие приспособления, чтобы сделать бонг еще более приятным в использовании. Так что в следующий раз, когда вы зажжете чашу на своем бонге, готовую выпустить глубокий, вкусный дым, найдите минутку, чтобы оценить мастерство, которое было вложено в нее. Любой бонг, простой или сложный, заслуживает благодарности.

Вам нравится делать бонги? Поделитесь своими любимыми типами бонгов и впечатлениями в комментариях ниже