Sunday, 2 September 2012

RIP





































Klassikoiden kohde Polttopisteessä on hyvin pelkistetty. Kaksi laitetta, lämpölamppu ja kovera peili, josta heijastuvat lampun valo- ja lämpösäteet leikkaavat lähestulkoon yhdessä kohdassa, polttopisteessä. Tätä kohtaa voi etsiä kädellä sekä valon että lämmön avulla. Toimii kuin junan vessa niin kauan kun sähköä riittää.
Kävijän ensimmäinen kysymys yleensä on, mikä olla lämpötila peilin polttopisteessä. Nimikin on jo pahaenteinen. Uskaltaako siihen laittaa kätensä ilman pelkoa siitä, että näpit palavat kuin Anita Hirvosen laulussa Sormet pois.

Kysymys peilin polttopisteen lämpötilasta on hieman kinkkinen. Se kun vaihtelee, vaikka lamppu säteilee koko ajan samalla teholla. Ilman lämpötila polttopisteessä ei ole itse asiassa juuri sen korkeampi kuin Heurekassa muutoinkaan. Syy tähän on siinä, että lampusta lähtevä säteily ei juurikaan lämmitä ilmaa. Kuten ei Auringonkaan säteily, ja onneksi ei lämmitä. Jos lämmittäisi, niin olosta tällä pallolla tulisi äkkiä laulun sanoin niin tukalasti kuuma.
No, tämä oli tyypillistä viisasteluani. Kun polttopisteeseen laitetaan lämpömittari, se lämpenee aika nopeasti niin sanottuun termiseen tasapainoon. Silloin se ottaa vastaan ja lähettää yhtä paljon säteilyä. Siinä tilassa olevan lämpömittarin lämpötilaa voidaan pitää polttopisteen lämpötilana. Mittasin sen ja sain tulokseksi 79 celsiusastetta. Siis oikein parahultainen saunomislämpötila. Olisi ollut paljon parempi vaihtoehto juuri tätä kirjoittaessani kuulemalleni uutiselle, joka kertoi löylynheittokilpailun voittajan menehtyneen traagisesti.
Mikä on lämpölampun hehkujien lämpötila? Senkin voisi mitata säteilylämpömittarilla, mutta sen voi suunnilleen päätellä siitä, että esineen silmin havaittava punahehku alkaa noin 600 asteesta. Lamppu hehkuu siihen malliin, että sen lämpötila on noin 800 astetta. Ei ainakaan kannata koittaa kädellä sitä lämpötilaa kuin kuumepotilaan otsasta.
Jos hehkun 800 asteen lämpötila saadaan koottua peilillä noin 80 asteeksi, niin hyötysuhdetta ei voida pitää kovin hyvänä. Syitä on useita. Vaikka säteilyä ohjataan tausta peilillä ison peilin suuntaan, niin merkittävä osa siitä menee ohitse. Peili ei ole täydellinen heijastin. Parabolinen peili, jollainen Heurekassakin on, kerää tarkalleen polttopisteeseensä vain yhdensuuntaiset säteet, ei yhdestä lähellä olevasta pisteestä tulevat. Siksi tämän kohteen polttopiste on aika laajalla alueella.
Auringon säteet ovat lähes yhdensuuntaiset ja Auringon pintalämpötilankin on noin 5500 astetta. Toimisi varmaan paremmin.
Urbaanin legendan mukaan ikkunalle unohtunut partapeili olisi aiheuttanut tulipalon sytyttämällä verhot. Totta tai ei, niin päätin kokeilla television Myytinmurtajien innoittamana tarinan mahdollista todenperäisyyttä. Aurinkoahan tänä kesänä on riittänyt.
Käyttämäni musta pahvi ei aivan syttynyt tuleen, mutta hehkui ja savusi. Kuuluu ilmiselvästi kokeisiin, joista on painokkaasti todettava, että älä kokeile tätä kotona. Ei ainakaan ilman valvontaa ja käsillä olevaa palokalustoa.






















 













Partapeilin polttopisteen lämpötilan mittaus. Kokeen poikkitieteellisen tason sertifioitu valvoja taustalla.

Mittasin myös tavallisella laboratoriolämpömittarilla polttopisteen lämpötilaa. Tulos lämpömittarilla oli 132 astetta, mutta mustan hyvin lämpöä imevän pahvin kohdalla sen on täytynyt olla paljon suurempi. Paperin syttymislämpötila on yleensä vähän yli 200 astetta. (Red Bradburyn tieteisromaanin Farenheit 451 nimi tulee juuri paperin syttymispisteestä. Sen mukaan se olisi siis 233 celsiusastetta).



Peilin polttopisteen lämpötila mittarissa oli 132 astetta

Kokeessa käyttämäni paksu kartonki siis hehkui ja savusi, josta päättelin lämpötilan pahvissa olleen 200 asteen huippeilla.
Kokeilin pahvin sytyttämistä myös suurennuslasilla. Vaikka sen pinta-ala oli selvästi pienempi kuin partapeilillä, niin säteet pystyttiin kohdistamaan paljon pienemmälle alueelle. Partapeili kun ei ole mikään optiikan huipputuote.



Suurennuslasilla kartonki syttyi melkein heti tuleen.




















































Linssin polttopisteen lämpötilan mittaus. Linssin polttopiste eli kuumin säteiden leikkauspiste on eri kohdassa kuin missä valon säteen leikkaavat. Syy on siinä, että lämpösäteiden taitekerroin on pienempi kuin valonsäteiden ja siksi lämpösäteet leikkaavat toisensa kauempana. Peileillä tätä ”ongelmaa” ei ole.





Suurennuslasin polttopisteessä olevan lämpötilan mittaus oli käyttämälläni mittarilla ongelmallista, kun polttopiste oli pienempi kuin mittarin nestesäiliö. Siksi mitattu lämpötila jäi niinkin alhaiseksi kuin 92 asteeseen.

 
Takapihan laboratorioni ei taida täyttää kaikkia kokeellisen tieteen kriteereitä, poikkitieteen korkeintaan.

Kuinka korkeita lämpötiloja linsseillä ja peileillä voidaan Auringon säteilystä ylipäätänsä saada? Käyttämällä isoa linssiä ja useita peilejä on mahdollista keskittää suunnattomasti Auringon valoa jä lämpöä hyvin pieneen tilavuuteen. Sellaista uunia voitaisiin käyttää vaikka sellaisten haitallisten aineiden hävittämiseen, jotka vaativat korkeita lämpötiloja hajotakseen.






















 














Auringon säteillä toimiva voimalaitos

Rajat eivät tule vastaan laitteissa vaan lämpöopin toisessa pääsäännössä. Lämpö ei voi siirtyä itsekseen kylmemmästä kuumempaan. Siis Auringon pintalämpötila 5500 astetta on teoreettinen maksimi, kuinka kuumaksi aurinkouuni voidaan lämmittää. Aika hyvin siinäkin lämmössä useimmat aineet korventuvat.


















Aurinkopeileihin liittyy myytti antiikin ajoilta. Arkhimedeen kerrottiin tuhonneen roomalaisten laivat Syrakusassa sytyttämällä ne peileillä tuleen. Minäkin olin myytin lumoissa ollessani edellisen kerran Heurekassa töissä vuonna 1994. Järjestin keväällä tilaisuuden, jossa pieni tervalla ja tinnerillä erittäin paloherkäksi viritetty laivan pienoismalli yritettiin saada syttymään 200 peilin avulla kohdistetuilla säteillä. Koe meni täysin mönkään, koska jo säteiden kohdistaminen osoittautui täysin mahdottomaksi. Suuresta epäonnistumisen häpeästä päästin itseni vasta noin 10 vuotta tämän jälkeen, kun Myytinmurtajissa osoitettiin tarina täydelliseksi myytiksi.

No comments:

Post a Comment