Latar Belakang

Saya bekerja dengan tim kecil di proyek universitas untuk membangun pendingin rumah kaca. Ini akan mengalirkan udara hangat di bagian atas rumah kaca ke bawah melalui ruang bawah tanah yang diisi dengan bahan untuk menyerap dan menyimpan udara hangat. Kami memiliki dua rumah kaca prototipe; satu akan bertindak sebagai kontrol untuk pengukuran dasar dan yang lainnya akan memiliki heat sink.

Mendirikan

Saya telah membangun beberapa sensor suhu dan penebang untuk prototipe akhir, tetapi beberapa tes pendahuluan sedang dilakukan pada berbagai bahan:

1. Chip granit antara 15-25mm, bentuknya tidak beraturan
2. Kaca temper pecah menjadi potongan-potongan kecil sekitar 7-15mm, minimal 2 sisi rata
3. Fragmen beton 30-80mm, bentuk tidak beraturan - uji tidak selesai

Ini ditempatkan dalam kotak 5 L. Kotak memiliki kipas kecil dan pipa di bagian bawah untuk meniup udara ke dalam ruangan dan melepaskan udara melalui sejumlah lubang 6 mm di pipa di dasar kotak. Bagian atas kotak tertutup rapat kecuali lubang yang memiliki diameter sama dengan tabung dengan kipas. Sensor suhu PT1000 juga dimasukkan ke tengah setiap bahan untuk menangkap pengukuran setiap detik. Berikut adalah gambar dari kotak tes:

Prosedur

Ruang udara bebas dihitung pada sampel yang lebih kecil dari kedua bahan untuk memberikan angka kasar 42% untuk granit dan 43% untuk kaca. Dua tes kemudian dilakukan pada granit dan kemudian kaca:

1. Keduanya didinginkan di luar selama beberapa jam hingga sekitar 5,5 ° C, kemudian dibawa ke dalam ruangan dan dibiarkan selama 1 jam dengan kipas menyala. Suhu dicatat sebagai bahan yang dipanaskan hingga suhu kamar.
2. Setelah pengujian pertama, bahan-bahan tersebut kemudian ditempatkan dalam freezer dan didinginkan hingga -20 ° C, suhu dicatat kembali.

Hasil

Seperti dapat dilihat di bawah, kaca menunjukkan kelambatan pada kedua set data, pemanasan dan pendinginan, setelah itu perubahan suhu menjadi lebih linier. Sedangkan granit menunjukkan perubahan suhu yang lebih linier.

Pemanasan Kaca (detik sumbu x, suhu sumbu y)

Pendinginan Kaca (detik sumbu x, suhu sumbu y)

Pemanasan Granit (detik sumbu x, suhu sumbu y)

Pendinginan Granit (detik sumbu x, suhu sumbu y)

Pertanyaan

Kami sedang mendiskusikan hasil saat ini dan saya tertarik pada pendapat ahli dari data yang kami kumpulkan. Data menarik dan kami menafsirkannya dengan benar. Secara khusus:

• Bentuk pecahan kaca memungkinkan bentuk yang lebih saling terkait, yang dapat membatasi aliran udara lebih banyak, tetapi bukankah ini masih memiliki perubahan suhu yang lebih linier?
• Mungkinkah data gelas disebabkan oleh perubahan ekspansi termal minor pada material?
• Kaca memiliki peringkat konduktivitas termal yang lebih rendah daripada granit, apakah ini alasan untuk lag?

Saya akan fokus pada dua hal - 1) perbedaan koefisien perpindahan panas antara kedua bahan dan 2) perbedaan kapasitas panas kedua bahan.

1. Koefisien perpindahan panas tergantung pada antarmuka fisik antara udara dan padatan. Luas permukaan bahan dan jumlah aliran udara akan menjadi faktor kedua. Seperti disebutkan di atas, semakin kecil partikelnya, semakin banyak luas permukaan, tetapi semakin ketat akan aliran udara. Ada keseimbangan bahagia di sana yang mungkin harus Anda tentukan secara eksperimental.

2. Kapasitas panas dari material bak menentukan seberapa cepat suhu material akan merespon perubahan suhu sekitar. Semakin tinggi ini, semakin baik kinerja wastafel. Peningkatan kepadatan dan panas spesifik membuat bahan heatsink lebih baik. Ini tidak tergantung pada ukuran batuan atau laju aliran udara - kapasitas panas yang lebih besar akan selalu lebih baik.

$T = C-A e^{-b x}$

Hipotesis saya adalah bahwa gelas itu memiliki dataran tinggi dan bukan granit karena kaca lebih memantulkan cahaya inframerah daripada granit - karena itu melindungi sebagian besar perpindahan panas radiatif.

Asumsi: Saya menemukan kotak 5L online dengan dimensi 340mm x 200mm x 125mm - yang, dengan bagian bawah yang terisolasi, mengarah ke area permukaan 0,203 meter persegi untuk kotak tersebut. Berdasarkan beberapa perhitungan, dan menggunakan emisstivitas yang diberikan di sini, adalah bahwa selama "siklus pemanasan", selama 1600 detik dataran tinggi, kaca akan kehilangan panas karena radiasi pada kecepatan 22W - Wolfram memberi tahu saya seharusnya sekitar 6,53 K perubahan, tetapi kotak tidak mengalami perubahan itu.

Mengingat percobaan mengamati perubahan total 15K, ini adalah bagian yang signifikan dari perpindahan panas. Oleh karena itu kipas hanya melakukan sebagian kecil dari pekerjaan termal dan radiasi mengambil porsi yang signifikan.

Dalam spektrum inframerah , di mana sebagian besar panas ini akan hilang, kaca dan granit tampaknya berperilaku sangat berbeda. Granit tampak agak transparan pada gambar yang ditautkan. Ini didasarkan pada kenyataan bahwa tepi dalam gambar buram - jika buram, tepi pipa akan garing di hot spot (seperti dalam video kaca terkait) - tapi saya bukan ahli dalam radiasi sifat bahan. Kaca tidak hanya menghalangi radiasi infra merah dalam video, tetapi menurut video tersebut sepertinya mencerminkan radiasi. Masuk akal, begitulah cara rumah kaca bekerja.

Ini akan menyiratkan bahwa karena sensor langsung di tengah kotak material, lapisan kaca terus memantulkan kembali setiap perpindahan panas (membayangkan steak dengan lapisan yang dikerjakan dengan baik dan langka) - menghentikan proses. Granit tidak memiliki efek ini dan karena itu terus memancar dengan cara yang kurang lebih seragam.

Tanpa eksperimen lebih lanjut, sulit mencapai kesimpulan yang pasti. Eksperimen lebih lanjut menghilangkan efek radiasi akan membuktikan hipotesis.