Valomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.

Samankaltaiset tiedostot
KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

Esim: Mikä on tarvittava sylinterin halkaisija, jolla voidaan kannattaa 10 KN kuorma (F), kun käytettävissä on 100 bar paine (p).

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

I PERUSKÄSITTEITÄ JA MÄÄRITELMIÄ

SMG-4500 Tuulivoima. Ensimmäisen luennon aihepiirit. Ilmavirtojen liikkeisiin vaikuttavat voimat TUULEN LUONNONTIETEELLISET PERUSTEET

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai klo 12:00-16:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Länsiharjun koulu 4a

DEE Tuulivoiman perusteet

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

SMG-4500 Tuulivoima. Toisen luennon aihepiirit VOIMIEN YHTEISVAIKUTUKSISTA SYNTYVÄT TUULET

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op)

(c) Kuinka suuri suhteellinen virhe painehäviön laskennassa tehdään, jos virtaus oletetaan laminaariksi?

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

Liite F: laskuesimerkkejä

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op)

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

kertausta Boltzmannin jakauma infoa Ideaalikaasu kertausta Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauma

Demo 5, maanantaina RATKAISUT

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Chapter 3. The Molecular Dance. Luento Terminen liike Kineettinen kaasuteoria Boltzmann-jakauma Satunnaiskävely

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Kertaus 3 Putkisto ja häviöt, pyörivät koneet. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Kuva 1. Virtauksen nopeus muuttuu poikkileikkauksen muuttuessa

kertausta edellisestä seuraa, että todennäköisimmin systeemi löydetään sellaisesta mikrotilasta, jollaisia on

Kone- ja rakentamistekniikan laboratoriotyöt KON-C3004. Koesuunnitelma: Paineen mittaus venymäliuskojen avulla. Ryhmä C

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mitä on huomioitava kaasupäästöjen virtausmittauksissa

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Sähkömagnetismin ymmärryksen kehityshistoriaa Katja Palomäki. Tervetuloa!

Luvun 12 laskuesimerkit

Fluidi virtaa vaakasuoran pinnan yli. Pinnan lähelle muodostuvan rajakerroksen nopeusjakaumaa voidaan approksimoida funktiolla

( ) ( ) on nimeltään molekyylisironnan mikroskooppinen vaikutusala). Sijoittamalla numeroarvot saadaan vapaaksi matkaksi

Luento 4. Termodynamiikka Termodynaamiset prosessit ja 1. pääsääntö Entropia ja 2. pääsääntö Termodynaamiset potentiaalit

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) 105-kiloisella puolustajalla on yhtä suuri liikemäärä, jos nopeus on kgm 712 p m 105 kg

Kuljetusilmiöt. Diffuusio Lämmönjohtuminen Viskoosin nesteen virtaus Produktio ja absorptio

Chapter 1. Preliminary concepts

6. Yhteenvetoa kurssista

Lectio Praecursoria: Epälokaali epälineaarinen potentiaaliteoria ja fraktionaaliset integraalioperaattorit

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

Harjoitustyö, joka on jätetty tarkastettavaksi Vaasassa


Luvun 8 laskuesimerkit

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Fysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Theory Finnish (Finland) Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä)

Bohr Einstein -väittelyt. Petteri Mäntymäki Timo Kärkkäinen

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai :00-12:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

4. Gaussin laki. (15.4)

Ikiliikkujat. Onko mikään mahdotonta? Näitä on yritetty tai ainakin tutkittu

Virtaus ruiskutusventtiilin reiästä

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

Maxwell-Boltzmannin jakauma

Mustan kappaleen säteily

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

Kemiallinen reaktio

Vauhti = nopeuden itseisarvo. Nopeuden itseisarvon keskiarvo N:lle hiukkaselle määritellään yhtälöllä

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa

Biofysiikka Luento Entropia, lämpötila ja vapaa energia. Shannonin entropia. Boltzmannin entropia. Lämpötila. Vapaa energia.

Luku 13 KAASUSEOKSET

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

Lämpöopin pääsäännöt

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Luento 8. Lämpökapasiteettimallit Dulong-Petit -laki Einsteinin hilalämpömalli Debyen ääniaaltomalli. Sähkönjohtavuus Druden malli

1 WKB-approksimaatio. Yleisiä ohjeita. S Harjoitus

11. Dimensioanalyysi. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

KIINTEÄN AINEEN JA NESTEEN TILANYHTÄLÖT

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Luento 16: Fluidien mekaniikka

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

Transkriptio:

Valomylly (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Mikko Marsch Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta

Valomylly (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta Levyt ovat kiinni neulan päällä herkästi pyörivässä kannattimessa Sisällä osittainen tyhjiö (n.10 ⁵ bar) Valon osuessa levyihin, se alkaa pyörimään Alkuperäinen tarkoitus oli toimia mittarina säteilyn voimakkuuksille (valo)

Paljon vääriä käsityksiä laitteen toimintaperiaatteesta Laitteen keksijä, Sir William Crookes, itse oletti lapojen pyörimisen johtuvan valon paineesta ( n.1870 ) Helppo kumota vilkaisemalla pyörimissuuntaa (pyörii vaalea puoli edellä) Valo irrottaa kaasua tai elektroneja mustasta maalista Valomylly pyörii toiseen suuntaan, kun se viedään nopeasti viileään, joka ei sovi tähän arvaukseen Tummempi puoli kuumenee ja lämmittää kaasua aiheuttaen painetta Maxwell osoitti että paine kumoutuu, koska molekyylien törmäykset harvenevat samalla Einstein myöhemmin osoitti, että voimat lapojen reunalla ei täysin kumoudu, ja tämä on osaselitys toiminnalle

Kuinka se sitten toimii? Lisää fysiikan suuria nimiä asiaa miettimään Osborne Reynolds oivalsi ensimmäisenä ilmiön thermal transpiration tai thermal creeping James Clerk Maxwell ehti kuitenkin julkaista ensin 1879 Ja ennätti jo kritisoimaan Reynoldsin keskeneräistä matemaattista esitystä Kaasu virtaa kylmemmältä puolelta kuumemmalle aiheuttaen levyä työntävän voiman (yhdessä Einsteinin osoittaman voiman kanssa)

Thermal transpiration Enemmän tai vähemmän heuristinen selitys yksinkertaistettuna Oletetaan, että kahta erilämpöistä kaasusäiliötä yhdistää hyvin ohut putki Alkutilanteessa paine on sama molemmin puolin Putkessa on lämpötilagradientti [1]

Thermal transpiration Oletetaan kaasu lähes törmäyksettömäksi Liikemäärän keskimääräinen x-komponentti määräytyy suunnasta, josta partikkeli tulee Kaasun lämpötila asettuu törmäillessä putken lämpötilan mukaiseksi ja nopeusjakauma tasoittuu isotrooppiseksi Liikemäärän x-komponentti pienenee kylmään päin liikkuvilla hiukkasilla ja kasvaa kuumaan päin liikkuvilla Putki kohdistaa nettovoiman kaasuun kohti kuumaa säiliötä, jolloin kaasun täytyy alkaa kokonaisuudessaan virrata kuumempaa säiliötä kohti (lukija voi arvoida itse onko selitys järkevä) Ideaalitapauksessa, olettaen hyvin ohuen putken, maksimipaine-ero noudattaa yhtälöä, joka on helppo nähdä liikemäärän, lämpötilan ja paineen yhteydestä kineettisessä kaasuteoriassa [1] P 1 P 2 = T 1 T 2

Thermal transpiration Aihe näyttää olevan aktiivisen tutkimuksen alla muissa yhteyksissä Knudsenin tyhjiöpumppu (n.1910->) perustuu lämpötilaeroon huokoisen materiaalin eri puolilla Reynolds osoitti jo ilmiön olemassaolon alkeellisemmalla versiolla Maksimipaine-eron suuruutta ennustaa Knudsenin luku Kn = λ/d, jossa λ on keskimääräinen vapaa matka ja D putken halkaisija [1] Suuri Kn (>1) lähempänä ideaalia nanomateriaalit Useilla peräkkäisillä kerroksilla, jossa on vapaata tilaa välissä, saadaan kokonaispaine-eroa kasvatettua Hyvä eristävyys auttaa suurempien lämpötilaerojen käytössä ohuempaa materiaalia käyttäen aerogeelit Teoreettinen mallintaminen haastavaa käytännön tapauksissa, ja ennustetut paine-erot erilaisilla rakenteilla ovat yleensä hieman yläkanttiin Erilaisia tarkastelutapoja ovat kineettinen teoria ja kontinuumimallit (hydrodynamiikka jne.) Hydrodynamiikka sisältää usein esim. oletuksia termodynaamisesta tasapainosta jne, joten on syytä olla tarkkana mitä yhtälöitä käyttää

Takaisin valomyllyyn Ilmiö sama, mutta putken sijaan vuorovaikutus tapahtuu pinnassa eri lapojen puoliskojen välillä Suuri λ ja aika törmäysten välillä Termodynaaminen tasapainoehto ei toteudu hyvin edes paikallisesti Maxwell laati pintavuorovaikutukseen sopivan hydrodynaamisen mallin Simulointiin soveltuu 1.kertaluokan approksimaatio[1] σ: kaasun sirontaparametri ux/n : nopeus, tangentiaalinen/seinän normaalin suuntainen μ: viskositeetti, ρ: tiheys u x = 2 u x n u n 3 n 4 T T x

Takaisin valomyllyyn Lisäksi tarvitaan yhtälöt lämpötilajakauman ja viskositeetista aiheutuvien voimien kuvaamiseen [1] Lopulta kokonaisvoima saadaan viskositeettivoimista [1] Simuloitu nopeusjakauma lavan reunalla [1]

Lähteet [1] http://moritz-nadler.de/studium/tctalk.pdf Muu historiikki löytyy nopeasti googlettamalla Lisää luettavaa tyhjiöpumpuista mm. hakusana Lattice Boltzmann model for thermal transpiration G. H. Tang* http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/10141/1/02-2086.pdf