Venytyksen vaikutus langan lämpötilaan

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Kun metallilankaan ripustetaan punnus, lanka vähän venyy. Venyessään lanka viilenee ehkä jonkun 0,05 astetta. Kun punnus poistetaan, kimmoisa lanka palaa entiseen pituuteensa lämmeten samalla. Tämä seuraa termodynamiikan kaavoista:

https://www.jyu.fi/fysiikka/opiskelu/ty ... _k2009.pdf

Punnuksen venyttäessä lankaa ja tehdessä siis työtä sen on otettava gravitaatiokentästä energiaa? Mihin tämä energia menee venytyksessä, kun venytettävän kohteen energia vain pienenee?

Sivut

Kommentit (20)

vihertaapero
Seuraa 
Viestejä6081
Liittynyt7.3.2006

Ei kai se energia katoa, se vain jakaantuu suuremmalle alalle aiheuttaen lämpötilan laskun? Vai ymmärsinkö jotain väärin.

Konsta: ...joten jäähdytysvesi on varmasti erittäin korkeaktiivista.
Brainwashed: En tosiaankaan pidä itseäni minään asiantuntijana...

Vierailija
vihertaapero
Ei kai se energia katoa, se vain jakaantuu suuremmalle alalle aiheuttaen lämpötilan laskun? Vai ymmärsinkö jotain väärin.



En tiedä, tuntuisi vaan, että jakautuvan lämmön olisi ensin oltava kimmoisasti venyvässä langassa, mutta termodynamiikan lakien mukaan lanka ei lämpene venytettäessä, vaan viilenee.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
P.S.V.
Kun metallilankaan ripustetaan punnus, lanka vähän venyy. Venyessään lanka viilenee ehkä jonkun 0,05 astetta. Kun punnus poistetaan, kimmoisa lanka palaa entiseen pituuteensa lämmeten samalla. Tämä seuraa termodynamiikan kaavoista:

https://www.jyu.fi/fysiikka/opiskelu/ty ... _k2009.pdf

Punnuksen venyttäessä lankaa ja tehdessä siis työtä sen on otettava gravitaatiokentästä energiaa? Mihin tämä energia menee venytyksessä, kun venytettävän kohteen energia vain pienenee?




Jaahas, että venytettäessä kylmenee ja kutistuessa lämpenee saman verran. Kannattaisi seuraavaksi kokeilla metallilangan taivutusta. Teorian mukaan langan toinen puoli venyy ja toinen kutistuu, joten lämpötila ei muutu. Todellisuudessa lämpenee huomattavasti, niinkuin jokainen sitä kokeillut tietää.
Se mikä tuossa koejärjestelyssä pistää silmään on "langan tilavuuden kasvu". Todellisuudessa tilavuus ei ole verrannollinen langan pituuteen, vaan venytettäessä langan halkaisija pienenee Poissonin suppeumakertoimen ilmoittamalla tavalla.

Vierailija
Denzil Dexter
P.S.V.
Kun metallilankaan ripustetaan punnus, lanka vähän venyy. Venyessään lanka viilenee ehkä jonkun 0,05 astetta. Kun punnus poistetaan, kimmoisa lanka palaa entiseen pituuteensa lämmeten samalla. Tämä seuraa termodynamiikan kaavoista:

https://www.jyu.fi/fysiikka/opiskelu/ty ... _k2009.pdf

Punnuksen venyttäessä lankaa ja tehdessä siis työtä sen on otettava gravitaatiokentästä energiaa? Mihin tämä energia menee venytyksessä, kun venytettävän kohteen energia vain pienenee?




Jaahas, että venytettäessä kylmenee ja kutistuessa lämpenee saman verran. Kannattaisi seuraavaksi kokeilla metallilangan taivutusta. Teorian mukaan langan toinen puoli venyy ja toinen kutistuu, joten lämpötila ei muutu. Todellisuudessa lämpenee huomattavasti, niinkuin jokainen sitä kokeillut tietää.
Se mikä tuossa koejärjestelyssä pistää silmään on "langan tilavuuden kasvu". Todellisuudessa tilavuus ei ole verrannollinen langan pituuteen, vaan venytettäessä langan halkaisija pienenee Poissonin suppeumakertoimen ilmoittamalla tavalla.



Taivuttelu kyllä kuumentaa, mutta lanka ei myöskään pysy kimmoisena, vaan kovettuu. Venytyksessä langan tilavuus kuitenkin ihan vähän suurenee, eikö totta? Vaikuttaako sitten suppeuma enemmän kuin venymä, niin, että lanka oikeasti lämpenee? Tämä kaikki koskee metallilankaa. Entä sitten villalanka, karhulanka tai kumilanka, joiden venytyksessä muutetaan molekyylien muotoa?

Jos olisi herkkä lämpömittari, kumilangan venytyksessä tapahtuva muutos (jäähtyykö vai lämpeneekö) voitaisiin kokeellisesti todeta.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
P.S.V.

Taivuttelu kyllä kuumentaa, mutta lanka ei myöskään pysy kimmoisena, vaan kovettuu. Venytyksessä langan tilavuus kuitenkin ihan vähän suurenee, eikö totta? Vaikuttaako sitten suppeuma enemmän kuin venymä, niin, että lanka oikeasti lämpenee? Tämä kaikki koskee metallilankaa. Entä sitten villalanka, karhulanka tai kumilanka, joiden venytyksessä muutetaan molekyylien muotoa?

Jos olisi herkkä lämpömittari, kumilangan venytyksessä tapahtuva muutos (jäähtyykö vai lämpeneekö) voitaisiin kokeellisesti todeta.




Suppeumakerroin tai poissonin vakio kertoo mikä on poikkisuuntaisen venymän suhde pituussuuntaiseen venymään. Se voi olla eri materiaaleilla lähes mitä tahansa, mutta tasa-aineisilla liikutaan yleensä välillä 0.25-0.5, metalleilla lähellä 0.3.

Jos siis esimerkiksi 100 mm pituista 10x10 mm tankoa venytetään 1 mm, tapahtuu poissonin vakiolla 0.5 suunnilleen seuraavaa:

Tangon poikkileikkaus pienenee 10x10 mm:stä 9.95x9.95 mm:iin ja tilavuus muuttuu arvosta 10x10x100 mm (10000 mm3) arvoon 9.95x9.95x101 mm (10000 mm3), eli tilavuus ei muutu.

Jos otetaan lähempänä metallien ominaisuuksia oleva poissonin vakio 0.3, silloin tilavuus kasvaa hieman, mutta paljon vähemmän kuin mitä labratyössä väitetään.

visti
Seuraa 
Viestejä6331
Liittynyt16.11.2009
P.S.V.
Kun metallilankaan ripustetaan punnus, lanka vähän venyy. Venyessään lanka viilenee ehkä jonkun 0,05 astetta. Kun punnus poistetaan, kimmoisa lanka palaa entiseen pituuteensa lämmeten samalla. Tämä seuraa termodynamiikan kaavoista:

https://www.jyu.fi/fysiikka/opiskelu/ty ... _k2009.pdf

Punnuksen venyttäessä lankaa ja tehdessä siis työtä sen on otettava gravitaatiokentästä energiaa? Mihin tämä energia menee venytyksessä, kun venytettävän kohteen energia vain pienenee?


Entä männän sulkema kaasusäiliö? Eikö sekin jâähdy, kun säiliötä venytetään?

Vierailija
Denzil Dexter
Suppeumakerroin tai poissonin vakio kertoo mikä on poikkisuuntaisen venymän suhde pituussuuntaiseen venymään. Se voi olla eri materiaaleilla lähes mitä tahansa, mutta tasa-aineisilla liikutaan yleensä välillä 0.25-0.5, metalleilla lähellä 0.3.

Jos siis esimerkiksi 100 mm pituista 10x10 mm tankoa venytetään 1 mm, tapahtuu poissonin vakiolla 0.5 suunnilleen seuraavaa:

Tangon poikkileikkaus pienenee 10x10 mm:stä 9.95x9.95 mm:iin ja tilavuus muuttuu arvosta 10x10x100 mm (10000 mm3) arvoon 9.95x9.95x101 mm (10000 mm3), eli tilavuus ei muutu.

Jos otetaan lähempänä metallien ominaisuuksia oleva poissonin vakio 0.3, silloin tilavuus kasvaa hieman, mutta paljon vähemmän kuin mitä labratyössä väitetään.




Totta. Nyt ihmetyttää kuitenkin se, mihin langan venytyksessä tehty työ (punnuksen painovoimakentästä ottama energia, tosin aika pieni,) menee metallilangan ihan pikkuisen viiletessä. Ja reagoiko esim. kumilanka samalla tavalla (kumin Poissonin vakio noin 0,5)..,
no,näköjään. Entä villalanka? Energian "häviäminen" tässä vielä askarruttaa.

visti
Entä männän sulkema kaasusäiliö? Eikö sekin jâähdy, kun säiliötä venytetään?



Ainakin, jos tilavuutta kasvatetaan männän avulla, viilentyminen on varma. Mutta en vain käsitä, mihin männän liikuttamiseen käytetty energia menee. Lämpönä ilmenemättömiin vapausasteisiin?

visti
Seuraa 
Viestejä6331
Liittynyt16.11.2009
P.S.V.
Denzil Dexter
Suppeumakerroin tai poissonin vakio kertoo mikä on poikkisuuntaisen venymän suhde pituussuuntaiseen venymään. Se voi olla eri materiaaleilla lähes mitä tahansa, mutta tasa-aineisilla liikutaan yleensä välillä 0.25-0.5, metalleilla lähellä 0.3.

Jos siis esimerkiksi 100 mm pituista 10x10 mm tankoa venytetään 1 mm, tapahtuu poissonin vakiolla 0.5 suunnilleen seuraavaa:

Tangon poikkileikkaus pienenee 10x10 mm:stä 9.95x9.95 mm:iin ja tilavuus muuttuu arvosta 10x10x100 mm (10000 mm3) arvoon 9.95x9.95x101 mm (10000 mm3), eli tilavuus ei muutu.

Jos otetaan lähempänä metallien ominaisuuksia oleva poissonin vakio 0.3, silloin tilavuus kasvaa hieman, mutta paljon vähemmän kuin mitä labratyössä väitetään.




Totta. Nyt ihmetyttää kuitenkin se, mihin langan venytyksessä tehty työ (punnuksen painovoimakentästä ottama energia, tosin aika pieni,) menee metallilangan ihan pikkuisen viiletessä. Ja reagoiko esim. kumilanka samalla tavalla (kumin Poissonin vakio noin 0,5)..,
no,näköjään. Entä villalanka? Energian "häviäminen" tässä vielä askarruttaa.

visti
Entä männän sulkema kaasusäiliö? Eikö sekin jâähdy, kun säiliötä venytetään?



Ainakin, jos tilavuutta kasvatetaan männän avulla, viilentyminen on varma. Mutta en vain käsitä, mihin männän liikuttamiseen käytetty energia menee. Lämpönä ilmenemättömiin vapausasteisiin?

Langassa harmonisen väräihtelijän pot.energiaksi ja säiliössä samaan. Po6ahtaahan mäntä takaisin, jos sallitaan.

myl
Seuraa 
Viestejä224
Liittynyt18.11.2010

Venyttäminen todella vaikuttaa langan lämpötilaan.
Metallilla ilmiö on pieni, mutta kuminauhalla lämpötilan muutos on niin suuri, että
sen havaitsee helposti iholla.

Tilavuuden muutos ei ole prosessissa olennaista eikä Poissonin suhde relevantti parametri.

Punnuksen luovuttama energia varastoituu tietysti langan mekaaniseen jännitykseen, eikä muutu lämmöksi muuten kuin häviöiden (viskoosikitkan) pienellä osuudella.

-myl

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
myl
Venyttäminen todella vaikuttaa langan lämpötilaan.
Metallilla ilmiö on pieni, mutta kuminauhalla lämpötilan muutos on niin suuri, että
sen havaitsee helposti iholla.

Tilavuuden muutos ei ole prosessissa olennaista eikä Poissonin suhde relevantti parametri.

Punnuksen luovuttama energia varastoituu tietysti langan mekaaniseen jännitykseen, eikä muutu lämmöksi muuten kuin häviöiden (viskoosikitkan) pienellä osuudella.

-myl




Ymmärsinkö oikein, että kuminauha kylmenee venytettäessä niin paljon, että sen huomaa, mutta muutos ei johdu tilavuuden muutoksesta?
Voisitko kertoa, mitkä ovat "relevantteja parametreja" venytetyn langan kylmenemisessä?

myl
Seuraa 
Viestejä224
Liittynyt18.11.2010

Aineen lämpötilan muutos mekaanisessa jännityksessä riippuu sen tilayhtälöstä.
Toiset aineet jäähtyvät, toiset lämpenevät venytyksessä. Yleensä kuminauhat lämpenevät venytyksessä. Parhaiten sen huomaa käyttämällä huulia lämpötilan havainointiin (ne ovat hyvin herkkiä lämpötila-antureita). Luonnonkumi lämpenee jopa 10 K kun sen pituus kasvaa 500 %.

Tärkeimmät asiaan vaikuttavat tekijät ovat lämpölaajenemiskerroin ja sen lämpötilakäyttäytyminen sekä tilayhtälön parametrit.

Fysikaalisesti kuminauhan käyttäytymisen voi selittää sillä, että sen entropia vähenee venytyksessä, kun polymeeriketjut kääntyvät samansuuntaisiksi. Vapautunut entropia siirtyy lämpönä pois rakenteesta.

-myl

Opettaja
Seuraa 
Viestejä1983
Liittynyt22.7.2011

Onkosa tämäkään taas totta? Mutta jos lanka tosiaan kylmenee, se luovuttaa enegiaa ympäristöön eli sinne se energia menee.

En tiedä kuuluuko asiaan, mutta kuuluisa? Feynmanin kumilankalämpökone perustuu siihen, että kumilanka supistuu lämmittäessä. Tässä yhteydessä muistaakseni yleensä manitaan, että kumilangan käyttäytyminen on varsin poikkeavaa, eli kaikki muut aineet venyvät.
Jos prosessit ovat mitenkään käänteisiä, niin voisi kyllä ajatella, että kappaleet kumilankaa lukuunottamatta venyttäessä lämpenevät.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007

Jos lämpölaajenemiskerroin vaikuttaisi siihen, lämpeneekö vai kylmeneekö kappale venytettäessä, silloin alumiini kylmenisi todella paljon (suuri lämpölaajenemiskerroin) ja vastaavasti hiilikuitu lämpenisi (lämpölaajenemiskerroin negatiivinen tai nolla). Uskoo ken tahtoo.

Vierailija

Jos kappaleen tilavuus kasvaa, eikä siihen sitoudu lisää energiaa venytystyöstä, sen lämpötila laskee. Lämpötilahan on molekyylien liike-energian keskiarvo tilavuusyksikköä kohden.

Täysin palautuvassa muodonmuutoksessa ei tosiaan tapahdu muuta kuin molekyylien keskinäisen aseman liikkumista pois minimienergian tilastaan ja sitten palautumista takaisin, joten siinä ei yksikään molekyyli saa lisää energiaa. Tapahtuuko sellaista käytännössä, sitä vähän epäilen. Kidehilan järjestyessä uudelleen, dislokaatioiden kasvaessa ja lisääntyessä, tapahtuu myös lämpenemistä.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat