hehkulampun tyhjiö

adfjlkaj

wikin mukaan tavallisen hehkulampun tyhjiö on noin 1-10 Pa.

Miten ison hehkulampun voisi tehdä samanpaksuista lasista samanlaisella tyhjiöllä ennenkuin ulkopuolinen paine rikkoisi lampun?

8

898

Äänestä

    Vastaukset 8

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • tyhjiö....

      Ensinnäkään tyhjiön hyvyys ei sanottavastikkaan vaikuta lampun lasin kuormitukseen, koska siitä vastaa ulkoinen ylipaine, joka ei nouse, vaikka tyhjiö olisi täydellinen. Elikkä n. 1 barin paine vaikuttaa siis lasin ulkopintaan.

      Sen sijaan tyhjiön laatu vaikuttaa hehkulangan elin-ikään. Muistaakseni Edisonilla, hehkulampun keksijällä, oli nimenomaa ongelmia saada kunnon tyhjiö lampun sisälle ja sen puuttumisen johdosta langat paloivat aluksi nopeasti.

      Hehkulampun lasin paksuutta tuskin on koskaan suunniteltu laskemalla sitä kuormituksista ja lujuuksista. Luulen, että lasin paksuutena käytetään jotain sellaista arvoa, joka on tilastollisesti ja empiirisesti osoittautunut käyttökelpoiseksi. Esimerkiksi sellainen, että se kestää riittävässä määrässä kuljetusta ja huolimatonta käsittelyä, sekä myös lasin epätasaisuuksia ja valuvirheitä.

      Edellä esityistä seikoista johtuen kysymyksesi on varsin teoreettinen ja siihen vastaaminen on vaikeaa. Mutta tyhjiön laatu ei siihen vaikuta ja jos lasi olisi laadultaan ideaalisen tasaista ja sen käsittely absoluuttisen huolellista, niin varmaankin voisi tehdä varsin ison lampun varsin ohuella seinämällä. Vertaa vaikkapa kumisen ilmapallon paksuutta ja kun lisäksi muistaa, että lasi on hyvin luja matertiaali, vertaa edelleen lasikuitu.

    • lasimateriaalin

      puristuslujuus.

      Tarkastellaan ideaalista onttoa lasipalloa, jonka sisäsäde on r ja ulkosäde R.

      Merkitään painetta pallon sisällä p ja ulkopuolella P

      Tarkastellaan lasipallon poikkileikkausta 'ekvaattorin' kohdalla

      Sisäpaineen pallon ylä- ja alapuoliskoihin kohdistama voima on
      p*pii*r^2

      Ulkoinen paine painaa ylä- ja alapuoliskoa yhteen voimalla
      P*pii*R^2

      Näiden voimien erotus painaa ylä- ja alapuoliskoa yhteen. Tämä voima on siis
      pii*(P*R^2-p*r^2)

      Lasinpinta-ala poikkileikkauksen kohdalla on
      pii*(R^2-r^2)

      Lasin pinta-alayksikköä kohti saadaan siis paine

      (pii*(P*R^2-p*r^2)) / (pii*(R^2-r^2))
      =(P*R^2-p*r^2) / (R^2-r^2)

      Teoreettinen maksimipaine-ero saadaan laskettua, kun asetetaan tämä yhtä suureksi, kuin on ko. lasimateriaalinen puristuslujuus.

      • Jäärä

        Jos oletetaan pallokuori ohutseinämäiseksi, niin ko. tasapanoyhtälöksi saadaan

        p⋅π⋅D²/4 = σ⋅π⋅D⋅t,

        missä p on paine, D pallokuoren halkaisija, t kuoren paksuus ja σ kuoren jännitys.

        Kun lasin puristusmurtojännitys σ = 200 MPa ja ilmanpaine 0,1 MPa, niin yhtälöksi halkaisijan D ja kuoren paksuuden t välille saadaan D = 8000⋅t.

        Käytännössä lasin mikrosäröjen takia saattaa pallon todellinen halkaisija olla dekadia pienempi. Mutta melko pallukka saadaan silloinkin millin seinämällä.

      • sisäinen paine

        häviävän pieneksi ulkoiseen paineeseen verrattuna (p on likimain nolla) ja lasiseinämän vahvuus merk. d = R-r pieneksi verrattuna ulkosäteeseen R, saamme kaavan muotoon PR/(2d).

        Jos merkitsemme lasin puristuslujuutta vaikkapa kirjaimella q, saamme lasiseinämän minimivahvuudeksi

        d=PR/(2q)

        Lasin puristuslujuus (compression resistance, compressive strength) näyttäisi olevan noin 10^9 Pa. Siitä sitten vain laskemaan.

      • naapurin noita-akan
        sisäinen paine kirjoitti:

        häviävän pieneksi ulkoiseen paineeseen verrattuna (p on likimain nolla) ja lasiseinämän vahvuus merk. d = R-r pieneksi verrattuna ulkosäteeseen R, saamme kaavan muotoon PR/(2d).

        Jos merkitsemme lasin puristuslujuutta vaikkapa kirjaimella q, saamme lasiseinämän minimivahvuudeksi

        d=PR/(2q)

        Lasin puristuslujuus (compression resistance, compressive strength) näyttäisi olevan noin 10^9 Pa. Siitä sitten vain laskemaan.

        kristallipallon Mariaanien hautaan, niin miten kävisi?

        Kristallipallon ulkohalkaisija on noin 20 cm, sisähalkaisijaa tai seinämien vahvuutta en tiedä.

        Mariaanien hauta on noin 11 km syvä.

        Kristallipallon materiaalia en tiedä, mutta käytetään ikkunalasin puristuslujuutta 10^9 Pa

        Paine syvyydessä saadaan kertomalla veden tiheys 1000 kg/m^3, gravitaatiokiihtyvyys 9.81 m/s^2 ja vesipatsaan korkeus 11km keskenään.

        Seinämien paksuuden raja-arvoksi saadaan näin

        (1000 kg/m^3) * (9.81 m/s^2) * 11000 m * 0.1 m
        / (2* 10^9 Pa) = 0.0054 m.

        Temppu onnistuisi siis, jos seinämien vahvuus olisi korkeintaan puolen sentin luokkaa, mikä taitaa olla todennäköistäkin.

        Siispä toimeksi?

      • lommahdus ja kömmähdys...

        Puristuspallossa tulee eteen vielä lommahdustapaus, joka riippunee seinämän "rajahoikkuudesta". Yleensä lommahdus tuhoaa kappaleen (varsinkin hoikan tai ohuen) ennen kuin se saavuttaa puristuslujuutensa ylärajaa. Tarkassa matemaattisessa tarkastelussa pitäisi ensin sulkea lommahdus pois ja vasta sitten pitää puristuslujuuden ylärajaa rajana.

      • Jäärä
        lommahdus ja kömmähdys... kirjoitti:

        Puristuspallossa tulee eteen vielä lommahdustapaus, joka riippunee seinämän "rajahoikkuudesta". Yleensä lommahdus tuhoaa kappaleen (varsinkin hoikan tai ohuen) ennen kuin se saavuttaa puristuslujuutensa ylärajaa. Tarkassa matemaattisessa tarkastelussa pitäisi ensin sulkea lommahdus pois ja vasta sitten pitää puristuslujuuden ylärajaa rajana.

        Tarkistin ohutseinäisen pallon ulkopuolisen lommahduspaineen yhtälön ja se on

        q = 8E⋅t²/(D²⋅√(3(1-ν²))),

        missä q on lommahduspaine, E materiaalin kimmomoduuli, ν sen suppeumakerroin sekä muut termit kuten aiemmassa viestissäni.

        Wikin antamilla lasin materiaaliarvoilla eli E = 75000 MPa ja ν = 0,2 saadaan merkitsemällä q = 0,1 MPa ja ratkaisemalla D t:n ollessa parametrina

        D = 1900⋅t.

        Tämä on pienempi kuin aiemmin esittämäni arvo. Tosin Wikin mukaan lasin puristusmyötöjännitys on 50 MPa, minkä mukaan mitoitettuna saadaan yhteys

        D = 2000⋅t.

        Näin näyttää, että teoreettisesti suurin pallomainen, 1 mm:n seinämällä varustettu kupu voisi olla halkaisijaltaan lähes 2 metriä. Tosin epäilen, että maan pinnalla kuvun oma paino tai sen käsittelyyn tarvittavat voimat rikkoisivat kuvun aiemmin.

    • lisäksi.....

      lampun muoto vaikuttaa asiaan. Jos se on täydellinen pallo, niin se kestää painetta eniten.

    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Takaisin ylös

    Luetuimmat keskustelut

    1. Pyhäjärvi syvällä kusessa

      Pyhäjärvi ei tule selviämään millään tästä alhosta. Ollaan aivan liian syvällä. https://www.mtvuutiset.fi/artikkeli/pyha
      Pyhäjärvi
      142
      1640

    2. Oivallus

      Mitä olet oivaltanut viimeksi?
      Ikävä
      151
      1103

    3. Miten voi sinun

      tunteet yhtäkkiä kuolla kuin napista painamalla? Et enää vilkaisekaan minuun päin vaan jos vahingossa näet minut käännät
      Ikävä
      70
      970

    4. Miksi naiset haluavat itseään vanhemman kumppanin? Vai haluavatko?

      Tuolla toisessa ketjussa tuli esille tämä kysymys ja se on mielestäni hyvä kysymys. Kiitos scrg:lle tämän kysymyksen esi
      Sinkut
      333
      948

    5. Mistä arvasit,että kaivattusi on täällä?

      😊
      Ikävä
      68
      753

    6. PYHÄJÄRVEN KAUPUNKI VALTIOVARAINMINESTERIÖN ARVIOINTIMENETTELYYN..TE

      ...siinä se nyt on, mitä tässä enää vikistään. Uutiset Yle, 14.8. Klo 20.30, ei tunnu mukavalta.
      Pyhäjärvi
      56
      733

    7. Väleistä

      Minkälaiset välit sinulla on kaivattusi kanssa?
      Ikävä
      69
      681

    8. Rakastan sinua mies

      Siksi haluankin vain sinun kanssa sitä.
      Ikävä
      38
      644

    9. Ernest Lawson rehellisenä vaikeasta TTK-tilanteesta: "Vain harvan ja valitun henkilön tiedossa"

      Tanssii Tähtien Kanssa tulee syksyn iloksi ja tiedossa on suosikkisarjan 19. kausi. Tulevalla kaudella nähdään iso uudi
      Tanssii tähtien kanssa
      7
      611

    10. Missä vaiheessa

      Unohdit minut? Onko sinulla oikeasti mies jota rakastat? Tiedän että möhlin ja odotin liikaa. Ei tarvitse vastata jos et
      Ikävä
      33
      581
    Aihe
    TietosuojaselosteKäyttöehdotEvästeasetuksetSäännöt