TOPLO - HLADNO

O temperaturi že zdaj veliko veš. Ko si umivaš roke, lahko občutiš, ali je voda topla ali hladna. V enem primeru ima torej voda višjo temperaturo, kot je temperatura tvoje roke, v drugem pa nižjo. Temperatura je zelo pomemben del našega vsakdana, od nje je odvisno naše splošno počutje, pa tudi hrana, ki jo zaužijemo in hranimo. Ko nas zebe, ni prav nič prijetno, in tako je tudi, ko nam je vroče. Človek je zato že v prazgodovini iskal možnosti, da bi toploto prilagajal sebi in si s tem zagotavljal udobno življenje. Naši daljni predniki so si nadeli debele živalske kože in po odkritju ognja, 50.000 let pred našim štetjem, posedali ob njem. V naravi so iskali tudi rešitve za shranjevanje hrane, da se ni pokvarila. Danes je vse skupaj veliko lažje, izumi toplotnih in hladilnih naprav nam vsak dan lajšajo življenje. Za vsem tem danes stojijo izumitelji, fiziki, strojniki, inženirji ter drugi strokovnjaki. Pobližje spoznajmo, kako delujejo naprave, ki uravnavajo temperaturo.

Preberi tiskano izdajo Vesele šole v reviji Pil in reši učno pot v nadaljevanju.

Nadaljuj

Temperatura

Ob temperaturi marsikdo najprej pomisli na temperaturo ozračja. Tako vemo, kako se bomo oblekli, preden se odpravimo v šolo ali ven s prijatelji. Na drugem mestu je tudi telesna temperatura, ki jo izmerimo, kadar se ne počutimo najbolje in se nas loteva prehlad.
Z osnovno fizikalno količino temperaturo lahko določimo tudi agregatno stanje drugih snovi. Voda pri -10 °C je v trdnem agregatnem stanju, voda pri 120 °C je para. Živo srebro je pri -10 °C še vedno tekoče, železo je v trdnem agregatnem stanju. Če bi želeli, da živo srebro preide v plin, bi ga morali bolj segreti kot vodo. V plinasto agregatno stanje prehaja pri temperaturi 356,73 °C.


Nadaljuj

Električna energija

Grelne in hladilne naprave za svoje delovanje potrebujejo tudi električno energijo. Raba električne energije pomeni vrednost celotne količine energije, ki jo neka naprava z določeno močjo (W) potrebuje za hlajenje oz. ogrevanje v določenem času (h). Enota za merjenje količine električne energije je vatna ura Wh. Ker je 1 Wh malo energije, se večkrat uporabljajo večje enote, npr. kilovatna ura (1000 Wh=kWh) ali pa celo megavatna ura (1 000 000 Wh = 1MWh). Na podlagi teh vrednosti lahko izračunamo približen znesek oz. strošek električne energije, uporabljene v sezoni hlajenja oz. ogrevanja.

Izolator

Skozi vse snovi toplota ne prehaja enako. Tiste, ki slabo prevajajo toploto, imenujemo izolatorji.

Zrak je zelo dober toplotni izolator. Zrak kot izolator uporabijo pri izdelavi hladilne torbe, ta ima dvojno steno, vmes med stenama je zrak. Brezzračni prostor upočasnjuje segrevanje ali ohlajanje vsebine, ki jo hranimo v naši hladilni torbi. Tako deluje tudi termovka (glej sliko levo spodaj). Zaradi dobre izolacije, lahko vroč čaj vzameš s seboj na dolg zimski sprehod. Termovka deluje tako, da preprečuje toploti, da bi prehajala skozi njeno steno. Deluje v obe smeri: pozimi, ko je pijača v termovki topla, okolica pa mrzla, preprečuje toploti pijače, da bi uhajala ven. Poleti imamo ravno obratno situacijo: pijača v termovki je hladna, okolica pa vroča, zato termovka preprečuje toploti iz okolice, da bi prehaja v termovko in segrela pijačo.

Zrak ima vlogo izolacije tudi pri živalih. V mrzlih dneh tudi kužke zebe. Za mraz so bolj občutljivi tisti, ki imajo krajšo in redkejšo dlako in podlanko, pa tudi zaloga podkožne maščobe vpliva na občutljivost. Podlanka je mehkejša in krajša dlaka, ki raste pod tršo zgornjo dlako. Med dlako je ujet zrak, torej toplotni izolator, ki ščiti pse pred mrazom.

Tudi v našem domu si želimo, da pozimi zadržuje toploto v prostorih in s tem zmanjša stroške ogrevanja, saj preprečuje čezmerno uhajanje toplega zraka iz doma, poleti pa skrbi, da zrak ni preveč zatohel in nam doma ni vroče. Zato dom zaščitimo z različnimi materiali. Stene običajno gradimo z votlo opeko, v kateri je ujet zrak, ki je dober izolator. Prav tako je dober izolator tudi les, zato so lesene hiše zelo priljubljene. Stene dodatno obložimo še s plastjo stiropora in z drugimi sodobnimi izolacijskimi materiali.

Med toplotne izolatorje med drugim sodijo še pluta, stiropor, porcelan, časopis in tudi slama. Slamnatih hiš je v evropskih deželah malo, zanje se odločijo ljudje, ki želijo bivati in graditi skladno z naravo. Takšnih hiš je v Sloveniji okoli 30, največ v Prekmurju.

Z razvojem novih gradiv in tehnologij zdaj lahko gradimo hiše, ki minimalno obremenjujejo okolje. Nova gradiva nam omogočajo manjšo porabo energije za njihovo izdelavo, materiale pa je tudi lažje predelati po koncu njihovega življenjskega obdobja.

Kurilna sezona

Pri nas kurilna sezona traja več kot pol leta, zato je temperatura v prostorih pomemben dejavnik, ki bistveno vpliva na družinske izdatke in toplotno ugodje. Vzdrževanje primerne temperature zraka v bivalnih in delovnih prostorih je dober način, da poskrbimo za prijetno počutje, ob tem pa ne porabimo več denarja, kot je nujno potrebno.

Temperatura zraka v našem bivalnem prostoru naj ustreza našim fiziološkim potrebam. Ustrezna temperatura bo ugodno vplivala tudi na naše počutje, zdravje in storilnost. V razredu bomo zelo težko osredotočeni, če je temperatura zraka previsoka ali nas zebe. Priporočena temperatura zraka v učilnicah je med 20 °C in 22 °C.

V bivalnih prostorih je priporočena temperatura v dnevni sobi med 20 °C in 22 °C, v sobah, kjer so majhni otroci, do 23 °C, v kuhinji med 18 °C in 19 °C, v kopalnici 23 °C (med uporabo), v spalnici med 16 °C in 18 °C, na hodniku pa 16 °.

Še zlasti pozimi se veliko zadržujemo v zaprtih prostorih. Tam se vzpostavi koncentracija ogljikovega dioksida, ki je odvisna od več dejavnikov, kot so prostornina, izmenjava notranjega zraka z zunanjim, število ljudi, vrste aktivnosti in čas, ki ga preživijo v prostoru.

Nevarni poklici

Tako kot je temperatura v notranjih prostorih določena pozimi, je določena tudi poleti. V Sloveniji velja pravilo, da temperatura zraka na delovnem mestu ne sme presegati 28 °C. Če je temperatura zraka višja, se upošteva različne ukrepe, ki izboljšajo ugodje. To so npr. prerazporeditev delovnega časa, krajši delovni čas, pogostejši in daljši odmori, zmanjšanje zahtevnosti dela … V večini prostorov se notranja temperatura zraka uravnava s klimatskimi napravami.

Precej drugače pa je pri poklicih, ki potekajo v zahtevnejših okoljih, kjer so temperature visoke ali pa zelo nizke.

Ljudje, ki so v svojih poklicih izpostavljeni zelo visokim ali zelo nizkim temperaturam, pri svojem delu nosijo zaščitna oblačila. Ta oblačila jih zaščitijo pred visoko oziroma nizko temperaturo, ki lahko tudi vpliva na zdravje.

Elektronika

Nismo le ljudje in živali občutljivi za temperaturo. Občutljive so tudi vse elektronske naprave. Si že kdaj slišal/a, da je računalnik nehal delovati, ker se je pregrel? No, tudi stroji in druge naprave dobro delujejo le, če je njihova temperatura primerna.

Kot si lahko prebral/a že v tiskani Veseli šoli, so elektronske naprave vir toplote. V računalniku se najbolj segrevajo čisto majhne elektronske komponente. Za dobro delovanje jih je treba hladiti.

Največ težav pri delovanju računalnika povzroča nezadostno hlajenje računalnika. Večina računalnikov ima enega ali več ventilatorjev. Ti iz prostora vsesavajo prašne delce, ki prodirajo v notranjost računalnika in se nabirajo na hladilnih rebrih. Čim bolj je notranjost računalnika zaprašena, tem manj učinkovito je hlajenje, zato je treba redno vzdrževati naše naprave.

Računalnik je sestavljen iz strojne opreme (hardware) in programske opreme (software). Glavna naloga strojne opreme je pridobivanje podatkov, obdelovanje podatkov in prikazovanje podatkov. Navodila, kako naj to računalnik počne, imenujemo programska oprema.

Kaj pa mobilni telefon? Ko igramo igrice, čas res hitro beži, a v resnici porabimo dosti več časa, kot si mislimo, in mobilnik se lahko medtem že precej segreje. Pomembno je, da telefona nikakor ne puščaš na soncu ali v vročem avtomobilu. Čeprav ima telefon vgrajen varnostni sistem, ki ga izklopi, ko se ta pregreva, je vseeno boljše, da se izogneš takim situacijam. Še posebno, kadar se telefon polni, proizvede veliko toplote. To lahko povzroči trajno poškodbo telefona in seveda to, da na koncu sploh ne bo več deloval. V hujših primerih pa lahko pride tudi do samovžiga baterije.

Baterije, ki jih uporabljamo v mobilnikih, so izredno občutljive za temperaturo, zato jih vstavljajo le v naprave, ki lahko zagotavljajo varno rabo baterij.

Li-ionske baterije spadajo v družino polnilih baterij in jih boste našli v vseh sodobnih mobilnikih, tabličnih računalnikih in prenosnikih. Narejene so iz najlažje kovine z velikim elektro-kemičnim potencialom – to pomeni, da je zagotovljena največja gostota energije glede na maso.

Drsališče

Hlajenje pa pride prav tudi v športu. Znaš drsati? Ali si že kdaj drsal/a na zaledenelem jezeru? Drsanje na jezerih je mogoče le pozimi, če so temperature dovolj nizke. Danes pa lahko drsamo vse leto, saj poznamo načine, kako umetno narediti drsališča. Nekatera notranja drsališča v dvoranah delujejo vse leto, pozimi pa se v večjih mestih postavijo tudi manjša zunanja drsališča.

Umetna drsališča zgradijo tako, da na tla, kjer bo drsališče stalo, najprej položijo plast gume za izolacijo. Na gumo običajno dajo zaščitno plast, ki ne prepušča vode. Po tej plasti razporedijo cevi, kot lahko vidiš na sliki. Skozi cevi se bo pretakalo hladivo, tako kot v hladilniku (preberi si v tiskani Veseli šoli). Tudi ta sistem vsebuje enake komponente kot hladilnik, le da so vse veliko večje. Iz cevi potem začnejo počasi špricati vodo, ki zaradi zelo hladnih cevi zmrzuje. Več ko je vode, debelejša plast ledu nastane. Na koncu zgornjo plast ledu zgladijo in že lahko pridejo prvi drsalci.

Smučanje v puščavi

Zaradi napredka v hladilnih tehnologijah je mogoče smučati tudi v zelo vročih delih sveta, npr. v puščavi. V Dubaju, ki leži v puščavi na Bližnjem vzhodu, so leta 2005 odprli pokrito smučišče. Kakšno je to smučišče, si lahko pogledaš v videu:



Smučišče deluje na podoben način kot opisano drsališče v prejšnji nalogi. Zelo velik hladilni sistem hladi vodo in tudi ozračje v dvorani, da lahko izdelujejo in ohranjajo sneg. Zanimivo, kaj vse se da narediti, če je denarja dovolj, kajne?

Inženir/ka strojništva

S procesom hlajenja se največ ukvarjajo inženirji in inženirke strojništva. Ni pa to edino področje, s katerim se ukvarjajo. Glavna naloga strojnih inženirjev je združevanje znanj s področja fizike, elektrotehnike, kemije itn. v delujočo napravo ali stroj, ki bo ljudem olajšal delo ali življenje (avtomobil, letalo, računalnik, robot, dron, dvigalo, vrtna kosilnica, hladilnik, toplotna črpalka …).

Poglej filmček, ki prikazuje študij in delo inženirja strojništva.



Inženirji in inženirke strojništva se lahko zaposlijo v različnih industrijskih dejavnostih, kot so npr. avtomobilska, prehrambna, farmacevtska, tekstilna industrija, v razvojnih centrih tehnološko naravnanih podjetij, v različnih obrteh in tudi v specializiranih trgovinah. Tudi če bi rad/a postal/a znanstvenik/ca, je strojništvo dobra izbira, saj ponuja še veliko novih možnosti za razvoj novih naprav in izboljšanje starih. Strojnikom in strojnicam dela nikoli ne zmanjka. 😊

Delo inženirja/ke strojništva je lahko povsem raziskovalno, po navadi pa je tudi praktično. V zadnjem času je njegov/njen nepogrešljiv pripomoček računalnik, na katerem lahko zasnuje modele in dele strojev oziroma naprav, ki jih potem izdela. Pri svojem delu pa uporabljajo tudi različno orodje, od klešč do 3D-tiskalnika. Nove naprave in stroje potem testirajo v posebnih laboratorijih, kjer merijo temperaturo, tlak, sile, hitrosti, pospeške, maso, trdnost, življenjsko dobo materialov, strojev in naprav. Si lahko predstavljaš, kakšen bi bil svet brez strojnikov?

Prav raziskovalno delo je lahko zelo razburljivo. Za raziskovalno delo je značilno, da obravnava prepoznaven in točno določen problem. Raziskovalci obravnavajo reči, ki še niso bile raziskane, če pa so že bile, jih obravnavajo z drugega stališča. Raziskovalec vnaprej postavi hipoteze in jih uporabi kot smernice, med raziskovanjem pa išče poti, da jih preveri, ali držijo ali ne.

Delo inženirja/inženirke strojništva je zanimivo in prav nič dolgočasno. Če bi se tudi ti rad/a preizkusila v izdelavi nekega izdelka od začetka do konca, se lahko udeležiš Poletne šole strojništva. Na Fakulteti za strojništvo poteka vsako poletje, primerna je za otroke od 7.–9. razreda osnovne šole. V sklopu poletne šole je razpisanih več delavnic, na katerih izdelujejo različne izdelke. Udeleženci izdelek zasnujejo, izdelajo v laboratoriju in preizkusijo. Po končani poletni šoli izdelke odnesejo domov. Avgusta so učenci izdelovali USB-hladilnik, USB-klimatsko napravo, avtonomno električno vozilo, vremensko postajo, solarni panel, letalo na daljinsko vodenje, hidravlično roko in še mnogo drugega. Pridruži se jim drugo leto!


Nadaljuj