Після вивчення впливу тиску пари на десикантну сушку тощо було зроблено висновок, що для видалення вологи, яка не знаходиться безпосередньо на поверхні матеріалу, потрібно нагріти матеріал, щоб процес не тривав вічно. Звичайно, ми все ще хочемо підтримувати вакуум під час зазначеного нагрівання, що викликає питання про те, як найкраще нагріти щось у вакуумі.
На щастя, це вирішувана проблема, коментатори попередньої статті вказують на наявність таких пристроїв, як вакуумні печі. Звичайно, ви можете придбати такий пристрій і не ламати голову над дрібними деталями, або ви можете кинути виклик умовностям і створити свій власний, тому що ви бунтар і справді хочете знати, як працюють їхні внутрішні структури.
Таким чином, у цій статті ми розглянемо точні деталі генерації теплового випромінювання та як найкраще нагріти зразок у вакуумній камері без безпосереднього вибору легкого режиму з мікрохвильовою піччю.
Визначення тепла
Хоча поняття «жарко» і «холод» цілком відчутні для нашого мозку, важче зрозуміти, чи відчуваємо ми, наприклад, спекотне сонце або тремтіння, ступивши на особливо холодну кахельну підлогу взимку. Тут мова йде про теплову енергію, або, коротше, про кінетичну енергію окремих молекул. У першому прикладі сонячного світла на нашій шкірі це, перш за все, інфрачервоне випромінювання сонячного світла, яке збільшує кінетичну енергію молекул нашої шкіри, зміна, про яку датчики в шкірі сигналізують нашому мозку, що призводить до зміни нашого загального стану щастя.
Але в обох випадках ми говоримо про теплопередачу, те, що можна зробити за допомогою кількох механізмів:
- Адвекція – фізичний рух речовини між місцями.
- Кондукція – передача енергії через фізичний контакт.
- Конвекція – транспорт рухомої рідини, наприклад гарячого повітря.
- Випромінювання – передача шляхом випускання та поглинання електромагнітного випромінювання.
Таким чином, тепле сонячне світло тут є прикладом передачі тепла випромінюванням, тоді як контакт між босими ногами та холодною плиткою є прикладом провідності.
Вакуум не гарячий і не холодний
У повному вакуумі ви маєте лише тимчасове випромінювання. Головним чином тому ми можемо відчувати теплі промені Сонця, незважаючи на непривітну порожнечу за межами земної атмосфери, якщо на шляху немає хмар. Звідси ми вже можемо зробити висновок, що єдиний практичний спосіб нагріти матеріал усередині вакуумної камери — за допомогою певної форми електромагнітного випромінювання.
Єдиним винятком тут є, звичайно, якщо згаданий матеріал торкається принаймні однієї сторони згаданої вакуумної камери, тому що в цьому випадку ми фактично маємо передачу також як спосіб передачі. Слід зазначити, що така теплопровідна частина вакуумної ємності також починає випромінювати енергію і робить її два на один. Таким чином, це залишає перед нами цікаву інженерну проблему, як використати ці докази на нашу користь.
Якби ми нагрівали стінки вакуумної камери, ми б використовували випромінювання для нагрівання будь-якого об’єкта всередині камери, а також використовували б провідність для частин об’єкта, які торкаються цих стінок. Якщо ми помістимо нагрівальний елемент всередину камери, це залишить нам два можливі підходи:
- нагрійте всю камеру
- живити нагрівальний елемент всередині камери
Очевидно, останній варіант має бути більш ефективним, оскільки в цьому випадку ми також не можемо передати енергію від камери навколишньому повітрю та її поверхні. Це залишає нам лише питання про те, як отримати потужність нагрівального елемента у вакуумну камеру.
Бездротове живлення
Хоча можна було б підключити батарею до нагрівального елементу та помістити його у вакуумну камеру, це трохи безглуздо, оскільки це було б дуже ергономічною установкою. Це також ускладнює вмикання та вимикання налаштувань, запобігає висиханню речей і піддає батарею чи зарядний пристрій умовам, для яких вони насправді не були розроблені.
На щастя, ми можемо мати свій торт і з’їсти його також завдяки магії, якою є бездротова енергія. Особливо такі технології, як індукційна передача енергії, будь то щось подібне, що використовується з індукційними плитами, чи щось менш агресивне, як-от стандарт Qi, який використовується для бездротової зарядки смартфонів та інших гаджетів.
Це був перший підхід, який я застосував, завдяки якому я дізнався трохи більше про те, що передавачі та приймачі люблять робити один з одним. Деякі приймачі приймають лише 5 В, наприклад, якщо передавач наполягає на виборі 9 В як початкову напругу, це не працюватиме. Я витратив деякий час на цю та інші проблеми.
Існує також обмеження, що Qi обмежений лише кількома міліметрами між котушками та вимагає точного вирівнювання, усе це створює додаткові обмеження для його використання. На щастя, є набагато простіший метод, який не є бездротовим, але включає банани.
Хоча я не відкидав ідею використання Qi або чогось більш цікавого в майбутньому, це, звичайно, набагато складніше, ніж встромити шматок міді в стінки вакуумної ємності та подати на неї електроенергію.
Сила банана
У світі дорогого лабораторного обладнання ви б назвали ці типи силових і сигнальних з’єднань «вакуумними з’єднаннями» і часто включають епоксидну проводку у фітингах, яка коштує багато грошей. Хоча це, ймовірно, досить легко зробити своїми руками, якщо ви не любите пилососити надвисокий клас, є навіть простіший, готовий і дуже доступний варіант.
У паралельних світах як гучномовців, так і загальної конструкції обладнання, часто існує ціла річ про те, щоб утримувати повітря там, де воно повинно залишатися, а також закривати та герметизувати щілини, де воно може вийти. Незважаючи на те, що цей основний принцип безпосередньо не пов’язаний із самими вакуумними камерами, він означає, що ви можете використовувати щось на кшталт штепсельних роз’ємів для живлення та сигнальних перемикачів для вакуумних камер.
На дешевих терміналах, які я знайшов зі свого запасу, вони мали зручну пласку поверхню. Тож я вставив силіконове кільце, щоб повністю закрити отвір, який щойно зробив у пластиковій кришці ще однієї сумнівної банки. З другою клемою та пневматичним швидкісним з’єднанням PC6-M5, встановленим на одній кришці, настав час припаяти PTC нагрівальний елемент до внутрішньої сторони кришки.
Для початкової перевірки придатності я помістив мішок із забороненою випічкою поряд із цим нагрівальним елементом у контейнері з алюмінієвої фольги, думаючи, що він буде далі відбивати випромінюване тепло, таким чином підвищуючи ефективність. Незважаючи на те, що вставляти зразок трохи важко, цього має бути достатньо для базового тестування.
Гарячі цукерки
Як зазвичай, об’єктом зразка є невеликий мішечок з осушувачем різного кольору, зокрема від зневодненого синього до зволоженого рожевого. При завантаженні у вакуумну камеру осушувач був світло-рожевого кольору і вагою 3,25 грама разом із пластиковим пакетом.
Я завантажив зразок так, щоб він контактував з нагрівальним елементом, щоб дати йому найкращий шанс передати якомога більше тепла. Для цього я проведу серію тестів, головним чином для визначення ефекту сушіння за різних рівнів тривалості. Мета полягає в тому, щоб використовувати мінімальний вакуум -0,8 бар, використовуючи двоступеневий ексцентричний мембранний насос, який я створив раніше.
мікрохвильова піч
Коли ви подивіться, як люди сушать щось таке звичайне, як сушарка, ви можете знайти кілька варіантів, зокрема використання духовки, сушарки та навіть мікрохвильової печі. Цей останній компонент має великий сенс, оскільки єдина мета мікрохвильової печі полягає в тому, щоб змусити молекули води рухатися швидше і, відповідно, легше виходити з матеріалу, часто менш ніж за кілька хвилин для сушильної чаші.
Це викликає очевидне запитання, чому мікрохвильові печі не слід використовувати для всієї цієї сушіння осушувачем, а також нитки FDM тощо. Просте питання може полягати в тому, що процес є дуже агресивним, і є багато повідомлень про те, що мікрохвильові сушарки роблять погані речі, а також зазвичай просто тріскаються та мають інші невдачі.
Можлива причина полягає в тому, що занадто багато енергії передається одночасно, що створює тиск на навколишній матеріал. Саме тут може бути корисно витратити деякий час, але без додаткових досліджень на цю тему це малоймовірно. Природно, перспектива використання мікрохвильової печі з низьким випромінюванням замість PTC-нагрівача приваблива.
Не забувайте про це, чекайте на наступний випуск, оскільки я намагаюся впоратися зі зростаючою кількістю пневматичних клапанів, блоків живлення під час першого раунду тестування гарячим вакуумом.
