Joel Plawsky koos kolleegidega Rensselaer’i Polytehnilisest Instituudist New York’is on leidnud, et mõned vedelike voolamisega seotud protsessid ei kulge kosmoses, st mikrogravitatsiooni tingimustes üldsegi nii, nagu maapealsele kogemusele tuginedes arvata võiks. Et vedelike voolamine kapillaarides on väga oluline kosmoseaparaatide seadmete jahutussüsteemides, siis omab see uurimus väga praktilist tähendust. Meie saame ühe näite põhjal teada, miks on justkui lihtsaid asju vaja kosmoses üle kontrollida.
Kõige parem masin on lihtne masin. Eelistatavalt ilma ühegi liikuva osata – selline ei lähe rikki ja ei vaja pidevat hooldust. Üks selliseid seadmeid on nn soojustoru (ingl heat pipe). Kõrvaloleval pildil te tunnete soojustorud arvatavasti lihtsalt ära – need on need vaskselt läikivad torud, mis hoiavad radiaatorit arvuti emaplaadi küljes. Aga need ei ole lihtsalt vasktorud, kaugel sellest.
Soojustorude töö põhineb vedelike aurustamisel ja kondenseerumisel – toru “soojas otsas”, st jahutatava seadmega kokkupuutes olevas otsas vedelik aurustatakse, aurustatud gaas liigub soojustoru külma otsa, kondenseerub seal ning liigub siis tagasi soojustoru külma otsa.
Aga see ei ole veel kõik. Et jahutusvedelik õigel, st jahutatava seadme töötemperatuuril aurustuks, selleks tekitatakse soojustorus alarõhk. Alarõhul teatavasti vedelike keemistemperatuurid langevad. Soojatorudes on tihti ka kapillaarsed struktuurid, mis juhivad kondenseerunud vedeliku selle sooja otsa.
Sellised soojustorud on väga töökindlad ning sellistena kosmoseaparaatides laialdaselt kasutusel.
Nüüd tagasi Joel Plawsky ja tema kolleegide tulemuste juurde. Nende uurimuses selgus, kõrgel temperatuuril sõltub soojustoru võime soojust ära kanda ka gravitatsioonijõust – kui gravitatsiooniväljas kipub soojustoru soe ots ära kuivama (vedelik aurustub kõrgetel temperatuuridel liiga kiiresti), siis mikrogravitatsioonis seal ujutab. Miks?
Põhjuseks arvatakse olevat meile köögist hästi tuttav nn Marangoni efekt, kus pesuvahendi tilk paneb veepinnal puru ja rasvaplekid liikuma. Täpsemalt, leiti, et see efekt töötab mikrogravitatsioonis teistpidi.
Sest kui vedelike pindpinevustegur on kõrgematel temperatuuridel väiksem ja madalamatel temperatuuridel suurem, siis peaks . pindpinevusjõud jahutavat vedelikku soojustoru külma otsa poole tõmbama. Ometi näitasid katsed vastupidist efekti.
Kes see oligi, kes ütles, et lihtsus on ülim keerukus?
Allikad:
http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.114.146105
http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pipe