Normalean galdera honek erantzun okerra izaten du.

Galdera hauxe da: intentsitate konstanteko argi-sorta batek material bat uniformeki argiztatzen du, material hori azalera bereko xafla mehe bat edo bloke lodi bat izan daiteke. Pieza horien aurpegi argiztatuan tenperatura neurtuko bagenu, zeinean neurtuko genuke tenperatura altuagoa?

Pertsona gehienek erantzun berbera emango lukete, xafla meheak tenperatura altuagoa izango lukeela, hori baita intuizioak esaten diguna.

Baina esperimentua egiten badugu, erraz ikus dezakegu emaitza bestelakoa dela: orekara heltzean bloke lodiaren tenperatura xafla mehearen tenperaturaren bikoitza da. Hala ere, xafla mehean tenperatura askoz azkarrago igotzen da: materialaren arabera xaflaren tenperatura minututan egonkortu daiteke, blokearenak ordea, orduak eman ditzake tenperatura altuenera heldu arte (ikus 1 irudia). Horrek engainatu du gure intuizioa: gure burua hasieran, edo behintzat hasierako minutuetan, gertatzen zenari buruz ari zen eta kasu horretan zuzen zebilen.

Honen arrazoia, oreka termikoa lortzeko kontuan hartu beharreko prozesuak dira: barruranzko argi fluxua eta kanporanzko eroankortasun bidezko, konbekzio bidezko era erradiazio bidezko bero-galerak. Prozesu hauek materialaren lodieraren arabera garrantzia handiagoa edo txikiagoa izango dute eta bukaerako tenperatura baldintzatuko dute.

 

1 irudian plastizinaz egindako bi laginen argiztatutako aldearen tenperatura azaltzen da denboran zehar. Argiztapena Xe lanpararekin egina dago (150 W), xafla meheak 10 mm-ko lodiera du eta bloke lodiak 10 cm-ko lodiera, neurketak kamera infragorri baten bidez egin dira. Esan dugun moduan, irudian argi ikusten da xafla mehea azkarrago berotzen dela bloke lodia baino, izan ere, ordu bat baino gehiagoko denbora-tartean xafla meheak tenperatura altuagoa dauka, horrek engainatu du gure burua. Bloke lodiak orduak behar baititu oreka-tenperatura lortzeko.

Esan beharra dago, bakarrik argiztatutako aurpegiari buruz ari garela. Piezaren tenperatura aztertu nahiko bagenu, xafla meheak tenperatura uniformea lortuko luke, baina bloke lodiak tenperatura desberdina izango luke eskualde desberdinetan sakontasunarekin esponentzialki jaitsiko litzatekeelarik.

Esperimentalki azaldu duguna teorikoki gara daiteke. Horretarako, hots, laginaren tenperaturaren denboran zeharreko garapena lortzeko beroaren difusioaren ekuazioa ebatzi behar dugu, [1] artikuluan ekuazioaren garapen teorikoa ikus daiteke eta lortutako ondorioak esperimentuarekin bat datoz.

 

[1] Agustín Salazar, Estibaliz Apiñaniz, Arantza Mendioroz eta Alberto Oleaga, Eur. J. Phys. 31 (2010) 1053–1059 doi:10.1088/0143-0807/31/5/007

Estibaliz Apiñaniz

Teknika fototermikoen laborategia. Fisika Aplikatua I Saila. Gasteizko Ingeniaritza Eskola, UPV/EHU