Katılarda Isı ve Ses Dalgalarının Etkileşimi Makine Çalıştırabilir

Bir katı, ısı ve ses dalgalarının etkileşimleri için ortam görevi görebilir; tıpkı bir akışkanın, ısıl-yankısal (İng. thermoacoustic) motorlarda ve buzdolabında yaptığı gibi. Böylece daha uzun süre ça..
Görsel Telif: Purdue University image/Mo Lifton

Bir katı, ısı ve ses dalgalarının etkileşimleri için ortam görevi görebilir; tıpkı bir akışkanın, ısıl-yankısal (İng. thermoacoustic) motorlarda ve buzdolabında yaptığı gibi. Böylece daha uzun süre çalışır kalabilen sızıntısız makinelere olanak tanıyabilir.

Sızıntılı sistemler, mühendislerin, sıcaklık salınımları ile ses dalgaları arasındaki karşılıklı etkileşime dayanan ısıl-yankısal (termo-akustik) cihaz tasarımlarını sınırlar. Purdue Üniversitesi ve Notre Dame Üniversitesi’nden araştırmacılar, ısıl-yankısallığın akışkanların yanı sıra, katılarda da olabileceğini kuramsal olarak ilk kez gösterdi. Ekip, elde ettikleri bulguları Amerika Akustik Topluluğu’nun 175. Toplantısı’nda sundu.

“Henüz emekleme çağında olmasına rağmen, bu teknoloji özellikle zorlayıcı çevrelerde işe yarayabilir; örneğin güçlü sıcaklık değişikliklerinin bolca mevcut olduğu ve sistem hatalarının tüm uçuşu tehlikeye düşürebileceği dış uzayda,” diyor Fabio Semperlotti.

Isıl-yankısallık, yüzlerce yıldır süren çalışmalar dolayısıyla, hem gaz hem de sıvı akışkanlarda oldukça iyi incelenmiş bir görüngü oldu. “Bir oluk veya oyuğa konmuş akışkana ısı uygulamak, akışkanın kendi içinde yayılan ses dalgalarının kendiliğinden üretimine neden olur. Bu da şarkı söyleyen borular da denilen ısıl-yankısal makineler ortaya çıkarır,” diyor Carlo Scalo.

Böyle sistemler için geçmişte akışkanlar kullanılmış olmakla birlikte, akışkanları tutacak ve sızıntıları önleyecek bir şeyin yapılandırılacağı ek adım biraz can sıkıcı. Bu da araştırmacıları katıların kullanımı üzerinde düşünmeye itmiş. “Katıların özellikleri çok daha kontrol edilebilir özellikler oluyor; bu da onları söz konusu uygulamalar için akışkanlardan potansiyel olarak daha uygun yapıyor. İlk olarak bu görüngünün katı ortamda var olabileceğini kuramsal olarak doğrulamamız gerekiyordu,” diyor ekipten Haitian Hao.

Isıl-yankısallık, atık ısının veya mekaniksel titreşimlerin, kullanılabilir enerji biçimlerine dönüştürülmesine olanak sağlıyor. Buzdolabı için ses dalgaları, sıcağın ve soğuğun bir sıcaklık gradyanını üretiyor. Titreşim hareketi, soğuk alanları daha soğuk ve sıcak alanları daha soğuk yapıyor. Motorlar ise tam tersi bir işlem yapıyor: Çöp ısı tarafından sağlanan bir sıcaklık gradyanı, mekaniksel titreşimlere yol açıyor.

Katı hâl ısıl-yankısallığı, başlangıçta olanaklı değil gibi görünüyordu; çünkü katılar bir şekilde akışkanlardan daha “kararlı” idi ve mekaniksel enerjiyi daha kolay bir şekilde israf etmeye eğilimlilerdi. Bu da ısının ses dalgaları üretmesini güçleştiriyordu. Araştırmacılar, ince bir metal çubuğun bölümlerine bir sıcaklık gradyanı periyodik olarak uygulanırsa, çubuğun kendi kendine hareket eden mekaniksel titreşimler sergileyebileceğini gösteren kuramsal bir model geliştirdi. Bu, istenmeyen mekaniksel enerji israfını dengeledi ve akışkanlarda olduğu gibi katılarında da soğuduklarında büzülüp, ısıtıldıklarında genişlediklerini gösterdi. Eğer katı soğutulduğunda az büzülürse ve ısıtıldığında çok genişlerse, ortaya çıkan hareket zamanla artar.

Ayrıca katılar üzerinde yüksek ısıl-yankısal performans sağlamaları için gereken özelliklere yönelik değişiklikler de yapılabilir. Akışkanlar da ise böyle bir mühendislik yapmak mümkün olmaz. Uzaydaki aşırı sıcaklık değişimleri, mekaniksel titreşim üretmek için çok uygundur ve bunlar daha sonra uzay aracında elektriksel enerjiye dönüştürülebilir.

“Bir katı hâl cihazı, ısı kaynağı olarak güneşi ve soğuk kaynağı olarak uzayın derinliklerine ışımayı kullanabilir. Böyle sistemler, hareketli parçaya sahip olmadan veya sızabilecek akışkanları olmadan süresiz olarak işleyebilir,” diyor Semperlotti. Araştırmacıların hâlâ bu tasarım fikrini doğrulamak için deneysel bir düzenek kurmaları gerekiyor. Böylece matematiksel hesaplamalar ve modellemelerle keşfedilen katıların ısıl-yankısallığını daha iyi anlayabilirler.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv